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清水混凝土在建筑工程中的应用效果

添加时间:2019/05/09
  摘要:为了研究清水混凝土在建筑工程中的应用效果, 以广西某大学校门为例, 从清水混凝土的材料配比、施工工艺及养护与修复等方面进行了系统分析和讨论, 提出了清水混凝土在建筑立面设计中独特的装饰效果及施工要点, 并阐述了所遇到的问题和改进方案, 探索了清水混凝土的一些新制备思路和方法。
  
  关键词:清水混凝土; 配合比; 施工工艺; 养护; 修复;
 
  
  0前言
  
  立面设计是建筑设计的重要组成部分, 设计师从颜色、尺度、材料、形状比例等开始, 通过不同的变换组合, 尽可能地创造建筑美感。高性能混凝土的问世和发展给建筑师们带来了混凝土建筑艺术表现的契机, 清水混凝土作为混凝土材料的一种表达形式, 逐渐成为城市建设的热点[1].近年来, 众多学者对清水混凝土建筑展开了研究, 张艳[2]介绍了清水混凝土建筑墙体构造及节点构造, 并给出了几点设计建议;王龙志等[3]开展了清水混凝土配合比设计方法的研究, 提出了多种配比设计方法;杨军等[4]介绍了清水混凝土的施工工艺, 并提出了清水混凝土表面常见的质量缺陷及预防措施。但专门针对清水混凝土在建筑立面设计的应用研究还较少。鉴于此, 本文以广西某大学校门为例, 从清水混凝土的配合比、施工工艺、养护及修复等方面进行分析和讨论, 提出清水混凝土在建筑立面设计中的独特装饰优势及施工要点, 并阐述所遇到的问题和改进方案, 以便为清水混凝土在建筑立面设计中的应用和推广提供参考。
  
  1 工程概况
  
  桂林理工大学雁山校区的南大门建筑面积为1 267 m3, 高18.15 m, 宽55.4 m, 进深11.4 m, 为钢筋混凝土剪力墙结构。整个建筑物的墙面、柱面和梁面等均采用清水混凝土作为装饰面, 效果图见图1.该项目预期达到的效果是利用禅缝和明缝把大门剪力墙立面勾勒出一条条横向带形墙, 以近乎石材的质感, 使其远看气势恢宏、雄伟壮观, 近看墙面尺度宜人、秀气庄重, 着重体现当代大学校园的厚德笃学和惟实励新的精神风貌。
  
  2 清水混凝土配合比及原材料选择
  
  2.2配合比
  
  为了达到清水混凝土的装饰效果, 在满足强度、抗渗性等的前提下, 还要保证其必须具有良好的施工性能和耐久性, 并保证拌合物色泽均匀、结构表面平整光滑。
  
  经过多次试配, 本工程采用的配合比为:m (水泥) ∶m (矿粉) ∶m (砂) ∶m (石) ∶m (水) ∶m (外加剂) =1∶0.21∶3.19∶3.41∶0.60∶0.039.
  
  水灰比是保证清水混凝土质量的关键, 本工程在配合比设计和现场实际搅拌过程中严格控制水灰比保持在0.58.
  
  2.1原材料的选择
  
  (1) 水泥
  
  在清水混凝土的材料组成中最为重要的凝胶材料是水泥。水泥应选用同一制造商的产品, 且其强度等级不应低于42.5级, C3A含量不宜超过5%, 含碱量≤0.6%.本工程采用的是P·O 42.5级水泥, 该水泥制作出来的成品整体颜色较白, 并且有一定的亮度和光泽。实际工程应用时水泥颗粒不宜过细, 同时还要考虑与减水剂的相容性并满足水灰比的要求。本工程水泥用量为290 kg/m3, 主要性能指标见表1.
  
  表1 水泥的主要性能指标

  
  (2) 矿物掺合料
  
  本工程采用了柳钢集团某公司生产的S95级矿粉, 该矿粉的各项性能指标均满足GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的要求。该矿粉不仅能有效提高混凝土的强度, 还能有效改善混凝土的抗渗性和密实性。本工程矿粉用量为60 kg/m3, 其主要性能指标见表2.
  
  表2 矿粉的主要性能指标

  
  (3) 骨料
  
  骨料也是清水混凝土中非常重要的组成材料, 要占总体积的65%~85%.骨料的强度、硬度、颗粒大小、形状分布以及耐久性对清水混凝土的性能有重要影响。本工程细骨料选用了当地产河砂, 细度模数2.5以上, 用量为924 kg/m3;粗骨料选用的是象山某采石场5~31.5 mm碎石, 用量为990 kg/m3.高含泥量骨料不但影响清水混凝土成品的颜色, 还会吸附外加剂, 增加用水量, 进而导致强度降低。本工程选用的碎石含泥量<0.6%, 且颜色比较一致, 粒径在5~25 mm之间, 为连续级配, 而且针片状含量很少;所选砂的含泥量<1%, 能够保证清水混凝土的微观结构致密性。
  
  (4) 拌合水
  
  清水混凝土的拌合用水不得使用循环水, 因为循环水有残留的外加剂以及其它杂质, 对清水混凝土的颜色、工作性以及拌合物的气泡都会产生不利影响[5], 本工程使用的是桂林当地饮用自来水。
  
  (5) 外加剂
  
  本工程选用聚羧酸高性能减水剂, 该减水剂除了具有较好的坍落度保持性外, 其减水率也比其他同类产品更好。具有较小的干燥收缩性, 同时还具备一定的引气性能。本工程外加掺量为11.2 kg/m3, 为水泥用量的3.8%.
  
  3 施工工艺
  
  3.1 施工工艺流程图
  
  施工工艺是实现建筑工程立面达到清水混凝土效果的关键, 必须在测量放线、钢筋绑扎、支模、混凝土浇筑及成品养护和维修等五个环节上采取合理的施工技术措施。在整个施工过程中要注意各道工序的良好衔接, 使整个施工过程具有较高的一致性和连续性。图2为具体施工工艺流程图。
  
  图2 清水混凝土施工工艺流程

  
  3.2 施工测量---轴线和标高控制
  
  施工测量是工程施工的先导工序, 应严格控制。施工测量的操作方法和控制要点有: (1) 标高标志:要精心设置轴线, 保证布置精度, 同时还要控制方便, 所设置的标识要求既准确又牢固, 而且干净, 不污染其他零件; (2) 控制平面尺寸:测量平面轴线的控制点到每一层, 建立分层结构控制网络, 定位每个平面部件的轴线, 测量垂直结构的轮廓线; (3) 控制标高:在钢筋上设置夹子或用彩色胶带包扎作为控制点。
  
  3.3 模板安装及拆除
  
  3.3.1 剪力墙模板拼接
  
  清水混凝土的立面效果很大程度上取决于模板工程, 因此, 应选择拼缝少、整体性好的大型模板方案。本工程为保证剪力墙的饰面效果, 采用了双层模板, 内层模板按1 140 mm×150 mm进行拼接, 外层模板将内层模板固定, 再进行组装工序;剪力墙模板需要一定厚度的光面面板, 为避免脱模时产生裂缝, 脱模剂必须涂抹擦拭均匀, 不残留流状物, 避免在混凝土表面形成污痕。此外, 模板的支撑系统也非常重要, 不仅需要设置内外撑、斜挡、横竖挡等, 还必须设置穿墙对拉螺杆, 以防混凝土胀模。本工程采用的是16#工字钢做竖向固定立柱 (间距为0.5 m) , 50 mm×50 mm×3 mm的方钢管做横向水平固定背楞 (间距为0.3 m) , 并焊接成固定构架, 同时, 对支撑立柱的地面还要进行加固处理, 确保不会下沉及位移。
  
  根据本工程图纸设计的大门立面效果, 清水混凝土的墙、柱、梁、顶板呈1 140 mm×150 mm长方形竖向错缝排列, 即形成禅缝, 以体现建筑立面的韵律之美。为了保证达到这种效果, 模板由内外两层组装而成, 内层采用2 440 mm×1 220 mm×15 mm的覆膜模板, 切割成1 140 mm×150 mm的长方条, 拼装在外层1 830 mm×915 mm×15 mm的胶合木板上。要求拼缝严密整齐、表面平整, 两层模板采用直钉拼接, 如图3所示。
  
  图3 模板拼接详图 (单位:mm)

  
  注:模板为双层模板, 外模为15 mm厚胶合板, 内层木板为15 mm厚优质覆膜模板, 底模板开槽使用电动钻孔机开洞, 电动切割机开槽。
  
  3.3.2 对拉螺栓的制作与安装
  
  (1) 横向对拉构件
  
  本工程由于外观质量的要求, 不允许出现螺栓孔, 因此, 特别采用了30 mm×3 mm镀锌扁钢加14#螺杆焊接而成的对拉构件, 详见图4.先在加工场将一端螺杆与镀锌扁钢焊接, 待钢筋及模板安装后, 将该构件从组合模板横向蝉缝预先开设的50 mm×4 mm预留槽口中穿至另侧模板, 并外伸一定长度, 将另一端14#螺杆与镀锌扁钢焊接, 其搭接长度为100 mm, 两端各安装2根通长钢管及双蝴蝶扣件予以紧固, 使用无色透明硅酮密封胶将镀锌扁钢与模板空隙填满补平, 以防漏浆。拆除模板时, 使用了电切割机, 将模板切除至与混凝土表面平齐, 并对切割接头作了防锈处理。
  
  图4 模板横向对拉构件 (单位:mm)

  
  (2) 纵向对拉构件
  
  纵向对拉构件采用12覫20螺纹钢与覫20螺杆焊接, 通长对拉。首先在加工场将覫20螺纹钢与覫20螺杆焊接牢固, 搭接长度为12d;支模成后安装50 mm×50 mm×5 mm方钢背楞, 然后再将切割好的1 500 mm长双工字钢拼装在背楞外侧, 并将通长对拉构件从工字钢立柱之间穿入, 两端采用100 mm×250 mm×5 mm铁件及双螺帽紧固。
  
  3.3.3 明缝制作
  
  清水混凝土对明缝施工的要求质量很高。本工程采用的是20 mm×24 mm明线槽内配置20 mm×24 mm覆膜模板条, 使用射钉钉在设计好的位置上, 待拆模时一并拆除, 呈现出凹形明缝。
  
  3.3.4 模板拆除
  
  模板拆除采用分层抽取方式, 即一层一层地将模板抽取出来。拆模时使用马钉将外层膜板扩口, 用三角形木尖慢慢剔除内外侧模板, 拆模过程中应特别注意先后顺序, 避免马钉扩口时碰伤清水混凝土内侧墙壁, 拆模后要立刻清理清水混凝土上的杂物, 保持清洁。
  
  3.4 清水混凝土的浇筑
  
  清水混凝土施工的关键技术环节是浇筑和振捣, 因此, 浇筑施工前项目组进行了多个试件的试浇筑, 反复探索最佳混凝土振捣方案。
  
  运输车将混凝土运输到场地后, 泵送至施工现场, 每4 h连续浇筑1.8 m高混凝土剪力墙。第一次振捣时使用插入式振动器, 并按照500 mm分层来浇筑混凝土, 均匀布置插入点并逐点移动, 每个插入点的间距要保持一致, 大约在30~40 cm之间, 振动棒在每一个插入点上的工作时间保持在20~30 s之间, 在保证满足排尽大气泡的同时, 又不至使浮浆沉底。为了减少气泡的产生, 可在半个小时后复振一次, 应避免漏振或过振, 振点尽量远离模板和对拉构件, 以防构件变形和移位等。由于工程所在地区多雨, 雨水可能造成清水混凝土色泽的的差异, 因此, 要尽量避免雨天施工。
  
  3.5 清水混凝土的养护及修复
  
  3.5.1 养护
  
  养护是确保清水混凝土施工质量的重要环节。混凝土终凝后, 必须立即进行养护, 要根据天气情况随时浇水, 以确保混凝土表面充分湿润。同时, 养护时间不得少于14 d, 必要时可采用塑料薄膜覆盖混凝土表面。
  
  在清水混凝土外表面喷涂透明保护剂, 即在混凝土表面形成透明保护膜层。保护剂应与混凝土表面结合良好, 由于常年暴露于露天, 因此, 保护剂必须具有良好的耐老化性。整个墙壁在喷涂保护剂前都要清洗干净, 如有油污染的情况, 应使用草酸进行清洗, 干燥后方可进行保护剂的喷涂。保护膜可分为三层:底层、中间涂层和覆盖层, 总厚度约为150μm, 允许偏差20μm.
  
  3.5.2 修复
  
  模板拆除后, 预留的对拉构件螺栓孔采用1∶2或1∶2.5水泥砂浆抹平压实, 打磨光滑后, 再采用润色剂涂抹使之和墙面颜色保持一致, 然后用保护剂来达到清水混凝土规范和设计要求的外观质量。混凝土表面上的缺陷应使用与本工程配套使用的水泥 (或砂浆) 进行修补。在模型试验中应预先对构件进行试验, 优化修补方法和材料配比。修补的水泥或砂浆硬化后要用细砂纸打磨光亮、干净, 然后再漂洗干净, 确保不会明显看出修补过的痕迹。
  
  4 结论
  
  (1) 清水混凝土原材料的选取和配比需要进行多次试配, 建议在保证强度的前提下, 尽量使用较低强度的水泥, 适当增加砂率;骨料方面, 要优先选用含泥量不高, 且针片状较少的碎石;水灰比应控制在0.55~0.60范围内, 本工程用清水混凝土的水灰比严格控制在0.58, 在源头上确保了清水混凝土的质量。
  
  (2) 能否实现清水混凝土的立面效果, 很大因素取决于模板工程。清水混凝土工程宜选用整体式大型木模板或竹模板, 面板厚度应大于3 mm.本工程采用双层组装模板, 外层为1 830 mm×915 mm×15 mm的较大型胶合木板, 内层覆膜模板切割成1 140 mm×150 mm的长方条状, 形成一条条混凝土禅缝, 富有强烈的横向韵律感, 满足建筑立面的设计要求。
  
  (3) 清水混凝土一般不允许出现螺栓孔, 本工程采用较薄镀锌扁钢和螺杆焊接成对拉构件。在镀锌钢板和模板安装后, 先用镀锌扁钢焊接螺杆的一端, 穿过模板预留槽后, 再将另一端14#螺杆与镀锌扁钢焊接, 两端使用双蝴蝶扣件予以紧固, 拆模时将其切至与混凝土表面平齐, 并进行防锈处理。
  
  (4) 清水混凝土浇筑是保证施工质量的关键, 而浇筑中最重要的环节是振捣, 浇筑过程不能间断, 本工程每4 h连续浇筑1.8 m高剪力墙;另外还要注意控制振捣时间, 要在排尽混凝土气泡的同时又不致产生浮浆沉底, 可以通过二次振捣的方式控制气泡的产生和积聚。
  
  (5) 对于清水混凝土工程而言, 养护和修复在确保外观效果方面同样重要, 因此, 要安排专门人员进行浇水养护, 保征混凝土表面足够湿润, 同时还要在混凝土表面喷涂具有良好附着力和耐腐蚀性保护剂;对于混凝土表面的缺陷, 应采用本工程所用的水泥砂浆进行修补, 以保证清水混凝土表面没有明显的修补痕迹。
  
  参考文献
  
  [1] 郭伟, 路林海, 王龙志, 等。清水混凝土概念、研究现状、存在问题及配合比设计方法综述[J].混凝土与水泥制品, 2016 (10) 23-27.  
  [2] 张艳。清水混凝土建筑的构造设计[J].中外建筑, 2014 (5) 115-117.  
  [3] 王龙志, 路林海, 崔鑫, 等。清水混凝土制备技术研究[J].混凝土与水泥制品, 2016 (12) :27-31.  
  [4] 杨军, 张永。清水混凝土施工工艺及质量保证措施[J].山西建筑, 2009, 32:132-134.  
  [5] 杨永雄。浅析清水混凝土的应用及控制措施[J].广东建材2016 (7) :75-78.