清水混凝土结构施工工艺及模板体系的优选原则

随着建筑技术的快速发展，混凝土结构越来越复杂，良好的工作性、优异的力学性能、较高的耐久性已是现代高性能混凝土的基本要求。然而人们对美追求的天性，必然希望混凝土具有另一种特性——观赏性，清水混凝土应运而生。清水混凝土又称装饰混凝土，是指直接采用现浇混凝土外观效果作为饰面，以天然的质感和精心设计的明缝、蝉缝构成一种全新的建筑表现形式，广泛应用于工业建筑、民用高层建筑、公共建筑、水电站以及市政桥梁中，并且随着大量成功案例的出现以及原汁原味清水混凝土住宅的诞生，该形式已成为一种时尚，深受业界人士的青睐。

通过原材料调研及室内试验研究，配制出满足设计年限要求同时混凝土工作性、力学性能及抗裂性能得到均衡发展的防腐清水混凝土，进而确定各施工环节对防腐清水混凝土性能及外观质量的影响，提出清水混凝土施工工艺及模板体系的优选原则，并在示范工程获得成功应用，为类似工程提供指导。

     

     

试验所采用原材料品种及颜色见表1，其中CS为基准样，FY1组为与基准样相同品牌、不同批次的原材料，FY2组与基准样为不同品牌的原材料。

从上表可以看出，FY1组与FY2组的不同品牌原材料之间色泽差异较大。CS组与FY1组的原材料为相同品牌，但不同批次之间也存在差异。相对而言，水泥与矿渣粉的色泽保持较好，目测无差别，均为灰黑色和乳白色，而粉煤灰的差异非常大，由青灰色变为土黄色，主要是由于电厂燃烧的煤质不同，因此在实际工程中应对粉煤灰的品质及颜色重点控制，如有条件应增加仓储，并制备色卡，以保证同一构件选用同一批次的产品，不同构件选用同一色系的粉煤灰。石灰石粉主要用于造纸等领域，颜色、细度等相关性能指标有相应的规范及检测方法，产品性能波动不大。因此，在实际使用过程中，最好使用同一品牌原材料，对同一品牌不同批次的原材料品质做好相应的控制。

表2为室内试验清水混凝土的配合比参数。

     

     

试验所配制混凝土的力学及耐久性能指标见表3。由试验结果可知，复验配合比的新拌混凝土坍落度为170mm~190mm，含气量2.5%~3.5%，无泌水离析，粘聚性好，未见明显“抓底”现象发生，特别是内掺石灰石粉的FY1-2组、FY2-2组，减水剂掺量低，轻松易铲、浆体丰富，施工性能优异。各组混凝土的抗压强度及氯离子扩散系数随龄期的发展规律基本一致，力学性能和抗氯离子渗透性可满足此类构件混凝土性能指标，这说明相同品牌、不同批次的原材料质量较为稳定，混凝土力学性能及耐久性能具有较好的复原性。

     

     

图1~图6分别为初始混凝土CS-1、CS-2，复验1组FY1-1、FY1-2，复验2组FY2-1、FY2-2局部墙体图片。

对比不掺石灰石粉的混凝土体系（CS-1、FY1-1、FY2-1），CS-1组具有较好的光泽度，颜色成青灰色，表面有部分颜色稍浅的色斑及气孔分布；FY2-1组颜色最浅，成黄灰色，光泽度佳，表面有部分深灰色色斑及气孔分布；而FY1-1组成青黄色，接近传统的混凝土原色，表面色差较小，无明显色斑分布，但气孔数量较多，直径较大。

掺入石灰石粉后，混凝土颜色明显变浅，中棋实业石灰石粉对混凝土色度影响较大，CS-2组成灰白色，FY1-2组成黄灰色，两组试件颜色均匀，无明显色差，可推断石灰石粉具有效淡化混凝土色差的效果。掺入北京恒坤石灰石粉的FY2-2组，颜色成青灰色，色度适宜，但有小部分灰黑色线条及气孔富集，黑色线条可能是由粉煤灰中的活性碳富集而成。

综上所述，水泥与粉煤灰颜色的深浅直接决定了混凝土的基础色调，粉煤灰分布不均或烧失量过大会在构件表面形成色斑，而掺入浅色系的矿渣粉及石灰石粉能有效淡化色差，但也会使混凝土颜色变浅。特别是内掺石灰石粉后，混凝土减水剂掺量低，轻松易铲、浆体丰富，施工性能优异。且同一品牌不同批次原材料拌合的混凝土，复验性能良好，因此，采用CS-2的混凝土配合比应用于实体工程。

为保证清水混凝土表面具有较好的平整度及外观质量，所用的模板体系均要求具有一定的刚度和硬度，尺寸准确、拼缝整齐、表面平整无缺陷，并尽可能减少拼缝的数量，同时满足《建筑工程大模板技术规程》（JGJ74）和《钢框胶合板模板技术规程》（JGJ96）中的相关技术要求。目前使用的主流模板材料——钢模板和钢框胶合板如通过专业设计及特殊处理，均可满足要求。然而随着人们对清水混凝土外观质量要求的日益提高，采用这两种材质模板成型的混凝土虽具有较好的平整度，但呈现的光泽度及质感远未达到高水平的视觉效果，因此必须配合特殊的内饰材料一起使用。

目前来看，国内使用的清水混凝土模板内饰材料很多，依据最优性价比原则，选择技术相对成熟的几种产品进行室内试验，通过对比混凝土色泽及外观质量，优选出适合本工程的模板内饰材料。另外，对各产品的使用方法以及容易出现的问题加以总结，为其在工程中的应用提供技术支撑。

     

     

一、聚氨酯模板漆

聚氨酯模板漆是目前使用广泛的内饰材料，涂覆于刚度较好的模板表面，形成光洁度好、光亮丰满的瓷釉，在弥补模板表面缺陷的同时，具有天然的消泡作用，从而使混凝土表面光滑细腻，呈大理石状，达到镜面效果，另外，由于脱膜吸附力极低，模板易于脱模。

该产品使用工艺简单，但要使混凝土表面达到最佳的镜面效果，需对模板基材及涂覆工艺进行严格控制。首先应对模板进行除锈、除油、除蜡，如采用钢模板，可先用电动钢丝刷机械除锈后，依次用稀酸和水进行清洗，当模板表面形成的连续水膜在数秒内不破裂，清洗工作完成。基材无需做抛光处理，以存在纹理为宜，自然晾干后，拂去表面浮尘，涂覆模板漆。模板漆可采用刷涂、滚涂、及喷涂三种工艺施工，其中喷涂工艺形成的覆盖膜均匀平滑，主要用于对镜面效果要求较高的混凝土构件，即用喷枪（一般的喷壶也可）连接油水分离器后进行雾化喷射，当基材表面均匀布满模板漆并达到规定的使用量即可。涂刷好的模板在自然通风条件下晾干并加以保护，严禁接触水及任何杂质。

二、透水模板布

透水模板布是一种纤维组织，粘贴在模板表面，分为表层、中间层和黏附层。施工浇注时，在新拌混凝土压力、模板布毛细作用及震捣棒的共同作用下，气泡及部分游离水从混凝土内部向表面迁移，通过透水模板布排出，以此降低混凝土表层水胶比及孔隙率，减少砂斑、砂线及各种微缺陷，达到改善结构外观、提高混凝土寿命的作用。

该产品使用方法简单，模板表面均匀喷涂凝胶后，将模板布毛面黏贴至基材即可，黏贴过程中应防止模板布起鼓，并注意保护光面不得受外界环境污染。拼模过程中，应将模板布压紧在拼缝中，不得齐缝裁剪，为水分及气体的排除预留孔道，图7为处理好的墙体模板。

 图7黏贴透水模板布的试验墙体模板        图8 PVC板材模板

三、PVC板材（卷材）

  PVC板材在清水混凝土工程中使用较为成熟，其表面光滑，具有良好的耐腐蚀性，在降低模板与混凝土粘结力的同时，使气泡排出，成型的混凝土表面光洁如镜，缺陷较少。另外，该材料具有一定的热塑性，随模板形状改变，可塑造成倒圆或八字角，减少模板拼缝数量，可重复利用。透明PVC卷材性能与板材相似，但质地柔软，在黏贴过程中可随意弯曲变形，形成倒角，使用方便。

     

     

不同普通钢模板及几种内饰材料所对应的混凝土外观照片见图9~图13。

 就外观质量而言，聚氨酯模板漆成型的混凝土光泽度佳，表面细腻，如镜面状反光，气泡直径小且数量少，能够达到镜面清水混凝土效果，但如果混凝土拆模时间较早，其表层砂浆易被剥落并附着在模板上，因此试件表面出现凹凸不平的浅坑；PCV板材和PVC卷材成型试件光泽度次之，虽表面平滑细腻，但无明显反光效果，气泡数量较少，偶尔有大泡出现。就PVC卷材与PVC板材对比来看，由于PVC卷材在张贴过程中可能会出现起鼓现象，平整度较PVC板材要差些，但成型的混凝土质感细腻，表面如大理石，与此同时，PVC卷材可随意弯曲，能够配合不同形状的模板施工，因此实用性较板材优良；由于工程地处近海环境，为使混凝土耐久性达到要求，采用低水胶比及大比例矿物掺合料的高性能混凝土配制技术，而选用透水模板布成型的试件，表面虽无任何气泡及砂斑砂线的出现，但混凝土颜色发暗并有不规则黑斑分布，这主要是由于透水模板布在排水过程中，粉煤灰在表面富集所致。另外网格状编织物在混凝土表面留下清晰印记，由此可知，透水模板布虽能够防止混凝土表面出现气泡、砂斑、砂线等瑕疵，但成型的混凝土外观视觉效果差，不适合用于对外观质量要求较高的清水混凝土工程。另外，就钢模板成型的混凝土来看，虽平整度较好，但质感生硬，且表面易出现黄褐色铁锈、气泡、砂斑、砂线等诸多缺陷。

综合考虑不同的施工工艺，结合各种模板材料的特有属性及使用方法，不同模板体系所适用的工艺、构件类型及优缺点如表4所示 。

     

     

根据室内试验，针对引桥墩柱的设计要求和现场原材料供应情况，优选清水混凝土配合比，确定现场施工用清水混凝土配合比。主线桥C40墩身混凝土的配合比如表5所示。

     

     

根据室内试验，试验墩四个侧面采用四种不同的模板内饰材料。墩身试浇段尺寸为2.0m×2.0m×1.5m（长×宽×高），长方体的四个立面（每个面3m2）使用4种不同的模板内饰材料，分别为钢模板+透水模板布、钢模板+模板漆、钢模板+脱模剂、钢模板+PVC板材。试浇段内的主筋和箍筋的尺寸、间距按实际墩柱进行布置。

     

     

结合清水混凝土室内试验，探索有效控制措施，依据《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）及《清水混凝土应用技术规程》（JGJ 169-2009），提出一套包括原材料控制、配合比设计、搅拌、运输、浇筑、振捣、养护等在内的清水混凝土施工质量控制技术，为混凝土高质量的外观效果奠定基础。

一、原材料控制

原材料应具备足够的存储量，至少要保证同一视觉空间内的混凝土构件使用的原材料颜色和各种技术参数保持一致，工程中使用的产品必须为同一厂家、同一产地、同一品种和强度等级。

二、配合比设计原则

采用低水胶比及大比例矿物掺合料技术配制混凝土时，水胶比过低或矿渣粉掺量较高，均会导致新拌混凝土状态粘滞板结，极难振捣，且气泡难以排出，成型后构件表面多气孔分布，感观质量差，因此在混凝土强度及耐久性满足要求的情况下，除选择能够同时满足外观及体积稳定性的胶凝材料用量外，还应尽可能增大水胶比，用部分粉煤灰取代矿渣粉，并可掺入超细石灰石粉优化配合比，从而改善拌合物工作性，增加混凝土的可振性，加速气泡排除，防止气孔、砂斑、砂线、蜂窝、麻面的生成。

三、 模板选择与安装

（1）模板材质宜选用刚度大、平整度好、可加工性能好的钢模板为宜，设计模板时，要充分考虑拼装和拆除的方便性、支撑的牢固性和简便性，并保持较好的强度、刚度、稳定性及整体拼装后的平整度，具体要求应符合《清水混凝土应用技术规程》（JGJ 169-2009）的要求；

（2）制作模板时，应保证几何尺寸精确，拼缝严密，材质一致，模板面板拼缝高差、宽度应≤1mm，模板间接缝高差、宽度应≤2mm；

（3）模板拼合前，应对对钢筋规格数量、预埋件位置等进行检查，如涂覆或黏贴内饰材料，应采取措施对内侧面加以保护，避免污染或损坏内饰层；

（4）模板接缝处应严格检查，内板缝要用油膏批嵌，外侧也要用硅胶或发泡剂封闭，防漏浆。模板脱模剂应采用吸水率适中的脱模剂或食用精油，模板周转3次后应进行全面检修并抛光打磨一次。

四、混凝土搅拌与运输

混凝土的搅拌与运输以均匀性为目的，使各原材料得以充分混合，从根本上消除色差等缺陷，具体措施如下：

（1）严格控制混凝土配合比，保证搅拌过程中的原材料产地、品种、主要性能指标，以及水胶比等参数不变。特别对于骨料含水率，应根据施工天气及环境确定检测频率，尽可能减少混凝土单方用水量的波动幅度；

（2）控制混凝土搅拌时间及方式，应采用强制式双卧轴搅拌机，搅拌时间应比普通混凝土延长20s～30s，最少控制在120s以上。严格控制预拌混凝土原材料计量精度，骨料及胶凝材料的允许偏差不超过1%，如有条件以0.5%的偏差为宜，水及外加剂的允许偏差应小于0.5%，且严格控制投料顺序及时间；

（3）根据气温条件、运输时间、运输道路的距离、骨料含水率变化、混凝土坍落度损失等可掺用相应的外加剂做适当调整，但需经过试验确定掺量，严禁通过改变单方用水量来调整混凝土工作性；

（4）混凝土拌合物从搅拌结束到施工现场浇筑不宜超过1h，运输时间控制在规定时间内，以免坍落度损失过大而影响混凝土性能。合理安排调度，混凝土搅拌、运输路线要充分保证混凝土连续均匀供应，浇筑间隔时间应控制在0.5h以内，避免色差及冷缝的出现；

（5）搅拌运输车每次清洗后应排净料筒内的积水，在浇筑过程中严禁添加配合比以外的用水；

（6）加强混凝土进场检验，每车必检坍落度，目测混凝土外观质量，有无泌水、离析，保证混凝土拌合物质量。

五、 混凝土浇筑

（1）混凝土浇筑前，应严格检查钢筋定位及模板体系，确保钢筋定位准确，及内饰材料无破损，无污染，如发现问题应立即采取补救措施，防止露筋及色差；

（2）浇筑前，应认真清理模具内部杂质，并根据构件类型选择是否用与混凝土同配合比的水泥砂浆进行垫底，特别是构件与构件之间接缝要填塞密实，铺垫厚度控制在50mm左右；

（3）混凝土采用水平分层浇筑的方式进行下料，每层浇筑厚度控制在30cm为宜，严禁超过50cm，下料应从构件中心位置向四周均匀布料，并严格控制下料高度；

（4）浇筑过程中，送料车泵送间隔不得超过30min。振捣时，振点从中间向边缘分布，振捣棒的插入深度要大于浇筑层厚度，以插入下层混凝土中5~10cm为宜，在靠近模板10cm附近，特别要注意快插慢拔、增加插拔次数以消除构件表面气泡，但不得碰撞模板、钢筋和预埋件，并尽量避免砂浆飞溅到模板上，直至表面不再冒出气泡，且出现平坦泛浆为止，但要注意不得过振，另外推荐附着式震动器进行振捣，有利于气泡的排除以及降低外观缺陷的出现概率。

（5）混凝土浇筑过程中，由专人随时观察所设置的预埋件、预留孔等位置是否移动，若发现移位及时校正；在浇筑过程中，要时刻注意模板、支架等支撑情况，如有变形、移位或沉陷必须立即停止浇筑并加固确保安全，方可继续浇筑下料，另外，整个浇筑过程中设专人负责清洁模板表面，防止出现应人为因素导致的模板污染。

（6）墩柱混凝土面浇筑至模板顶面，采用铁抹子将混凝土面与模板顶面抹压齐平，特别要保证墩柱钢筋保护层范围的混凝土面与模板顶面齐平、压抹密实、收光。

六、 模板拆除

（1）为保证混凝土不出现临时性水纹，带模养护时间应根据施工进度尽可能延长，不得少于3d，且同条件养护下的混凝土试块强度需达到设计值。与此同时在模板拆除时需保证混凝土内部温度与表面温度、表面温度与环境温度之差不得大于15℃，必要时要采取包裹外模的方式进行保温蓄热措施。另外，采用透水模板布作为内饰材料时应适当延长（以14d为宜），因为透水层中的水分可保持混凝土表面润湿，起到很好的养护效果。

（2）模板拆除要严格按照后安先拆的拆除顺序进行。

（3）模板拆除时，应先松卸竖向模板连接螺栓，再松卸水平连接螺栓。在模板拆除过程中，分别由两组人员采用绳锁对所拆模板进行限位，以免模板在拆除过程中返弹碰伤桥墩和损伤模板。

（4）模板拆除后应立即进行清理、修整，在模板安装前2d进行模板漆的涂刷。

七、混凝土养护

（1）混凝土带模养护时，如有裸露顶面，应在其顶部覆盖塑料薄膜外加保温棉进行养护，并根据构件内部所埋设传感器监测得到的内外温差调整覆盖厚度。

（2）拆模时，顶面不得有积水或浇水养护，以防止养护水沿模板内表面冲刷混凝土表面造成水纹现象及其它影响外观的情况。

（3）就目前来看，重大桥梁工程中的规则构件大多采用塑料薄膜包裹养护，外层用土工布进行保护，有些工程也有洒水养护。也可采用聚合物湿养护薄膜+土工布得养护形式，其原理是通过双层薄膜内所含有的多孔聚合物吸水后对混凝土进行反哺，可保证构件表面在28d时间内均保持湿润状态。

     

     

试浇段在后场空旷地方进行施工，不在原墩位浇筑施工。

混凝土采用后场集中拌制，由混凝土罐车运输到现场，采用料斗浇筑，采用插入式振捣器进行振捣。

模板在混凝土抗压强度达2.5MPa后进行拆除。模板的拆除遵循先支后拆，后支先拆的顺序，严禁抛扔。

     

     

试验墩完成后，进行混凝土颜色、气泡、裂缝、光洁度等外观检查。混凝土外观质量的检验结果见表6和图14。根据清水混凝土质量指标检验了试验墩混凝土外观质量，试验墩混凝土颜色均匀，气泡、裂缝和光洁度等均满足清水混凝土质量要求。采用钢模板+脱模剂和钢模板+透水模板布浇筑的混凝土气泡较少，外观质量较好。

图 14 脱模剂成型后外观效果

水泥与粉煤灰颜色的深浅直接决定了混凝土的基础色调，掺入浅色系的矿渣粉及石灰石粉能有效淡化色差，也会使混凝土颜色变浅。内掺石灰石粉后，混凝土减水剂掺量低，轻松易铲、浆体丰富，施工性能优异。且同一品牌不同批次原材料拌合的混凝土，复验性能良好。

选择技术相对成熟的聚氨酯模板漆、透水模板布、透明PVC卷材、PVC白色塑料板等模板内饰材料进行调研；综合考虑不同的施工工艺，结合各种模板材料的特有属性及使用方法，同时根据施工推荐配合比成型小尺寸墙体构件试验后，提出模板适用原则。在实际工程中采用钢模板+脱模剂和钢模板+透水模板布浇筑的混凝土气泡较少，外观质量较好。