清水混凝土質(zhì)量影響因素分析研究

劉先亮，張榮華

(四川華西綠舍建材有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

清水混凝土是指一次成型，直接以混凝土原澆筑表面或以透明保護劑做保護性處理后的混凝土表面作為飾面的特種混凝土。清水混凝土常見的質(zhì)量缺陷包括：色差、氣泡、黑斑、花紋斑或粗骨料透明層、表面泌水現(xiàn)象、接縫掛漿、漏漿或出現(xiàn)砂帶、蜂窩麻面、表面裂縫等[1-2]。針對這些問題，廣大學(xué)者開展了較多的研究。張萍[3]開展了清水混凝土配合比設(shè)計與施工質(zhì)量控制研究并完成了工程應(yīng)用。張希清等[4]指出粉煤灰和膨脹劑是影響混凝土表觀質(zhì)量的主要因素,通過調(diào)整配合比可以從根本上改善混凝土的表觀質(zhì)量。杜寧[5]通過大量試驗給出了清水混凝土在不同配合比下的強度及耐久性差異,為施工中的原材料及技術(shù)措施選擇提供了參考。陳裕佳等[6]研究指出脫模劑的種類對清水混凝土表觀質(zhì)量影響最大。康祥[7]研究了脫模劑對清水混凝土性能的影響，指出水溶性脫模劑可以改善混凝土表觀質(zhì)量，且其濃度越高，效果越明顯。

然而，目前可直接應(yīng)用于清水混凝土生產(chǎn)的系統(tǒng)性研究較少。為了獲得滿足工程要求的清水混凝土，基于工程實際原材料，結(jié)合相關(guān)研究報道，本文從配合比因素及模板和脫模劑等方面開展研究，對清水混凝土質(zhì)量影響因素進行了分析研究。

1 試驗原材料

1)粗骨料：選用粒徑為5～31.5 mm大碎石及5～10 mm小碎石，含泥量小于0.5%，針片狀含量小于5.0%，試驗大小石比例為8∶2。

2)細集料：選用Ⅱ區(qū)中砂，細度模數(shù)為2.6，石粉含量小于10%，含泥量小于0.5%，泥塊含量小于0.2%。

3)膠凝材料：水泥、I級粉煤灰、S95礦粉、硅灰，其粒度分布見表1。

表1 粉體材料粒度分析 單位：μm

2 結(jié)果與討論

2.1 配合比因素對清水混凝土性能的影響

2.1.1 水膠比對流變性及表觀質(zhì)量的影響

水膠比是混凝土配合比設(shè)計的最關(guān)鍵指標之一，水膠比的大小通常直接決定了混凝土的強度等級，并直接影響著混凝土的流變性能和耐久性能等。對清水混凝土而言，流變性的好壞直接影響了其表觀質(zhì)量。因此，本部分探究了不同水膠比對清水混凝土流變性及表觀質(zhì)量的影響。

從表2和圖1結(jié)果可以看到，隨著水膠比的降低，拌合物坍落/擴展度逐漸減小，流變性能降低，但抗壓強度逐漸增加。從表觀質(zhì)量看，水膠比較大時，混凝土表面容易出現(xiàn)色差，但是當(dāng)水膠比較低時，相同的振搗時間混凝土表面容易存在氣孔缺陷。因此，選擇合適的水膠比有利于保障清水混凝土具有良好的表觀質(zhì)量，相比同等級普通混凝土，清水混凝土需要相對較低的水膠比。

表2 水膠比對流變性能的影響

圖1 不同水膠比制備的混凝土試件

2.1.2 膠凝材料用量對流變性及表觀質(zhì)量的影響

膠凝材料用量決定了拌合物漿體的量，而拌合物漿體量影響混凝土的富余漿體厚度，進而直接影響混凝土的流變性能。本部分以膠凝材料用量作為單因素變量，探究了其對混凝土流變性能的影響以及對清水混凝土表觀質(zhì)量的影響，如表3和圖2所示。

表3 膠凝材料用量對混凝土流變性的影響

圖2 不同膠凝材料用量制備的混凝土試件

從表3可以看出，在相同的水膠比下，隨著膠凝材料用量的增加，坍落擴展度增大，其主要原因在于膠凝材料的增加，增大了體系漿體含量，富余漿體厚度增大使得流動性增加。同時膠凝材料用量較大的，其顏色相對較深。

2.1.3 砂率對流變性及表觀質(zhì)量的影響

混凝土拌合物砂率的大小會影響拌合物粘聚性、包裹性，從而影響清水混凝土的成型質(zhì)量。骨料級配的好壞可能直接對混凝土表觀質(zhì)量產(chǎn)生影響，骨料級配不良的混凝土甚至可能存在蜂窩、麻面等現(xiàn)象。

從表4可以看出，砂率較低時混凝土拌合物容易出現(xiàn)包裹性較差的情況，不利于清水混凝土的泵送施工與振搗。當(dāng)全部使用大碎石，不摻入5～10 mm小碎石時，拌合物包裹性較差，坍落度測試時容易出現(xiàn)骨料在中間堆積的現(xiàn)象。從試驗情況看，建議清水混凝土所采用砂率比同等級普通混凝土略高1%～2%，同時保證骨料具有良好級配。

表4 砂率對拌合物性能的影響

2.1.4 摻合料對流變性及表觀質(zhì)量的影響

在配合比設(shè)計中，摻合料的合理使用十分重要。本部分將探究礦物摻合料的使用對清水混凝土流變性及表觀質(zhì)量的影響。

從表5可以看到，單摻礦粉、單摻粉煤灰以及礦粉和粉煤灰復(fù)摻的混凝土拌合物黏度均較大，加入硅灰有利于降低拌合物黏度，改善混凝土流變性能。

表5 礦粉、粉煤灰和硅灰復(fù)摻對流變性的影響

從圖3可以看出，單摻礦粉和單摻粉煤灰的試件柱均存在一定的色差，且單摻粉煤灰的試件上下色差更為明顯。粉煤灰、礦粉和硅灰復(fù)摻的清水混凝土柱，表面顏色最為均一，表面質(zhì)量整體較優(yōu)。

圖3 不同礦物摻合料制備的混凝土試件

2.2 模板和脫模劑

清水混凝土的質(zhì)量關(guān)鍵在于其表面成型效果，而直接與表面成型效果相關(guān)的是模板和脫模劑，因此，模板和脫模劑是影響清水混凝土表觀質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。本部分將針對主要的木模、鋼模及塑料模三種模具開展研究，而脫模劑方面主要考查水性乳液脫模劑、油類脫模劑、脫模漆、模板布、石蠟脫模劑等對清水混凝土表觀質(zhì)量的影響。

2.2.1 模板種類對清水混凝土表觀質(zhì)量的影響

首先在試驗室，基于相同的配合比探究木模、鋼模和塑料模對清水混凝土成型表面質(zhì)量的影響。配合比如表6所示。

表6 清水混凝土配合比

本試驗在相同的配合比下，采用相同的水性乳液脫模劑進行試驗成型。從圖4可以看出，木模成型的清水混凝土存在粘模現(xiàn)象，成型面色差明顯；鋼模成型整體質(zhì)量較好，但是表面沒有鏡面效果；鋼模成型的清水混凝土表面存在白點色差，懷疑為乳液脫模劑表面張力比較大，僅單次涂抹使脫模劑未涂抹均勻造成；塑料模成型的清水混凝土表面質(zhì)量優(yōu)于木模和鋼模成型效果，具有明顯鏡面效果。

(a)木模

(b)鋼模

(c)塑料模

進一步探究木模和鋼模對清水混凝土成型質(zhì)量的影響，明確整體效果，進行了較大試件的澆筑。如圖5～6所示。

從試驗情況看，使用鋼模配以性能較優(yōu)的脫模劑可以獲得表面效果較優(yōu)的清水混凝土。

2.2.2 脫模劑種類對清水混凝土表觀質(zhì)量的影響

目前市場上脫模劑類型琳瑯滿目，形態(tài)也各異，大量工程應(yīng)用表明，混凝土與模板之間的脫模效果與脫模劑類型息息相關(guān)。按照生產(chǎn)原料來劃分，有皂類脫模劑、水質(zhì)類脫模劑、礦物油類脫模劑、純油類脫模劑、乳液類脫模劑、油漆類脫模劑、石蠟類脫模劑、樹脂類脫模劑、脂肪酸類脫模劑等。

混凝土脫模劑脫模機理主要通過物理化學(xué)反應(yīng)降低或消除混凝土與模板之間的粘聚力，具體表現(xiàn)為:①物理潤滑，即脫模劑的使用可以潤滑混凝土與模板界面，減小甚至消除混凝土和模板之間的親附力，從而有利于混凝土從模板順利脫離；②成膜隔離，由于脫模劑表面張力小，涂抹在模板表面后易形成一層隔離膜，隔離膜可對混凝土與模板形成有效的隔離，可提高脫模效果；③化學(xué)作用，混凝土中含有堿性或其他活性離子，這些離子能與脫模劑活性組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成不溶性隔離物，增強脫模劑隔離效果?？傊?，脫模劑原理的本質(zhì)是脫模劑在混凝土與模板之間形成一層憎水性隔離薄膜物質(zhì)，隔離和潤滑混凝土與模板，促進脫模。

本部分探究了水性乳液脫模劑、油類脫模劑、脫模漆、模板布、石蠟脫模劑五種類型對清水混凝土表觀質(zhì)量的影響。脫模效果如圖7所示。

(a)模板布拆模后效果

(b)油類拆模后效果

(c)脫模漆拆模后效果

(d)石蠟脫模劑拆模后效果

(e)水性乳液脫模劑拆模后效果

從圖7(a)～(e)可以看出各脫模劑對清水混凝土表觀質(zhì)量的影響。分析結(jié)果為：①模板布使用后，清水混凝土表面氣孔較少，但平整度、光滑度較差,顏色深；②油類脫模劑使用后，清水混凝土表面呈現(xiàn)暗黃色斑塊，表面色差嚴重,且氣泡相對較多；③脫模漆使用后，模板表面存在粘?，F(xiàn)象，且使用一次后，脫模漆漆膜部分出現(xiàn)脆性脫落；④石蠟脫模劑使用后，清水混凝土表面氣孔少，平整度、光滑度較好，但出現(xiàn)的蠟斑會導(dǎo)致表面色差，同時也不利于后期表面保護劑粘接；⑤水性乳液脫模劑使用后，有利于清水混凝土氣泡排除，減少表面氣孔，在方便拆模的同時不造成表面色差，整體效果較好。

3 結(jié) 論

1)相比同等級普通混凝土，清水混凝土需要相對較低的水膠比。

2)建議清水混凝土所采用砂率比同等級普通混凝土略高1%～2%，同時保證骨料具有良好級配。

3)膠凝材料總量以及各礦物摻合料均會影響清水混凝土的表觀質(zhì)量及表面顏色深淺。

4)塑料模板的成型效果優(yōu)于鋼模板優(yōu)于木模板，使用鋼模板時宜選擇水性乳液脫模劑。

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