一種C40高性能白色清水混凝土制備方法

劉秀紅

上海建工建材科技集團股份有限公司 上海 313021

和易性狀態(tài)是預(yù)拌混凝土成形效果與配合比設(shè)計之間的橋梁，對白色清水混凝土的硬化成形質(zhì)感性、色澤均勻性起到關(guān)鍵作用。通常情況下，白色清水混凝土最顯著的表觀性能就是外觀色澤勻質(zhì)且表面氣泡少。白色清水混凝土色澤均勻，不產(chǎn)生明顯色差，要求混凝土具有質(zhì)量穩(wěn)定的原材料、穩(wěn)定的配合比與施工工藝。白色清水混凝土表面不能產(chǎn)生過多氣泡，這就要求清水混凝土具有黏度良好的漿體，并且遵循嚴(yán)格的施工工藝[1]。因此，白色清水混凝土的原材料選擇、配合比設(shè)計需以實現(xiàn)混凝土優(yōu)質(zhì)的保水性、良好的黏聚性和較大的流動性等要求為目標(biāo)。

在國外，主要采用白色清水混凝土預(yù)制掛板，實現(xiàn)對白色清水混凝土的廣泛使用，由于預(yù)拌白色清水混凝土對工藝控制具有極高的要求，工程較少采用預(yù)拌白色清水混凝土[2]。清水混凝土是一種一次性澆筑成形，直接將原始澆筑面作為結(jié)構(gòu)外表面的混凝土，其也憑借混凝土自身顏色和質(zhì)感達(dá)到外觀美觀的效果[3]。清水混凝土可一次性澆筑成實體結(jié)構(gòu)，且在施工過程中不需要二次抹灰和噴涂裝飾涂料，一方面可減少建筑垃圾，另一方面也可降低工程整體造價，所以清水混凝土也是一種經(jīng)濟環(huán)保的綠色混凝土。近些年來，隨著低碳節(jié)能生產(chǎn)的推廣，在國內(nèi)市場清水混凝土越來越受到設(shè)計方的青睞，尤其是白色清水混凝土[4]。本文針對白色清水混凝土的工作性能和力學(xué)性能，從原材料的選擇、配合比的設(shè)計等方面，進(jìn)行C40白色清水混凝土制備方法研究，使白色清水混凝土成形后達(dá)到表面密實、氣泡少、無色差、凸顯白色光澤等工程效果。

1 試驗原材料選擇

1.1 白色硅酸鹽水泥

白色清水混凝土是一種高性能混凝土，對所用的原材料具有很高的要求。其中，制備預(yù)拌白色清水混凝土，白色硅酸鹽水泥是至關(guān)重要的一種原材料。成形后的白色清水混凝土的色度主要受到白色硅酸鹽水泥的白度影響，白度是白色硅酸鹽水泥最為核心的性能指標(biāo)。現(xiàn)在國內(nèi)的白色硅酸鹽水泥的白度主要可以分為2個等級[5]，詳見表1。

表1 白色硅酸鹽水泥白度等級

其中，白色硅酸鹽水泥的不同齡期強度[6]如表2所示。

表2 白色硅酸鹽水泥的不同齡期強度要求

本文試驗分別采用阿爾博波特蘭（安慶）有限公司和江西銀杉白水泥公司生產(chǎn)的白色硅酸鹽水泥（表3）。

表3 試驗用白色硅酸鹽水泥性能指標(biāo)參數(shù)

1.2 細(xì)骨料

白色清水混凝土的制備對于骨料的要求也是嚴(yán)格的。通常情況下，可采用白云砂石或者石英砂石骨料，也可以應(yīng)用普通的石灰石骨料，細(xì)骨料顏色要求干凈淺色。本文對細(xì)骨料的原材料選取進(jìn)行了重點比對工作，進(jìn)行7種細(xì)骨料的比選（表4）。

表4 試驗用細(xì)骨料指標(biāo)參數(shù)

本試驗選用的上述砂樣均滿足清潔度高、無摻雜物、顏色單一的要求，基本呈現(xiàn)淡黃色和白色，其中棒磨砂選用新開元棒磨制砂線生產(chǎn)，呈現(xiàn)淡灰色。

1.3 粗骨料

制備白色清水混凝土，要求混凝土能在較長時間的振搗下不出現(xiàn)明顯分層現(xiàn)象，混凝土需具備很高的抗離析性能。因此，粗骨料粒徑不宜過大，級配不宜斷檔，需選用連續(xù)級配的。對于粗骨料顆粒形狀，需選擇粒形圓潤的。采用整形的粗骨料可很大程度增加混凝土的流動性和勻質(zhì)性。本試驗選用新開元精品5～20 mm規(guī)格碎石（表5）。

表5 試驗用粗骨料指標(biāo)參數(shù)

1.4 外加劑

針對高性能白色清水混凝土漿體包裹性不好、外觀氣泡多、容易泌水等問題，蘇博特公司采用和易性較好且黏度較低的母體，另外復(fù)配對混凝土保水性較好的保水劑，再加入一些消泡劑，配制出專門的外加劑。該種外加劑在混凝土中引入小氣泡，可以調(diào)配出較好的混凝土狀態(tài)來滿足生產(chǎn)及施工要求[7]。外加劑指標(biāo)參數(shù)詳見表6。

表6 試驗用外加劑指標(biāo)參數(shù)

2 試驗研究

2.1 C40白色清水混凝土配合比設(shè)計

在項目研究初期，為達(dá)到混凝土外觀白色的效果，在配合比設(shè)計過程中，單方混凝土中增加10 kg的鈦白粉用量?；炷脸尚魏螅砻嫱庥^顏色顯現(xiàn)為冷白色，不符合設(shè)計方和甲方要求的暖白色效果。因此，在后期C40高性能白色清水混凝土配合比設(shè)計中，放棄使用鈦白粉。本項目為了確保C40高性能白色清水混凝土具有穩(wěn)定的外觀顏色，在確定原材料的選用后，采用穩(wěn)定的原材料進(jìn)行混凝土生產(chǎn)拌制，不再改變原材料。

相對于普通硅酸鹽水泥，白色硅酸鹽水泥具有更高的C3S和C3A含量，使得白色硅酸鹽水泥的早期水化反應(yīng)速度更快，造成白色清水混凝土的工作性能損失更大[8]。C40高性能白色清水混凝土配合比設(shè)計參照J(rèn)GJ 169—2009《清水混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，本文通過不同用水量改變水膠比，并調(diào)整外加劑用量，避免狀態(tài)過快損失，設(shè)計出不同的C40白色清水混凝土配合比，3組代表配合比詳見表7。

表7 C40高性能白色清水混凝土設(shè)計配合比單位：kg/m3

2.2 力學(xué)性能

試驗選用配合比為1，除水泥外的其他原材不變，改變白色硅酸鹽水泥，進(jìn)行白色硅酸鹽水泥品種比選（表8）。

表8 不同水泥配合比試樣抗壓強度單位：MPa

從試驗對比可以看出，銀杉P·W-1 32.5級白色硅酸鹽水泥比阿爾博的早期水化反應(yīng)要慢，更有利于現(xiàn)場施工控制。因此，本試驗白色硅酸鹽水泥選用銀杉P·W-1 32.5。

細(xì)骨料經(jīng)過初步的參數(shù)對比后，選用天然砂、棒磨砂和白云砂2進(jìn)行配合比2試驗（表9）。

表9 不同細(xì)骨料配合比試樣抗壓強度單位：MPa

從試驗對比可以看出，天然砂比其他2種機制砂強度略低，但是制備出的白色清水混凝土的工作性能最好，呈現(xiàn)有坡角、微露石的狀態(tài)。因此，本試驗最終選用天然砂作為生產(chǎn)用細(xì)骨料。

2.3 工作性能

通過上述力學(xué)性能試驗，本試驗最終確定所有原材料。將3種不同水膠比的配合比進(jìn)行試驗（表10）。

表10 不同配合比性能試驗結(jié)果

通過對比，配合比2的性能試驗結(jié)果適中，白色清水混凝土具有良好的工作性能，能夠符合施工要求，又考慮到力學(xué)性能情況下，試驗選用配合比2作為最終配合比，適合在C40白色清水混凝土中使用。

本試驗C40白色清水混凝土配合比經(jīng)過了8次在實際生產(chǎn)施工中的應(yīng)用，其強度情況見圖1。

從圖1可以看出，本文C40白色清水混凝土配合比生產(chǎn)易控制，R7抗壓強度穩(wěn)定在46 MPa，R28強度則穩(wěn)定在54 MPa，完全符合施工方要求。

2.4 表觀效果

本試驗制作600 mm×400 mm×150 mm的小樣板，觀察C40白色清水混凝土成形后的實體表觀效果[9]，如圖2所示。拆模后，經(jīng)白度測定儀測定，實體白度為92%。經(jīng)觀測，混凝土實體表面顏色均勻一致，無明顯色差，氣泡細(xì)小、均勻分散，完全符合白色清水混凝土表觀效果要求。

圖2 白色清水混凝土表觀

2.5 控制工藝

對于白色清水混凝土，除去強度問題外，其外觀出現(xiàn)缺陷也是質(zhì)量問題。白色清水混凝土外觀缺陷主要表現(xiàn)為顏色不一致、顏色不均勻、表面產(chǎn)生氣泡、表面蜂窩麻面和出現(xiàn)砂線及水線等。本項目通過對高性能白色清水混凝土制備方法的研究，針對該混凝土產(chǎn)生的一系列缺陷，進(jìn)行原因分析及解決措施匯總，形成一套高性能白色清水混凝土制備的控制工藝。

1）高性能白色清水混凝土顏色不一致。主要原因是混凝土所用的粉料顏色發(fā)生變化，砂石含泥量發(fā)生變化。針對該問題，生產(chǎn)高性能白色清水混凝土，需嚴(yán)格采用同一廠家生產(chǎn)的粉料，并實時監(jiān)測粉料的顏色變化。嚴(yán)格控制骨料的含泥量，選用高品質(zhì)穩(wěn)定的骨料配制清水混凝土。

2）高性能白色清水混凝土顏色不均勻。主要原因是混凝土出現(xiàn)離析、泌水現(xiàn)象，造成坍落度變化大，施工過程中過振或振搗不均勻，分層澆筑時混凝土高度偏大?？梢酝ㄟ^調(diào)整外加劑和混凝土配合比，改善混凝土和易性，加強生產(chǎn)品質(zhì)控制，增強混凝土的包裹性，提高其坍落度的穩(wěn)定性，適當(dāng)減少施工振搗時間，增加振搗點的密集度，降低混凝土分層澆筑高度。

3）高性能白色清水混凝土表面產(chǎn)生氣泡。造成的原因是清水混凝土含氣量偏大，骨料級配不合理，漿體量不足、黏度不夠，選用的模板材質(zhì)不恰當(dāng)，模板表面不光潔，選用的脫模劑效果不佳，混凝土振搗不充分。為了避免白色清水混凝土表面產(chǎn)生氣泡，影響實體結(jié)構(gòu)外觀效果，可以在混凝土外加劑中適當(dāng)引入消泡成分，減少混凝土含氣量。使用級配良好的骨料。選用有利于氣泡排出的模板材質(zhì)，并且將模板表面打磨光潔，本項目選用厚15 mm自然紋路木紋板。選用有利于混凝土氣泡排出的脫模劑。施工過程中，進(jìn)行充分振搗，并且可以在模板上增加附著式的振搗器輔助振搗施工。

4）高性能白色清水混凝土表面出現(xiàn)蜂窩麻面。造成蜂窩麻面的原因是混凝土發(fā)生離析、泌水，或者是混凝土坍落度過小，施工過程中出現(xiàn)過振，模板漏漿。通過混凝土配合比的調(diào)整，改善混凝土和易性，嚴(yán)格進(jìn)行混凝土出廠檢驗，控制清水混凝土坍落度的異常損失。針對工地現(xiàn)場狀態(tài)不理想的混凝土，可以適當(dāng)進(jìn)行二次流化，提高混凝土入模坍落度。模板接縫處需要進(jìn)行嚴(yán)密封堵。

5）高性能白色清水混凝土表面出現(xiàn)砂線、水線問題。主要原因是清水混凝土發(fā)生離析、泌水，施工過程中過振。首先要及時調(diào)整外加劑用量，改善混凝土和易性，使其具有良好的工作性能。其次，需要同施工工人進(jìn)行施工交底，適當(dāng)減少振搗時間，當(dāng)混凝土表面已泛漿時，即可停止振搗。

6）針對高性能白色清水混凝土的顏色和光澤問題，生產(chǎn)運輸控制同樣很重要。第一，需要固定生產(chǎn)攪拌機和運輸車輛，并對攪拌機和車輛預(yù)先進(jìn)行多次清洗，保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性；第二，為了保證高性能白色清水混凝土的勻質(zhì)性，生產(chǎn)攪拌時間需要嚴(yán)格控制，應(yīng)使白色清水混凝土攪拌充分，一般不宜少于60 s；第三，運輸路線和運輸過程時間需要嚴(yán)格控制，發(fā)料節(jié)奏同樣需要嚴(yán)格控制，避免斷料或者現(xiàn)場積壓。

通過上述各項措施的實施[10]，可以更加有效地確保C40高性能白色清水混凝土的工作性能，并且達(dá)到理想的外觀效果。

經(jīng)過4個月生產(chǎn)總量達(dá)到1 200 m3的C40白色清水混凝土，通過采用泵送施工工藝，被應(yīng)用到某工程項目木紋墻體中。最終，拆模后的C40白色清水混凝土經(jīng)取樣檢測，工作性能完全滿足施工要求，經(jīng)實體檢測，力學(xué)性能和耐久性能均滿足C40強度等級要求。木紋墻體表觀效果呈現(xiàn)色澤觀感良好的狀態(tài)（圖3）。

圖3 白色清水混凝土實體效果

3 結(jié)語

根據(jù)本文試驗及工程實例研究，得出如下結(jié)論：

1）在白色清水混凝土中，混凝土表層水泥石的色澤決定混凝土最終實體外觀色澤。它受水泥色澤、砂石泥粉含量、空氣濕度、模板類型、脫模劑、模板干凈程度、混凝土和易性、保護劑等眾多因素的影響。而砂、石本身是否為白色，對木紋或飾面白色清水混凝土來說，影響不大。

2）采用現(xiàn)代高性能混凝土設(shè)計制備技術(shù)，完全可制備出具有可控性，工作性能、力學(xué)性能和耐久性能良好的C40白色清水混凝土，但由于白色硅酸鹽水泥快水化的特點，在設(shè)計與生產(chǎn)過程中要關(guān)注水膠比和用水量的選擇及控制。

3）高性能白色清水混凝土的質(zhì)量影響因素眾多且復(fù)雜。在該類混凝土施工過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮各類因素，從混凝土原材料的選用、混凝土配合比的設(shè)計、施工工藝要求、施工模板和脫模劑的選用等方面進(jìn)行嚴(yán)格控制，將影響因素降到最低，有利于澆筑出外觀良好的白色清水混凝土構(gòu)件。

4）高性能白色清水混凝土屬于一種特殊需求的混凝土，需要嚴(yán)格按照工程設(shè)計要求進(jìn)行具體設(shè)計，各類原材料的選用需要圍繞白色混凝土的設(shè)計色度需求進(jìn)行比選，不同工程具有一定的特殊性。