清水混凝土在地鐵高架橋工程中的應(yīng)用
2007-03-15 00:00
摘要：在廣州地鐵四號線高架橋工程橋墩施工前，針對清水混凝土的原材料、配合比、模板、混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了全面的模擬試驗，將試驗結(jié)果用于正式施工，保證了清水混凝土的工程質(zhì)量，取得較好的外觀效果。
關(guān)鍵詞：清水混凝土；模擬試驗；外觀質(zhì)量
清水混凝土建筑作為一種建筑表現(xiàn)形式，能夠完整而有效地保留混凝土建筑本身具有的顏色和機(jī)理。它的特點是混凝土一次成型，直接采用現(xiàn)澆混凝土的自然色作為飾面。
廣州地鐵四號線有長達(dá)21km的高架線路，為了盡量減輕地鐵高架橋?qū)Τ鞘芯坝^與周邊環(huán)境的影響，對高架橋外觀質(zhì)量提出了較高的要求，并首先在高架試驗段土建工程一標(biāo)開展了有關(guān)清水混凝土的一系列試驗研究，本文結(jié)合該工程應(yīng)用清水混凝土的實踐，對清水混凝土技術(shù)進(jìn)行介紹與探討。
1質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
現(xiàn)行國家規(guī)范對清水混凝土并沒有明確的定義和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，通常根據(jù)國外的標(biāo)準(zhǔn)或根據(jù)工程經(jīng)驗制訂清水混凝土的質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)。針對地鐵高架橋工程的特點，通過多次專家論證，最終制訂了廣州地鐵四號線高架橋工程混凝土特殊技術(shù)要求，明確了要達(dá)到的質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)。
1.1表面觀感質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
（1）顏色：要求清灰色且色澤均勻，無明顯色差。
（2）表面：混凝土密實整潔，面層平整，陰陽角的棱角整齊平直，節(jié)點或交角、交線、交面清晰，起拱線、面平順。無油跡、無銹斑、無粉化物，無流淌和沖刷痕跡；無明顯裂縫、無漏漿、無跑模和脹模，無爛根、無明顯錯臺，無冷縫，無夾雜物；無蜂窩麻面、裂紋和露筋現(xiàn)象；無明顯的氣泡、砂帶和黑斑現(xiàn)象。
（3）結(jié)構(gòu)工程保持拆除模板后的原貌，無剔鑿、磨、抹或涂刷處理的痕跡。
（4）穿墻預(yù)埋管孔眼整齊，孔洞封堵密實平整，墩臺、梁體外觀色澤基本一致。
（5）混凝土保護(hù)層準(zhǔn)確，無露筋；預(yù)留孔洞、施工縫、變形縫整齊平整。
1.2外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)
（1）結(jié)構(gòu)軸線通直、幾何尺寸準(zhǔn)確，陰陽角的棱角整齊、角度方正；所有結(jié)構(gòu)線條規(guī)則順直，無明顯的凹凸及錯位。
（2）模板拼縫嚴(yán)密平整)無明顯錯臺痕跡。
（3）垂直度、平整度的允許偏差應(yīng)小于混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范的要求。
2試驗研究
2.1室內(nèi)試驗研究
為達(dá)到清水混凝土的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，由混凝土攪拌站針對混凝土的色澤、和易性、含氣量及外觀質(zhì)量等方面做了大量的室內(nèi)對比試驗。試驗情況及結(jié)論如下：
（1）為達(dá)到設(shè)計要求的“青灰色”標(biāo)準(zhǔn)，首先針對不同品牌水泥進(jìn)行了大量試驗，對混凝土試塊進(jìn)行對比，最終選定一種顏色符合要求且貨源穩(wěn)定、質(zhì)量有保證的水泥品牌，以及兩種備選品牌。
（2）為確保混凝土的和易性良好，選用了不同的水泥、粉煤灰、外加劑進(jìn)行了大量的對比試驗。在減水劑方面，對不同品牌進(jìn)行了不同摻量的對比試驗，試驗表明，可通過調(diào)整減水劑的摻量來控制混凝土的保水性。同時，也選用了不同等級、不同摻量的粉煤灰來試驗粉煤灰對混凝土和易性的影響，結(jié)果表明以I級粉煤灰為好，且摻量控制在40kg/m3以下時對混凝土的外觀影響較小。
（3）為找出對混凝土外觀的關(guān)鍵影響因素，在室內(nèi)對不同品種的減水劑、脫模劑，不同的砂率和細(xì)度模數(shù)，不同的拆模時間和養(yǎng)護(hù)條件做了幾十組的對比試驗。結(jié)果表明：減水劑對混凝土的含氣量影響較大，應(yīng)選用緩凝效果明顯、減水率高、坍落度損失小的減水劑；使用不同的脫模劑時，混凝土表面的氣泡含量不同；一定程度上脫模劑越厚，混凝土表面越光滑、氣泡越少；選用細(xì)度模數(shù)為2.5~2.9的砂時，混凝土的用水量及含氣量控制較好；不同的拆模時間會導(dǎo)致混凝土表面強(qiáng)度及脫模劑發(fā)揮的效果不同，對混凝土的外觀質(zhì)量影響也不同；不同的養(yǎng)護(hù)條件對混凝土外觀質(zhì)量也有影響。
2.2模擬試驗
在橋墩正式施工前，針對清水混凝土的原材料、配合比、模板、澆筑、養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)進(jìn)行了全面的模擬試驗。從2004年8月17日到2004年9月23日，先后進(jìn)行了7次墩柱試驗，采用大塊定型鋼模板、吊裝澆筑、插入式振動器振搗，外包塑料薄膜補水養(yǎng)護(hù)的施工工藝，最終采取第0次試驗結(jié)果作為正式施工的數(shù)據(jù)及配合比，取入模溫度30℃；坍落度80mm；水泥品種P.II 42.5；配合比為：水泥390kg，砂645kg，碎石1130kg，水175kg，粉煤灰20kg（I級），外加劑5.33kg；模板面用PVC卷材處理；采用該配合比的坍落度損失在30mm/h以內(nèi)，含氣量為2.6%。經(jīng)過多次模擬試驗，正式施工的墩柱取得了較好的外觀效果。
3原材料要求及配合比設(shè)計要點
3.1原材料要求
（1）水泥的選擇主要考慮兩個因素，首先應(yīng)選應(yīng)低堿、低水化熱的水泥；其次是混凝土顏色要符合要求。同時生產(chǎn)過程中要做到水泥同一廠家、同一品種，以確?；炷令伾恢隆?BR> （2）砂子為細(xì)度模數(shù)大于2.4的中砂，含泥量不大于1%；石子為5~25mm粒徑級配良好的碎石，含泥量不大于0.8%，針片狀石子的含量不大于10%。含泥量大將會影響混凝土的顏色，針片狀石子含量過大將會影響混凝土的強(qiáng)度及流動性。砂石原材料產(chǎn)地也必須固定。
（3）若為改善混凝土的和易性，降低水化熱，控制開裂，經(jīng)配合比試驗需摻加粉煤灰時，必須選用同一廠家I級粉煤灰，燒失量小于5%，細(xì)度8%~12%。
（4）應(yīng)選用引氣成分低、緩凝適中的高效減水劑，減水率>20%，含氣量≤3%。在使用前應(yīng)進(jìn)行與水泥相容性試驗。
（5）拌和用水宜采用飲用水，當(dāng)采用其他水源時，水質(zhì)應(yīng)符合我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ63）的規(guī)定，不得使用循環(huán)水。
3.2配合比設(shè)計要點
（1）應(yīng)控制每立方米混凝土用水量在170~180kg；水灰比不得大于0.55。
（2）應(yīng)保證有足夠的細(xì)粉料含量以改善混凝土的和易性，提高混凝土的表面質(zhì)量，膠凝材料總量視混凝土強(qiáng)度等級而異，建議C30~C50混凝土的膠凝材料總量控制在380~500kg/m3范圍內(nèi)。
（3）摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰可改善混凝土和易性，便于澆筑成型，但是摻量大將造成混凝土表面缺乏光澤、色澤不勻。因此應(yīng)嚴(yán)格控制粉煤灰用量，試驗表明粉煤灰摻量控制在10%以下為好。
（4）砂率應(yīng)比普通的混凝土提高1%~2%。
（5）理論上，只要能滿足施工的振搗要求，則混凝土坍落度越小，混凝土的泌水越少，氣泡也越少，建議非泵送混凝土的坍落度控制在8-10cm，泵送混凝土控制在12-14cm，坍落度每小時損失值不應(yīng)大于30mm。
4施工技術(shù)措施
4.1模板工程
（1）必須保證模板的剛度和穩(wěn)定性，在混凝土側(cè)壓力作用下不允許變形；優(yōu)先選用定型鋼模板且應(yīng)進(jìn)行拋光處理，以保證混凝土表面的光潔度。
（2）模板應(yīng)盡可能減少接縫，接縫位置應(yīng)盡量隱蔽。模板制作的幾何尺寸應(yīng)精確、拼縫嚴(yán)密，模板面拼縫高差、寬度應(yīng)≤1mm，模板間接縫高差及寬度≤2mm。
（3）模板的拼縫宜填實后打磨平整、嚴(yán)密，使接縫平順；模板的支撐必須牢固、嚴(yán)密，以免發(fā)生跑漿和漏漿。
（4）模板不宜采用對拉螺栓作為固定件，宜用鋼構(gòu)件組成的鋼圍檁固定模板。模板應(yīng)試拼組裝，經(jīng)驗收合格后再整體吊裝。
（5）模板一般周轉(zhuǎn)3次后應(yīng)進(jìn)行全面檢修一次。
（6）選用專業(yè)脫模劑，嚴(yán)禁使用廢機(jī)油作為脫模劑，脫模劑應(yīng)涂刷均勻。根據(jù)試驗情況，鋼模板內(nèi)表面優(yōu)先采用內(nèi)貼自粘PVC薄膜。
4.2鋼筋工程
（1）鋼筋保護(hù)層厚度用硬質(zhì)塑料墊塊進(jìn)行控制。
（2）綁扎鋼筋的扎絲多余部分應(yīng)向構(gòu)件內(nèi)側(cè)彎折，防止外露造成銹蝕。
（3）鋼筋端頭加不銹鋼帽，豎向鋼筋端頭纏塑料布，以防銹蝕。
（4）嚴(yán)格按設(shè)計圖紙加工、下料，使配制的各種鋼筋和箍筋平直、方正及彎鉤準(zhǔn)確；確保鋼筋位置準(zhǔn)確、預(yù)埋件固定牢固。
4.3混凝土生產(chǎn)運輸
（1）生產(chǎn)拌制混凝土?xí)r，必須嚴(yán)格按經(jīng)審批的混凝土配合比進(jìn)行配料，不得隨意更改。供應(yīng)混凝土前對生產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行全面檢查，確保供料期間機(jī)組正常運作。
（2）混凝土攪拌站應(yīng)根據(jù)氣溫條件、運輸時間、運輸距離、砂石含水率的變化、混凝土坍落度損失等情況，及時適當(dāng)?shù)貙υ浜媳冗M(jìn)行微調(diào)。
（3）攪拌站質(zhì)檢員必須嚴(yán)把混凝土質(zhì)量關(guān)，監(jiān)控好混凝土出場坍落度和溫度，檢查每車混凝土拌合物的性能符合要求后，方準(zhǔn)混凝土出場。
（4）混凝土的入模溫度應(yīng)控制在30℃以下?；炷林行臏囟扰c表面溫度的差值不應(yīng)大于25℃，混凝土表面溫度與大氣溫度的差值不應(yīng)大于25℃。
（5）攪拌站與工地應(yīng)加強(qiáng)協(xié)調(diào)，確保混凝土在運抵工地后能及時入模澆筑。
（6）嚴(yán)格執(zhí)行混凝土進(jìn)場交貨驗收制度，試驗員對每車混凝土的坍落度進(jìn)行取樣試驗，如遇坍落度超出允許范圍的混凝土，嚴(yán)禁使用。
4.4混凝土澆筑施工
（1）清水混凝土施工難度大，質(zhì)量要求高，應(yīng)制定相應(yīng)的混凝土施工方案。最好利用夜間澆筑，以減少混凝土坍落度損失。
（2）下料時避免混凝土沖擊鋼筋和模板，保證下料點分散布置，嚴(yán)禁一次性下料過多或集中某一點下料。
（3）澆筑混凝土要連續(xù)進(jìn)行，并嚴(yán)格控制混凝土的澆筑時間。因選用較低坍落度的混凝土，其流動性損失較快，如澆筑時間過長會影響混凝土的分散能力，容易形成蜂窩等缺陷。
（4）振搗要求快插慢拔，每棒均深入下層混凝土5cm，振搗時間為30s左右，每棒的移動距離宜為40cm。
4.5養(yǎng)護(hù)
混凝土如果不及時養(yǎng)護(hù)，表面極易因失水而出現(xiàn)微裂縫。建議清水混凝土構(gòu)筑物在拆模之前就應(yīng)對混凝土充分灑水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，使水分通過混凝土和模板的間隙滲入混凝土中。拆模后先在混凝土表面灑一遍水，保證塑料薄膜內(nèi)有凝結(jié)水，然后用塑料薄膜包裹嚴(yán)密并壓實進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不應(yīng)少于14d。
4.6表面缺陷的修補
在施工的全過程中，有可能存在少量氣泡及模板拼縫痕跡等細(xì)小弊病，處理方法為：先用與結(jié)構(gòu)混凝土同強(qiáng)度等級，同品種的水泥，摻一定量的白水泥配成專用膩子，堵塞進(jìn)小氣泡內(nèi)，再連同模板痕跡用細(xì)砂紙輕輕打磨，直至與結(jié)構(gòu)物表面色澤、光潔度一致時為止。但實施以前必須對材料的配合比先作試驗。
5結(jié)語
為了保證高架橋的外觀質(zhì)量，首次明確了清水混凝土的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，最終取得了較為滿意的效果。主要有以下幾點體會：
（1）原材料控制和配合比設(shè)計是清水混凝土的質(zhì)量控制重點。應(yīng)該采用同一廠家、同一品種的水泥、粉煤灰和外加劑，使用同一產(chǎn)地的砂和碎石，同時應(yīng)通過試驗確定最佳的混凝土配合比，以確保混凝土拌合物的性能優(yōu)良、外觀色澤均勻。
（2）清水混凝土的質(zhì)量絕非僅決定于混凝土材料本身，還必須從模板體系的設(shè)計、制作與安裝，鋼筋綁扎，混凝土澆筑質(zhì)量，入模溫度，拆模時間，養(yǎng)護(hù)方式和缺陷修補等全過程采取有效措施加以控制，才能保證清水混凝土的外觀質(zhì)量效果。
（3）正式施工前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場模擬試驗，以掌握清水混凝土的施工技術(shù)要點，同時通過模擬試驗來達(dá)到人員、機(jī)具與材料供應(yīng)、現(xiàn)場管理的最佳配合，惟有如此才能保證清水混凝土的施工質(zhì)量。
（4）混凝土表面如不作任何保護(hù)，在長時間遭受來自陽光、紫外線、酸雨、油污等的破壞后，其表面效果將日趨污濁。因此，還應(yīng)重視后期保養(yǎng)及處理。
參考文獻(xiàn)
【1】季云聰，徐偉,不涂裝混凝土施工的外觀質(zhì)量控制研究3建筑施工，2004(6).
文章來源： 《建筑技術(shù)》原作者：黃輝
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