清水鏡面混凝土配合比設計

黃亞林

（深圳港創建材股份有限公司，廣東 深圳 518000）

0 前言

清水混凝土是一種新型的建筑形式，其細膩精致的紋理，綿密、近乎均質的質感形成了其獨特的美感，為越來越多的建筑師所接受。“清水鏡面混凝土”是清水混凝土發展新階段，其標準是混凝土觀感質量在光澤和平整的基礎上，如“鏡面”能光亮照人，并更加注重細部和整體藝術效果，主要適用于工業建筑中不做飾面的工程。清水鏡面混凝土的鏡面效果借助模板成型是關鍵技術，同時取決于混凝土配合比的最佳化和原材料的最適性能。本文依據地材性能，因地制宜，制備適用于本地工程需要的清水鏡面混凝土。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥：應選用同熟料磨制色澤均勻的水泥。本試驗分別選用來自 C1、C2、C3 廠出產的 P·O42.5 水泥，其性能指標見表1。

表1 水泥的性能

（2）粉煤灰：應選用同一電廠、同一品牌、同等級、質量穩定且色澤一致的粉煤灰。粉煤灰可增加混凝土的后期強度，減少混凝土自身體積收縮，還可改善新拌混凝土的和易性。本試驗選用深圳媽灣電廠的Ⅰ級 F類灰，其性能指標見表2。

表2 粉煤灰的性能

（3）礦渣粉：應選用同一鋼廠、同一品牌、同等級的礦渣粉。礦渣粉可改善混凝土的工作性、降低水化熱，增進后期強度、改善混凝土的內部結構，提高抗滲和抗腐蝕能力。本試驗選用河北盾石生產的 S95 級礦渣，其性能指標見表3。

表3 礦渣粉的性能

（4）碎石：應選用同產地、同規格、同色澤，連續級配，含泥量和吸水率相對低的反擊破碎石。級配良好、含泥量低的反擊破碎石，不僅能減少水泥用量，且能降低混凝土的干縮。本試驗選用惠州博羅生產的5～25mm 碎石，表觀密度 2670kg/m3，松散堆積密度為 1480kg/m3，緊密堆積密度為 1620kg/m3，松散堆積時空隙率為 45%，緊密堆積時空隙率為 39%，含泥量0.3%。其顆粒級配情況見表4。

表4 碎石顆粒級配

（5）河砂：應選用同河域、同規格、同色澤，連續級配，含泥量相對低的中砂。級配良好、含泥量低的中砂，不僅能減少水泥用量，且能很好地填充碎石中的空隙，增加混凝土密實度，同時減小混凝土的泌水率。本試驗采用東莞的中級河砂，表觀密度 2630kg/m3，堆積密度 1480kg/m3，含泥量 1.0%，泥塊含量0.2%，細度模數 2.62。其顆粒級配情況見表5。

表5 河砂顆粒級配

（6）超細石粉：應選用同產地、同規格、同色澤，MB 值較低的超細石粉。超細石粉是一種非活性的惰性材料，它本身不參與水泥的水化，在混凝土中主要起到微集料填充作用，增加了混凝土的密實度。超細石粉的性能指標見表6。

表6 超細石粉的性能

（7）減水劑：應選用高性能聚羧酸減水劑。高性能聚羧酸減水劑對混凝土的增強效果顯著，能降低混凝土的收縮，提高混凝土的和易性、耐久性。本試驗選用安徽產高性能聚羧酸減水劑，其性能指標見表7。

表7 高性能聚羧酸減水劑性能

1.2 配制原則及試驗方法

1.2.1 配合比設計原則

（1）滿足 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》的要求。

（2）滿足 JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技術規程》的要求。

（3）滿足 JGJ 169—2009《清水混凝土應用技術規程》的要求。

（4）利用粉煤灰、礦渣粉對混凝土后期強度的貢獻作用，降低混凝土的水化熱，減小收縮。

（5）采用不摻引氣的高性能聚羧酸減水劑，減小混凝土的泌水和表面蜂窩麻面現象。

1.2.2 試驗方法

分別按 GB/T 14684—2011《建設用砂》和 JGJ 52—2011《普通混凝土用砂、石質量及檢測方法標準》測定堆積密度、空隙率、級配和細度模數；分別按 GB/T 1345—2005《水泥細度檢驗方法篩析法》檢測水泥細度；分別按 GB/T 1346—2011《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》測定稠度用水量、凝結時間、安定性；分別按 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》測定水泥的膠砂強度，試驗尺寸為 40mm×40mm×160mm 的棱柱試體；GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動測定方法》測定水泥膠砂流動度；分別按 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》測定混凝土工作性能和力學性能，試驗尺寸為 100mm×100mm×100mm，修正系數為0.95。

1.3 試驗配合比

清水混凝土的配合比除了要滿足強度和耐久性的要求外，最重要的是其對表面性能的影響。配合比參數包括用水量、水膠比、膠凝材料用量和砂率。應盡量避免用水量過多造成泌水、浮漿和離析，避免導致色差和水紋水線等表面缺陷；膠凝材料用量不宜過大，否則將導致振搗后浮漿過厚、水化熱和溫升過大而開裂[1]。砂率應適當，砂率較低易造成表面泌水和花斑紋；砂率較高易產生毛細裂縫[2]。對于—定配合比的清水混凝土，通過控制其黏度，保證新拌狀態時的流動性及包裹性，可使混凝土表面呈現出色澤均勻、美觀的鏡面效果[3]。因此，選用表8 的 C40 配合比作為基礎配合比。

表8 清水鏡面混凝土的基礎配合比.g/m3

2 結果分析與討論

2.1 水泥對清水鏡面混凝土的影響

不同廠家的水泥，混合材的種類及其摻量各不相同，在保證水泥滿足標號的前提下，選用最經濟性的方式，是廠家考慮的重要因素；加之清水混凝土中水泥摻量大，水泥的顏色以及質量的穩定對清水混凝土宏觀形貌影響較大。因此，清水混凝土質量的好壞，水泥廠家的選擇至關重要。改變水泥類型，采用表8 的配合比研究水泥對清水鏡面混凝土性能的影響，見表9 和圖1。

表9 水泥對清水鏡面混凝土的影響

圖1 水泥對清水鏡面混凝土影響的脫模照片

可以發現，摻加不同廠家的水泥，其外觀顏色略有差別，C1 表面粗糙，有氣泡，可能是由于 C-S-H 凝膠形成量有限，未能及時水化成凝膠聚于表面。C2 表面光澤，但氣泡較多，Powers 描述了氣泡在混凝土中由于機械作用形成的兩個過程：（1）氣泡形成，空氣在渦流作用下被包裹住；（2）氣泡穩定，攪拌過程會導致空氣的引入，細集料形成三維空間薄膜[4]。這些漿液中氣泡的液膜粘附有大量水化和未水化的粉料顆粒，使氣泡的液膜轉變成液固復合膜，表面張力變大，故氣泡能夠穩定存在。混凝土表面氣泡的形成主要是混凝土中的氣泡無法順利排出并聚集在模板邊緣的結果[5]。C2 中的氣泡可能是由粉煤灰引入的，粉煤灰中的 NOX遇到堿性環境生成氨氣（NH3）[6]。C3 表面光澤，氣泡少。

2.2 摻合料對清水鏡面混凝土的影響

配合比見表10，性能結果見表11、圖2。

表10 摻合料對混凝土的影響配合比.g/m3

表11 摻合料對清水鏡面混凝土的影響

圖2 摻合料對清水鏡面混凝土影響的脫模照片

摻加不同的摻合料，對清水鏡面混凝土的影響迥異，可以發現：粉煤灰取代水泥后，隨著取代量的增加，黑斑明顯增多，鏡面效果較差，清水混凝土表面形成的黑斑的原因可能是浮黑粉煤灰由于泌水上浮、混凝表面和模板的外部污染造成黑斑[7,8]；礦渣粉取代水泥后，隨著取代量的增大，青色的斑點逐漸增多，雖然礦渣粉的摻入可以減少水化放熱量、增加力學性能、提高抗裂性、降低經濟成本，但是由于礦渣一般會含有硫化物，與水泥的某些元素或化合物發生反應，生成微量FeS 和 MnS，使一部分水化產物呈藍綠色，這部分水化產物被透明的 C-S-H 凝膠包覆，形成明顯的青斑；超細石粉取代水泥后，表面光亮、無明顯氣泡、無明顯色差，效果極佳，主要是由于超細石粉粒徑匹配，可以達到密實的效果，降低粘度，減小空隙，減少氫氧化鈣的定向生長，改善混凝土與模具的界面。

3 結論

（1）不同廠家的水泥由于其混合材種類、品質不同，使得清水鏡面混凝土表面性能略有差異，當使用C3 水泥時，清水鏡面混凝土表面有光澤，氣泡較少，效果最佳。

（2）摻合料不僅可以提高混凝土的力學性能，改善工作性，還可以填充空隙，減少氫氧化鈣的定向生長，減少混凝土與模板缺陷。當摻加本地超細石粉后，清水鏡面混凝土表面光亮，無明顯氣泡，效果極佳。