飾面清水混凝土施工技術(shù)及質(zhì)量控制

任清波，宋雪峰

（1.中交四航局廣州南沙工程有限公司，廣州510231；2.中交四航工程研究院有限公司，廣州510230）

1 項目概況

本工程為廣州南沙自貿(mào)區(qū)靈山島尖配套道路工程，地處靈山自貿(mào)區(qū)內(nèi)京珠高速、靈新大道以東區(qū)域，包括嶺南鉆石水鄉(xiāng)社區(qū)及粵港澳合作商業(yè)服務(wù)中心，項目所在區(qū)域共有橋梁18 座，穿插分布于整個社區(qū)，為充分體現(xiàn)“一橋一景、橋景相融、自然和諧”的設(shè)計理念，所有橋梁結(jié)構(gòu)形式都不相同，橋梁橋臺、翼墻、墩柱、拱座、拱圈、支座墊石、主梁等結(jié)構(gòu)均設(shè)計使用清水混凝土。

2 飾面清水混凝土外觀缺陷調(diào)查及優(yōu)化設(shè)計

為了解清水混凝土施工過程中存在的質(zhì)量缺陷，項目組對周邊區(qū)域清水混凝土建筑物和構(gòu)筑物進行了摸查，并參考清水混凝土規(guī)劃對各類缺陷進行了分類統(tǒng)計，各類常規(guī)缺陷統(tǒng)計結(jié)果如表1 所示。

表1 清水混凝土觀感質(zhì)量調(diào)查統(tǒng)計表

根據(jù)摸查結(jié)果，影響清水混凝土外觀的因素中，結(jié)構(gòu)線型不順直、表面漏漿、爛根、錯臺主要與模板及其拼裝有關(guān)；氣泡、麻面和色差主要與混凝土原材料及配合比有關(guān)；裂縫和冷縫則主要與施工工藝有關(guān)。為了有針對性地對以上影響因素進行分析并找到有效的解決方法，項目結(jié)合現(xiàn)場實際情況對混凝土配合比、模板及裂縫控制進行優(yōu)化設(shè)計和控制。

2.1 配合比的優(yōu)化

2.1.1 原材料取樣分析

本項目所用混凝土均采用商品混凝土，對本工程使用的“A”“B”商品混凝土拌和站的原材料進行抽樣檢測，分析其原材料質(zhì)量對硬化混凝土表觀質(zhì)量的影響。根據(jù)實驗結(jié)果：

1）拌和站碎石級配不好。碎石尺寸偏大，4.75mm 方孔篩累計篩余達到98%，建議進行級配的優(yōu)化調(diào)整。

2）碎石質(zhì)量較差，針片狀含量過多，建議采用針片狀含量5%以下的碎石，新拌混凝土流動過程中，針片狀石頭滑動摩擦阻力大，致使坍落度、擴展度小，不利于泵送與施工。

3）用水量控制問題。現(xiàn)場按實測砂石含水率換算成施工配合比，調(diào)整（增大或減小）用水量不宜過大，用水量減少過大則漿量相應(yīng)減少，混凝土包裹性相應(yīng)變差。

4）外加劑用量。根據(jù)混凝土外加劑對水泥的適應(yīng)性試驗，外加劑摻量推薦為≤1.1%，建議在控制用水量的基礎(chǔ)上調(diào)整外加劑用量，不能按照工作性調(diào)整用水量。

5）在現(xiàn)有的原材料質(zhì)量條件下，應(yīng)適當增加膠凝材料用量，改善混凝土的包裹性、出機流動性等。

2.1.2 混凝土配合比優(yōu)化

由于拌和站提供的清水混凝土配合比效果不佳，項目部聯(lián)合四航研究院材料所對配合比進行了優(yōu)化。通過固定水膠比和膠凝材料體系，將砂率從原配合比38%調(diào)整至42%，進一步調(diào)整混凝土工作性，并成型400mm×200mm×700mm 的清水混凝土試塊，進行不同砂石對混凝土外觀質(zhì)量的影響試驗配合比A 和配合比B。

調(diào)整砂率至42%之后，配合比A 工作性有所提升，離析、泌水狀態(tài)有所改善，但混凝土流動較慢，黏性較大，不易翻鏟，外加劑敏感性較高；配合比B 由于集料粒徑增大，漿體較多，工作性較好，翻鏟輕松，流動性較好，但外加劑敏感性仍較高，外加劑對混凝土工作性影響仍較大。

因此，根據(jù)拌和站原材料實驗情況及配合實驗結(jié)果，現(xiàn)場采用配合比B 進行施工，同時與拌和站簽訂了包保協(xié)議，要求清水混凝土供應(yīng)原材料必須單獨存放并加強抽檢，嚴控質(zhì)量。

2.2 模板體系的優(yōu)化

模板的類型對混凝土外觀施工質(zhì)量影響較大，為了取得更好的外觀效果和結(jié)構(gòu)線型，現(xiàn)場制作了多個試驗墩，每個試驗墩采用不同的模板內(nèi)飾材料，墩身試澆段尺寸為1.0m×1.0m×2.0m（長×寬×高），4 種不同的模板材料分別為鋼模板+透水模板布、鋼模板+模板漆、覆塑模板+脫模劑、覆塑模板無脫模劑。試澆段內(nèi)的主筋和箍筋的尺寸、間距按實際墩柱進行布置。

混凝土澆筑后，分別記錄鋼模板+透水模板布、鋼模板+模板漆、覆塑模板+脫模劑、覆塑模板無脫模劑4 個面不同時間混凝土表面顏色；混凝土外觀質(zhì)量的檢驗結(jié)果如表2 所示。

表2 試驗墩外觀質(zhì)量檢驗表

通過比選，最后選取模板為覆塑模板，該模板以優(yōu)質(zhì)樺楊木做基板，外覆PP 塑料膜，具有塑料模板和木質(zhì)模板的優(yōu)質(zhì)特性。

2.3 典型構(gòu)件裂控分析

2.3.1 開裂風險評估

混凝土結(jié)構(gòu)的開裂問題主要是由于約束應(yīng)力過大、表面干燥收縮，或者混凝土塑性收縮產(chǎn)生，在具體的工程實踐中，需要根據(jù)裂縫的種類分析誘因，才能從根本上解決開裂問題。本項目著重分析了橋墩及橋臺等大體積混凝土構(gòu)件，根據(jù)邊墩實際尺寸建立模型（見圖1），進行網(wǎng)格劃分和有限元計算【1】。

圖1 邊墩有限元模型

計算得到邊墩48h 溫度場，如圖2 所示。邊墩不同齡期中心最高溫度達到65℃，由于環(huán)境溫度較低，內(nèi)表溫差在42～90h 期間＞25℃。

圖2 邊墩澆筑后48h 溫度場分布

2.3.2 內(nèi)約束應(yīng)力評估

根據(jù)內(nèi)表溫差的模擬結(jié)果，以及混凝土各齡期的彈性模量和抗拉強度，計算內(nèi)表溫差【2】導(dǎo)致的混凝土自約束應(yīng)力，最后計算得到各齡期自約束應(yīng)力的抗裂安全系數(shù)。

通過內(nèi)約束應(yīng)力及開裂風險評估可以看出，邊墩7d 內(nèi)自約束應(yīng)力抗裂安全系數(shù)基本＞1.15，自約束應(yīng)力導(dǎo)致混凝土開裂的風險較小。但在2～3d 階段，混凝土的自約束應(yīng)力抗裂安全系數(shù)相對較低，僅為1～1.15，這個階段開裂風險相對較大，因此不宜在3d 前拆模。

2.3.3 外約束應(yīng)力評估

根據(jù)混凝土各階段的降溫收縮和干燥收縮得到7d 齡期混凝土綜合降溫差，按照1d 為一個階段，計算各階段產(chǎn)生的外約束應(yīng)力，并根據(jù)松弛系數(shù)計算各階段產(chǎn)生的應(yīng)力延續(xù)至某一齡期的應(yīng)力殘留值，并計算各階段外約束應(yīng)力抗裂安全系數(shù)。

通過計算可得，邊墩外約束應(yīng)力的抗裂安全系數(shù)在3～7d內(nèi)＜1.15。混凝土出現(xiàn)溫度及收縮裂縫的概率較大。在現(xiàn)有工況的基礎(chǔ)上，控制裂縫的主要措施是：（1）適當延長拆模時間，加強對混凝土的保溫保濕養(yǎng)護，避免氣溫降低造成內(nèi)表溫差過大；（2）盡量縮短新舊混凝土的澆筑間隔，并縮小澆筑分段長度，減小基礎(chǔ)對新混凝土的約束；（3）嚴格控制養(yǎng)護時間，主要構(gòu)件養(yǎng)護時間應(yīng)≥7d。

3 實施效果

根據(jù)以上實驗和方案此選，本項目具體實施過程中重點對混凝土配合比、模板及裂縫控制等進行實驗分析，并通過優(yōu)化施工工藝和養(yǎng)護措施等過程管控手段，解決了大部分依托工程混凝土表觀質(zhì)量缺陷，順利完成了所有橋梁的施工，取得了比較理想的飾面清水混凝土景觀效果。

4 結(jié)語

綜上所述，本項目橋梁外露結(jié)構(gòu)采用飾面清水混凝土，重點對混凝土原材料質(zhì)量、配合比穩(wěn)定性、模板拼裝及裂縫等進行了研究分析，對清水混凝土澆筑工藝及養(yǎng)護措施等進行了全過程控制，取得了比較理想的效果，橋梁外觀驗收一次通過。