鋁模工藝全混凝土外墻的混凝土試驗研究及應(yīng)用

何偉強(qiáng) 王芳利

（廣東基礎(chǔ)新世紀(jì)混凝土有限公司）

0 引言

由于混凝土、砂漿與砌筑墻體的熱膨脹系數(shù)不一致，易在混凝土與砌筑墻體之間、外墻砌筑與外墻砂漿之間產(chǎn)生收縮裂縫，外墻易產(chǎn)生開裂滲漏等質(zhì)量通病。高層建筑受風(fēng)影響較大，此問題尤為明顯，一直備受困擾。近年來，隨著鋁合金模板施工技術(shù)的大力發(fā)展，免抹灰、干作業(yè)等先進(jìn)施工理念開始萌發(fā)并得到初步發(fā)展，針對建筑物外墻開裂、滲漏等一些質(zhì)量通病，采用鋁模技術(shù)全混凝土外墻能得到較好解決。[1]

鋁合金模板技術(shù)在西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)應(yīng)用了將近半個世紀(jì)，但我國的這一技術(shù)還正處于起步階段，非常不成熟。主要有鋁模與混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在前三層、高強(qiáng)混凝土等方面表現(xiàn)尤為明顯；二是窗下墻設(shè)計為整體連梁或雙連梁、二次澆筑構(gòu)件如構(gòu)造柱和飄板等實現(xiàn)了與墻體一次澆筑完成，形成了大跨度封閉式平底U 型結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上實現(xiàn)了優(yōu)化，施工上卻是加大混凝土澆筑施工難度，若不能形成配套的混凝土施工技術(shù)，整個結(jié)構(gòu)質(zhì)量效果將會大打折扣。[2-3]

目前，國內(nèi)鋁合金模板施工技術(shù)采用的混凝土及混凝土設(shè)計要求，多與普通木模板施工無異，但鋁合金模板的施工技術(shù)難度比普通木模板的高，因此采用的混凝土應(yīng)有所差異。針對鋁模工藝全混凝土外墻設(shè)計施工存在的結(jié)構(gòu)異性、部分結(jié)構(gòu)振搗澆筑難度大、鋁模表面被混凝土腐蝕三大問題進(jìn)行了混凝土性能的改善研究及應(yīng)用。

1 原材料選擇

1.1 水泥

水泥應(yīng)選用與外加劑適應(yīng)性好、性能穩(wěn)定的品種。經(jīng)對比篩選，選用廣東英德海螺牌P.O42.5 水泥，其性能指標(biāo)見表1。

表1 P.O42.5 水泥性能指標(biāo)

1.2 細(xì)骨料

采用西江河砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，級配為Ⅱ區(qū)，含泥量為0.3%，Cl-含量為0.002%。

1.3 粗骨料

選用博羅石場的10～20mm 和5～10mm 的兩種規(guī)格碎石，經(jīng)檢測，10～20mm碎石的各項技術(shù)指標(biāo)如表2。

表2 10～20mm 碎石性能指標(biāo)

5～10mm 石摻量通過與10～20mm 不同比例混合的最大堆積密度來確定，經(jīng)實驗確認(rèn)，5～10mm 碎石的摻量在25%時，碎石整體堆積密度達(dá)到最大值，故5～10mm碎石摻量為25%。

1.4 三摻組合劑[5]

三摻組合劑，即常規(guī)外加劑、消泡劑、粘度調(diào)節(jié)劑三者按混凝土性能要求配制組合而成的一種專用混凝土外加劑。

常規(guī)外加劑，即緩凝型聚羧酸高性能減水劑，具有減水、調(diào)節(jié)混凝土和易性、延長一定范圍內(nèi)的凝結(jié)時間等功能。選用強(qiáng)達(dá)QC 高濃，其物理性能見表3。

表3 強(qiáng)達(dá)外加劑的物理性能

消泡劑，即抑制泡沫產(chǎn)生或消除已產(chǎn)生泡沫的外加劑，能使新拌混凝土在較長時間內(nèi)保持塑性，從而調(diào)節(jié)新拌混凝土的凝結(jié)時間。

粘度調(diào)節(jié)劑，是近幾年研究開發(fā)的一種新型的水泥混凝土外加劑，它能夠改善水泥膠凝材料的粘聚性和粘結(jié)力，減少材料組分的分離率，提高勻質(zhì)性。本次試驗選用的是LM-26N 型粘度調(diào)節(jié)劑。

1.5 摻合料

選用礦粉為唯一摻合料，其主要性能指標(biāo)見表4，其微觀形貌見圖1。

表4 礦粉性能指標(biāo)

圖1 礦粉的顆粒形貌

2 配合比調(diào)整設(shè)計[4]

2.1 集料比例設(shè)計

本次試驗在普通高性能混凝土的基礎(chǔ)上，根據(jù)全混凝土外墻設(shè)計中大跨度封閉式平底U 型結(jié)構(gòu)的施工要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，依據(jù)C35 強(qiáng)度混凝土基準(zhǔn)配合比進(jìn)行試配。基準(zhǔn)配合比經(jīng)質(zhì)量法核算確定膠材：細(xì)骨料：粗骨料：水：外加劑摻量=425：770：1030：163：1.8%。試驗中，砂率為42%、水膠比為0.38。通過測試混凝土的坍落度、擴(kuò)展度、離析率，7d、28d 抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對比分析，逐步調(diào)整。

為確保混凝土通過鋼筋間隙的能力，本次配合比設(shè)計采用集料一體化設(shè)計，即砂和石的級配、粒形、粒徑都是集中試驗處理，為后續(xù)漿骨比提供基礎(chǔ)，為混凝土抗離析、抗收縮以及流動性提供基礎(chǔ)。依據(jù)混凝土應(yīng)用經(jīng)驗，適當(dāng)對混凝土中砂率進(jìn)行調(diào)整，可提高混凝土的流動性，有效降低混凝土的空隙率，找出合適的漿骨比。本次試驗通過對混凝土的砂率進(jìn)行調(diào)整，對比調(diào)整之后混凝土的各項性能，見表5。

以上實驗結(jié)果表明，混凝土的砂率對混凝土的工作性影響較大，在一定范圍內(nèi)砂率的調(diào)整可有效改善混凝土的工作性及降低離析率，混凝土的和易性隨著砂率的增大呈現(xiàn)先變好后變差的走勢，拐點(diǎn)在42%，混凝土強(qiáng)度的走勢也基本相符。綜上，經(jīng)過集料一體化設(shè)計的砂率為42%。

2.2 礦粉摻量對混凝土的影響及規(guī)律

本次試驗在依據(jù)礦物摻合料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求限定條件下，分別將礦渣粉按10%、15%、20%、25%、30%的比例等量置換膠凝材料中的水泥組分。在混凝土配合比各項數(shù)據(jù)不變的情況下，通過調(diào)整礦渣粉摻量對比混凝土坍落度、擴(kuò)展度、離析率、PH 值、7d、28d 強(qiáng)度，試配結(jié)果見表6。

表5 砂率對混凝土性能的影響

試驗結(jié)果表明，隨著礦粉用量比例逐漸增大，混凝土流動性逐步增大，到20%的時候達(dá)到峰值。隨著礦渣粉的持續(xù)增長，混凝土的和易性逐漸變差，包裹性粘聚性變差，離析率上升。而混凝土拌合物PH 值隨著礦粉摻量的增加而降低，摻量達(dá)到20%以上時，PH 值不超過12，對鋁模的腐蝕降低，檢測情況見圖2。綜上所述，此次試配礦渣粉取代水泥的比例為20%。

圖2 混凝土拌合物PH 值檢測

2.3 聚羧酸自密實高性能外加劑的配制

為進(jìn)一步提高混凝土在鋁模中的適應(yīng)性，在通過調(diào)整外加劑中各組分的比例，以達(dá)到良好工作性的同時，將混凝土中的大中氣泡有效消除，以減少拆模后混凝土結(jié)構(gòu)表面的氣泡，提高混凝土的自密實性能。試驗通過不同摻量的粘度調(diào)節(jié)劑來對比混凝土各項性能的變化，見表7。

實驗表明，隨著外加劑各組分調(diào)整，混凝土容重隨粘度調(diào)節(jié)劑增加，混凝土和易性先變好后變差。在復(fù)合型外加劑的粘度調(diào)節(jié)劑組分達(dá)到1.0‰時，混凝土擴(kuò)展度達(dá)到了650mm，且和易性良好，和易性狀態(tài)如圖3，強(qiáng)度等各項數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計要求。因此，我們將此三摻外加劑命名為：聚羧酸自密實高性能外加劑。

圖3 混凝土和易性狀態(tài)

2.4 配合比確定

經(jīng)過集料一體化設(shè)計改善混凝土整體級配、礦物摻合料改善和易性及PH 值、聚羧酸自密實高性能外加劑的靶向配制及作用進(jìn)一步改善了混凝土的PH 值，確定混凝土最佳密度及各項指標(biāo)的最終配合比，見表8。

經(jīng)過多次試驗，混凝土和易性達(dá)到自密實、超高層施工要求，相對泌水率S10=V10/V140=18.7%，其他各項指標(biāo)如表9。

表7 不同比例粘度調(diào)節(jié)劑對混凝土各項性能影響

表8 C35 鋁模工藝全混凝土外墻混凝土基準(zhǔn)配合比

表9 最終配比混凝土其他各項指標(biāo)

3 工程應(yīng)用

廣州信達(dá)金茂廣場工程占地面積27633m2，總建筑面積178990m2。這種設(shè)計完成鋁模安裝后，形成了大跨度封閉式平底U 型的異型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)水平跨度達(dá)5m，高度4m，混凝土自由填充長度達(dá)3m、自由填充寬度達(dá)1m，自由流動高度最薄處為10mm（寬0.5m），且為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。澆筑方式為平底U 型兩端頂部澆入，混凝土經(jīng)4m 自由拋下后，自行填充滿5000mm×500mm×10mm 薄板結(jié)構(gòu)。

該項目澆筑過程順利，拆模后，飄板等二次結(jié)構(gòu)混凝土填充密實，無明顯缺陷，墻體經(jīng)過28 天的觀察，表面未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋。混凝土主體結(jié)構(gòu)部位經(jīng)檢驗強(qiáng)度合格，符合設(shè)計要求。墻體拆模后效果見圖4。

圖4 施工效果圖