市政工程清水混凝土構(gòu)件的預(yù)制化技術(shù)探究

鄭 斌，林 峰

[1.上海城投公路投資（集團(tuán)）有限公司，上海市200335；2.上海隧道工程有限公司構(gòu)件分公司，上海市200127]

0 引言

近年來在大力發(fā)展綠色裝配式建筑政策的驅(qū)動(dòng)下，預(yù)制混凝土技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)新已成為混凝土行業(yè)以預(yù)制化發(fā)展為核心創(chuàng)新的熱點(diǎn)。隨著國(guó)家和地方的科研開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)編制、技術(shù)培訓(xùn)等活動(dòng)的不斷深入，我國(guó)建筑工業(yè)化水平持續(xù)上升。具備飾面效果、無須二次修飾等特點(diǎn)的清水混凝土構(gòu)件不僅降低了傳統(tǒng)混凝土構(gòu)件的質(zhì)量通病，還滿足了不同的審美需求，成為行業(yè)中的研究焦點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)市政工程疊合墻板預(yù)制化，不僅體現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的品質(zhì)，還可以呈現(xiàn)通道大面積統(tǒng)一的清水效果。本文通過對(duì)混凝土配合比設(shè)計(jì)、不同模具技術(shù)、不同振搗方式等方面進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，探究市政工程清水混凝土構(gòu)件預(yù)制化的生產(chǎn)技術(shù)。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

清水混凝土構(gòu)件的飾面特征主要可以分為兩個(gè)方面，一是色澤勻，二是氣泡少。對(duì)于清水混凝土構(gòu)件預(yù)制化生產(chǎn)技術(shù)來說，其影響因素涉及面更多，主要分為內(nèi)因與外因兩種。內(nèi)因主要是指混凝土配合比的設(shè)計(jì)與原材料的質(zhì)量管理方。外因主要是指模具技術(shù)、施工工藝和環(huán)境條件等。

而市政工程疊合墻板結(jié)構(gòu)件的飾面要求更嚴(yán)格，鋼筋結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)混凝土構(gòu)件存在一定的區(qū)別。為確保本項(xiàng)目試驗(yàn)的研究效果，本次試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)要從混凝土設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、混凝土脫模劑和模具等方面進(jìn)行探討與研究。

2 混凝土設(shè)計(jì)

2.1 原材料選擇

（1）水泥。結(jié)合傳統(tǒng)混凝土構(gòu)件預(yù)制化生產(chǎn)過程中積累的大量生產(chǎn)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過多個(gè)廠家水泥性能的試驗(yàn)對(duì)比，為確保預(yù)制構(gòu)件在前期具備較好的完整性，降低脫模損傷的風(fēng)險(xiǎn)，最終選用PⅡ52.5 水泥。

（2）摻合料。針對(duì)色澤勻質(zhì)方面，礦粉質(zhì)量穩(wěn)定且具有較好的白化效果，有利于體現(xiàn)混凝土構(gòu)件的觀感。而市場(chǎng)上粉煤灰質(zhì)量穩(wěn)定性差，且易導(dǎo)致混凝土構(gòu)件的不均勻色差，因此為降低風(fēng)險(xiǎn)，本項(xiàng)目采用單摻工藝，摻合料采用S95 級(jí)礦粉。

（3）骨料。由于疊合墻板的鋼筋布置較密、板型結(jié)構(gòu)較薄，考慮到混凝土骨料的最大堆積理論進(jìn)行設(shè)計(jì)可以降低混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，因此折中采用粒徑為5～25 mm 連續(xù)級(jí)配的反擊破碎石，以確保混凝土流動(dòng)性。

（4）外加劑。經(jīng)過高性能聚羧酸減水劑的多種復(fù)配對(duì)比后，結(jié)合構(gòu)件的飾面效果，確定采用摻入適量消泡劑與提漿劑的專用外加劑，其表面氣泡、裂紋等瑕疵明顯減少，可有效提高構(gòu)件飾面質(zhì)量。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

結(jié)合我公司長(zhǎng)期以來對(duì)混凝土配合比方面積累的經(jīng)驗(yàn)，預(yù)制化疊合墻板的混凝土主要采用低水膠比、高砂率和高性能外加劑等技術(shù)路線（見表1）。通過采用提高混凝土漿體量的方式，讓富足的混凝土漿體進(jìn)行孔隙填充，以達(dá)到減少混凝土氣泡與提高流動(dòng)性的目的。

表1 清水混凝土配合比不同設(shè)計(jì)方案

結(jié)合確定的設(shè)計(jì)路線，針對(duì)混凝土漿體設(shè)計(jì)、混凝土色差影響與混凝土流動(dòng)性進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，對(duì)4 個(gè)混凝土配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行混凝土性能檢驗(yàn)與成品效果檢驗(yàn)。D 配合比設(shè)計(jì)下混凝土表觀質(zhì)量較優(yōu)于其他配合比，相對(duì)色澤較為均一，成品氣泡少，但是受到客觀工藝與模具情況的影響，存在一定電焊污染與鋼模銹斑（見表2、圖1）。

表2 清水混凝土配合比不同設(shè)計(jì)方案

圖1 實(shí)體板材成品效果

3 模具技術(shù)

本文結(jié)合清水混凝土構(gòu)件預(yù)制化的結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)需要，以及對(duì)不同材質(zhì)模具的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，清水混凝土模具只采用高精度鋼模進(jìn)行預(yù)制生產(chǎn)。同時(shí)，針對(duì)不同脫模劑應(yīng)用情況、不同鋼模面效果進(jìn)行試驗(yàn)，提出了滿足市政工程清水混凝土構(gòu)件預(yù)制化鋼模技術(shù)方案。

3.1 脫模劑試驗(yàn)

根據(jù)清水混凝土脫模劑的市場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)研，并借鑒港珠澳大橋清水構(gòu)件的施工情況，選取合理的脫模劑和脫模劑施工工藝，選擇水性脫模劑進(jìn)行應(yīng)用研究。

混凝土配合比設(shè)計(jì)強(qiáng)度C50，施工配合比設(shè)計(jì)見表3，模具采用日本進(jìn)口鋼模，振搗工藝采用附著式。對(duì)不同脫模劑試驗(yàn)成果如下（見圖2）：

表3 清水混凝土配合比不同設(shè)計(jì)方案

圖2 脫模情況

（1）脫模劑1：鋼模基本無積灰，表面色澤基本均一，表面有輕微氣泡與刷痕。

（2）脫模劑2：鋼模基本無積灰，表面有輕微斑紋，表面有小氣泡與刷痕。

（3）脫模劑3：鋼模有明顯積灰，表面有輕微的色斑，表面有小氣泡、色差、刷痕。

對(duì)上述對(duì)比試驗(yàn)情況進(jìn)行分析，可以看到，在應(yīng)用龍門中心加工的高精度鋼模、高效附著式振搗工藝和親水性脫模劑的共同作用下，可以取得較好的清水混凝土效果。但在不同的親水性脫模劑應(yīng)用下，效果不同。脫模劑的涂覆方式會(huì)影響混凝土表面的飾面效果，因此在脫模劑施工工藝上建議采用霧化噴涂，避免在混凝土表面留下涂刷痕跡。

3.2 不同鋼模面對(duì)比

由于清水混凝土的施工工藝對(duì)混凝土成品外觀質(zhì)量存在較明顯的影響，因此在本次試驗(yàn)過程中將對(duì)不同鋼模面下的混凝土飾面效果進(jìn)行研究，摸索基于更合理混凝土的澆筑形式，以取得較好的飾面效果。

（1）脫模劑1：如圖3 所示，底面較嚴(yán)重色差，側(cè)面色澤較均一，有明顯鏡面效果。

圖3 脫模劑1 鋼模面情況

（2）脫模劑2：如圖4 所示，底面較嚴(yán)重色差，側(cè)面有涂刷痕跡，局部有鏡面效果。

圖4 脫模劑2 鋼模面情況

（3）脫模劑3：如圖5 所示，底面嚴(yán)重色差，側(cè)面有輕微涂刷痕跡，有較明顯鏡面效果。

圖5 脫模劑3 鋼模面情況

對(duì)本次清水混凝土試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，由于采用不同的振搗工藝，混凝土坍落度現(xiàn)場(chǎng)控制在140±20 mm 時(shí)，混凝土表現(xiàn)出較好的流動(dòng)性和富足的漿體，并取得較好的飾面效果。混凝土成品的底面氣泡較少，但顏色較深，存在色澤不均的問題；側(cè)面存在一定密集型氣泡，但顏色較白，色澤均一性較好，同時(shí)有不同程度的鏡面效果。脫模劑1 的脫模情況、成品情況優(yōu)于其他脫模劑，可在清水混凝土構(gòu)件預(yù)制化生產(chǎn)中進(jìn)行深化研究與實(shí)際應(yīng)用。

4 預(yù)制化技術(shù)研究

結(jié)合本試驗(yàn)對(duì)清水混凝土構(gòu)件成型工藝效果進(jìn)行對(duì)比分析，并根據(jù)工程需要優(yōu)選出適用于本工程的生產(chǎn)成型工藝技術(shù)。

4.1 預(yù)制設(shè)計(jì)要點(diǎn)

結(jié)合預(yù)制構(gòu)件原材料較高的質(zhì)量控制要求、本試驗(yàn)中構(gòu)件的澆筑側(cè)面的飾面效果、市政工程構(gòu)件的施工結(jié)構(gòu)界面與展示界面的需求，建議市政工程的清水混凝土構(gòu)件具體預(yù)制化設(shè)計(jì)要求如下：

（1）混凝土原材料的質(zhì)量控制要求應(yīng)按自密實(shí)混凝土的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，原材料質(zhì)量的控制要求應(yīng)不低于預(yù)制混凝土管片的設(shè)計(jì)要求。

（2）構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合其施工面與視覺面進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)選擇構(gòu)件的澆筑側(cè)面作為結(jié)構(gòu)工程的最終視覺面，將澆筑底面、澆筑面設(shè)計(jì)為接頭的連接施工面。

（3）在清水混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)結(jié)合施工的綜合工況進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)，包括構(gòu)件模具結(jié)構(gòu)、混凝土澆筑形式、構(gòu)件間的連接方式等，應(yīng)采用設(shè)計(jì)與施工相結(jié)合的總體方案。

（4）清水混凝土構(gòu)件的配筋設(shè)計(jì)應(yīng)考慮構(gòu)件的振搗工藝，與清水混凝土施工不匹配的配筋形式將無法滿足清水混凝土的飾面效果。

4.2 生產(chǎn)施工要點(diǎn)

為實(shí)現(xiàn)清水混凝土構(gòu)件的飾面效果，鋼模的清潔度、模具、吊裝運(yùn)輸過程的保護(hù)措施、整體澆筑方式等，都會(huì)對(duì)最終構(gòu)件飾面成型和裝飾效果產(chǎn)生影響。清水混凝土構(gòu)件應(yīng)采用無灰設(shè)計(jì)，通過規(guī)避粉煤灰引起的色差問題，可使混凝土表觀色澤更趨向于灰白色，更符合清水混凝土的視覺效果。具體預(yù)制化技術(shù)要求如下：

（1）清水混凝土與以往預(yù)制構(gòu)件混凝土性能不同，應(yīng)結(jié)合低水膠比、高砂率與高流動(dòng)性的混凝土設(shè)計(jì)路線，實(shí)際施工過程中可采用混凝土擴(kuò)展度進(jìn)行管控。

（2）對(duì)清水混凝土的原材料進(jìn)行重點(diǎn)甄選，采用潔凈的骨料、粒型規(guī)整的碎石，避免使用粉煤灰，增加礦粉摻量以提高成型混凝土的光白度。

（3）清水混凝土構(gòu)件飾面情況與構(gòu)件模板有直接關(guān)系，建議使用設(shè)計(jì)合理、光潔度高、密閉性好的高精度鋼模。在生產(chǎn)過程中加強(qiáng)模具管理，必要時(shí)應(yīng)采取拋光保護(hù)。

（4）清水混凝土構(gòu)件應(yīng)采用附著式整體振搗工藝進(jìn)行預(yù)制，減少振動(dòng)設(shè)備對(duì)澆筑底面造成振搗痕的影響，以確保混凝土構(gòu)件密實(shí)且勻質(zhì)，提高成型構(gòu)件的表面質(zhì)量和飾面色澤均勻性。

（5）清水混凝土構(gòu)件拆模時(shí)間不應(yīng)過早，建議混凝土澆筑完成24～36 h 以后再進(jìn)行脫模。同時(shí)延長(zhǎng)澆筑面的壓面收光時(shí)間，確保混凝土的表面光潔度。

（6）清水混凝土構(gòu)件飾面效果與脫模劑材料本體和涂覆方式有關(guān)，應(yīng)優(yōu)先選擇優(yōu)質(zhì)的親水性脫模劑，并采用霧化噴涂減少混凝土表面的涂刷痕跡。

5 結(jié)語

結(jié)合本文研究的市政工程清水混凝土構(gòu)件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，并在隧道工程內(nèi)部構(gòu)件的預(yù)制化項(xiàng)目中配合業(yè)主與設(shè)計(jì)單位進(jìn)行構(gòu)件飾面效果、構(gòu)件結(jié)構(gòu)深化等設(shè)計(jì)，通過混凝土配合比設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)與制作、構(gòu)件成型工藝、構(gòu)件表面質(zhì)量控制和構(gòu)件成本保護(hù)措施，完成了諸光路通道工程全預(yù)制化構(gòu)件項(xiàng)目和周家嘴路越江隧道的全預(yù)制化構(gòu)件項(xiàng)目（見圖6、圖7）。

圖6 諸光路項(xiàng)目全預(yù)制構(gòu)件實(shí)景圖