一種C40高性能白色清水混凝土制備方法

劉秀紅

上海建工建材科技集團股份有限公司 上海 313021

和易性狀態是預拌混凝土成形效果與配合比設計之間的橋梁，對白色清水混凝土的硬化成形質感性、色澤均勻性起到關鍵作用。通常情況下，白色清水混凝土最顯著的表觀性能就是外觀色澤勻質且表面氣泡少。白色清水混凝土色澤均勻，不產生明顯色差，要求混凝土具有質量穩定的原材料、穩定的配合比與施工工藝。白色清水混凝土表面不能產生過多氣泡，這就要求清水混凝土具有黏度良好的漿體，并且遵循嚴格的施工工藝[1]。因此，白色清水混凝土的原材料選擇、配合比設計需以實現混凝土優質的保水性、良好的黏聚性和較大的流動性等要求為目標。

在國外，主要采用白色清水混凝土預制掛板，實現對白色清水混凝土的廣泛使用，由于預拌白色清水混凝土對工藝控制具有極高的要求，工程較少采用預拌白色清水混凝土[2]。清水混凝土是一種一次性澆筑成形，直接將原始澆筑面作為結構外表面的混凝土，其也憑借混凝土自身顏色和質感達到外觀美觀的效果[3]。清水混凝土可一次性澆筑成實體結構，且在施工過程中不需要二次抹灰和噴涂裝飾涂料，一方面可減少建筑垃圾，另一方面也可降低工程整體造價，所以清水混凝土也是一種經濟環保的綠色混凝土。近些年來，隨著低碳節能生產的推廣，在國內市場清水混凝土越來越受到設計方的青睞，尤其是白色清水混凝土[4]。本文針對白色清水混凝土的工作性能和力學性能，從原材料的選擇、配合比的設計等方面，進行C40白色清水混凝土制備方法研究，使白色清水混凝土成形后達到表面密實、氣泡少、無色差、凸顯白色光澤等工程效果。

1 試驗原材料選擇

1.1 白色硅酸鹽水泥

白色清水混凝土是一種高性能混凝土，對所用的原材料具有很高的要求。其中，制備預拌白色清水混凝土，白色硅酸鹽水泥是至關重要的一種原材料。成形后的白色清水混凝土的色度主要受到白色硅酸鹽水泥的白度影響，白度是白色硅酸鹽水泥最為核心的性能指標。現在國內的白色硅酸鹽水泥的白度主要可以分為2個等級[5]，詳見表1。

表1 白色硅酸鹽水泥白度等級

其中，白色硅酸鹽水泥的不同齡期強度[6]如表2所示。

表2 白色硅酸鹽水泥的不同齡期強度要求

本文試驗分別采用阿爾博波特蘭（安慶）有限公司和江西銀杉白水泥公司生產的白色硅酸鹽水泥（表3）。

表3 試驗用白色硅酸鹽水泥性能指標參數

1.2 細骨料

白色清水混凝土的制備對于骨料的要求也是嚴格的。通常情況下，可采用白云砂石或者石英砂石骨料，也可以應用普通的石灰石骨料，細骨料顏色要求干凈淺色。本文對細骨料的原材料選取進行了重點比對工作，進行7種細骨料的比選（表4）。

表4 試驗用細骨料指標參數

本試驗選用的上述砂樣均滿足清潔度高、無摻雜物、顏色單一的要求，基本呈現淡黃色和白色，其中棒磨砂選用新開元棒磨制砂線生產，呈現淡灰色。

1.3 粗骨料

制備白色清水混凝土，要求混凝土能在較長時間的振搗下不出現明顯分層現象，混凝土需具備很高的抗離析性能。因此，粗骨料粒徑不宜過大，級配不宜斷檔，需選用連續級配的。對于粗骨料顆粒形狀，需選擇粒形圓潤的。采用整形的粗骨料可很大程度增加混凝土的流動性和勻質性。本試驗選用新開元精品5～20 mm規格碎石（表5）。

表5 試驗用粗骨料指標參數

1.4 外加劑

針對高性能白色清水混凝土漿體包裹性不好、外觀氣泡多、容易泌水等問題，蘇博特公司采用和易性較好且黏度較低的母體，另外復配對混凝土保水性較好的保水劑，再加入一些消泡劑，配制出專門的外加劑。該種外加劑在混凝土中引入小氣泡，可以調配出較好的混凝土狀態來滿足生產及施工要求[7]。外加劑指標參數詳見表6。

表6 試驗用外加劑指標參數

2 試驗研究

2.1 C40白色清水混凝土配合比設計

在項目研究初期，為達到混凝土外觀白色的效果，在配合比設計過程中，單方混凝土中增加10 kg的鈦白粉用量。混凝土成形后，表面外觀顏色顯現為冷白色，不符合設計方和甲方要求的暖白色效果。因此，在后期C40高性能白色清水混凝土配合比設計中，放棄使用鈦白粉。本項目為了確保C40高性能白色清水混凝土具有穩定的外觀顏色，在確定原材料的選用后，采用穩定的原材料進行混凝土生產拌制，不再改變原材料。

相對于普通硅酸鹽水泥，白色硅酸鹽水泥具有更高的C3S和C3A含量，使得白色硅酸鹽水泥的早期水化反應速度更快，造成白色清水混凝土的工作性能損失更大[8]。C40高性能白色清水混凝土配合比設計參照JGJ 169—2009《清水混凝土應用技術規程》，本文通過不同用水量改變水膠比，并調整外加劑用量，避免狀態過快損失，設計出不同的C40白色清水混凝土配合比，3組代表配合比詳見表7。

表7 C40高性能白色清水混凝土設計配合比單位：kg/m3

2.2 力學性能

試驗選用配合比為1，除水泥外的其他原材不變，改變白色硅酸鹽水泥，進行白色硅酸鹽水泥品種比選（表8）。

表8 不同水泥配合比試樣抗壓強度單位：MPa

從試驗對比可以看出，銀杉P·W-1 32.5級白色硅酸鹽水泥比阿爾博的早期水化反應要慢，更有利于現場施工控制。因此，本試驗白色硅酸鹽水泥選用銀杉P·W-1 32.5。

細骨料經過初步的參數對比后，選用天然砂、棒磨砂和白云砂2進行配合比2試驗（表9）。

表9 不同細骨料配合比試樣抗壓強度單位：MPa

從試驗對比可以看出，天然砂比其他2種機制砂強度略低，但是制備出的白色清水混凝土的工作性能最好，呈現有坡角、微露石的狀態。因此，本試驗最終選用天然砂作為生產用細骨料。

2.3 工作性能

通過上述力學性能試驗，本試驗最終確定所有原材料。將3種不同水膠比的配合比進行試驗（表10）。

表10 不同配合比性能試驗結果

通過對比，配合比2的性能試驗結果適中，白色清水混凝土具有良好的工作性能，能夠符合施工要求，又考慮到力學性能情況下，試驗選用配合比2作為最終配合比，適合在C40白色清水混凝土中使用。

本試驗C40白色清水混凝土配合比經過了8次在實際生產施工中的應用，其強度情況見圖1。

從圖1可以看出，本文C40白色清水混凝土配合比生產易控制，R7抗壓強度穩定在46 MPa，R28強度則穩定在54 MPa，完全符合施工方要求。

2.4 表觀效果

本試驗制作600 mm×400 mm×150 mm的小樣板，觀察C40白色清水混凝土成形后的實體表觀效果[9]，如圖2所示。拆模后，經白度測定儀測定，實體白度為92%。經觀測，混凝土實體表面顏色均勻一致，無明顯色差，氣泡細小、均勻分散，完全符合白色清水混凝土表觀效果要求。

圖2 白色清水混凝土表觀

2.5 控制工藝

對于白色清水混凝土，除去強度問題外，其外觀出現缺陷也是質量問題。白色清水混凝土外觀缺陷主要表現為顏色不一致、顏色不均勻、表面產生氣泡、表面蜂窩麻面和出現砂線及水線等。本項目通過對高性能白色清水混凝土制備方法的研究，針對該混凝土產生的一系列缺陷，進行原因分析及解決措施匯總，形成一套高性能白色清水混凝土制備的控制工藝。

1）高性能白色清水混凝土顏色不一致。主要原因是混凝土所用的粉料顏色發生變化，砂石含泥量發生變化。針對該問題，生產高性能白色清水混凝土，需嚴格采用同一廠家生產的粉料，并實時監測粉料的顏色變化。嚴格控制骨料的含泥量，選用高品質穩定的骨料配制清水混凝土。

2）高性能白色清水混凝土顏色不均勻。主要原因是混凝土出現離析、泌水現象，造成坍落度變化大，施工過程中過振或振搗不均勻，分層澆筑時混凝土高度偏大。可以通過調整外加劑和混凝土配合比，改善混凝土和易性，加強生產品質控制，增強混凝土的包裹性，提高其坍落度的穩定性，適當減少施工振搗時間，增加振搗點的密集度，降低混凝土分層澆筑高度。

3）高性能白色清水混凝土表面產生氣泡。造成的原因是清水混凝土含氣量偏大，骨料級配不合理，漿體量不足、黏度不夠，選用的模板材質不恰當，模板表面不光潔，選用的脫模劑效果不佳，混凝土振搗不充分。為了避免白色清水混凝土表面產生氣泡，影響實體結構外觀效果，可以在混凝土外加劑中適當引入消泡成分，減少混凝土含氣量。使用級配良好的骨料。選用有利于氣泡排出的模板材質，并且將模板表面打磨光潔，本項目選用厚15 mm自然紋路木紋板。選用有利于混凝土氣泡排出的脫模劑。施工過程中，進行充分振搗，并且可以在模板上增加附著式的振搗器輔助振搗施工。

4）高性能白色清水混凝土表面出現蜂窩麻面。造成蜂窩麻面的原因是混凝土發生離析、泌水，或者是混凝土坍落度過小，施工過程中出現過振，模板漏漿。通過混凝土配合比的調整，改善混凝土和易性，嚴格進行混凝土出廠檢驗，控制清水混凝土坍落度的異常損失。針對工地現場狀態不理想的混凝土，可以適當進行二次流化，提高混凝土入模坍落度。模板接縫處需要進行嚴密封堵。

5）高性能白色清水混凝土表面出現砂線、水線問題。主要原因是清水混凝土發生離析、泌水，施工過程中過振。首先要及時調整外加劑用量，改善混凝土和易性，使其具有良好的工作性能。其次，需要同施工工人進行施工交底，適當減少振搗時間，當混凝土表面已泛漿時，即可停止振搗。

6）針對高性能白色清水混凝土的顏色和光澤問題，生產運輸控制同樣很重要。第一，需要固定生產攪拌機和運輸車輛，并對攪拌機和車輛預先進行多次清洗，保證生產的穩定性；第二，為了保證高性能白色清水混凝土的勻質性，生產攪拌時間需要嚴格控制，應使白色清水混凝土攪拌充分，一般不宜少于60 s；第三，運輸路線和運輸過程時間需要嚴格控制，發料節奏同樣需要嚴格控制，避免斷料或者現場積壓。

通過上述各項措施的實施[10]，可以更加有效地確保C40高性能白色清水混凝土的工作性能，并且達到理想的外觀效果。

經過4個月生產總量達到1 200 m3的C40白色清水混凝土，通過采用泵送施工工藝，被應用到某工程項目木紋墻體中。最終，拆模后的C40白色清水混凝土經取樣檢測，工作性能完全滿足施工要求，經實體檢測，力學性能和耐久性能均滿足C40強度等級要求。木紋墻體表觀效果呈現色澤觀感良好的狀態（圖3）。

圖3 白色清水混凝土實體效果

3 結語

根據本文試驗及工程實例研究，得出如下結論：

1）在白色清水混凝土中，混凝土表層水泥石的色澤決定混凝土最終實體外觀色澤。它受水泥色澤、砂石泥粉含量、空氣濕度、模板類型、脫模劑、模板干凈程度、混凝土和易性、保護劑等眾多因素的影響。而砂、石本身是否為白色，對木紋或飾面白色清水混凝土來說，影響不大。

2）采用現代高性能混凝土設計制備技術，完全可制備出具有可控性，工作性能、力學性能和耐久性能良好的C40白色清水混凝土，但由于白色硅酸鹽水泥快水化的特點，在設計與生產過程中要關注水膠比和用水量的選擇及控制。

3）高性能白色清水混凝土的質量影響因素眾多且復雜。在該類混凝土施工過程中，應當充分考慮各類因素，從混凝土原材料的選用、混凝土配合比的設計、施工工藝要求、施工模板和脫模劑的選用等方面進行嚴格控制，將影響因素降到最低，有利于澆筑出外觀良好的白色清水混凝土構件。

4）高性能白色清水混凝土屬于一種特殊需求的混凝土，需要嚴格按照工程設計要求進行具體設計，各類原材料的選用需要圍繞白色混凝土的設計色度需求進行比選，不同工程具有一定的特殊性。