施工工藝及模板參數對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性影響研究

翁 健 喻圣慈

清水混凝土是在澆筑成型之后，不再添加其他裝飾的混凝土類型，呈現了混凝土原始的狀態[1，2]。清水混凝土在施工過程中，摒棄了傳統混凝土需要多次涂抹的做法，降低了施工成本，成為綠色施工的關鍵材料[3，4]。清水混凝土骨料利用再生骨料代替了天然骨料，不僅實現了對生態環境的保護，還充分利用了循環資源，將綠色施工理念應用到施工全過程中，為建筑領域的發展提供了保障。大部分清水混凝土直接暴露在空氣中，空氣中的粉塵、廢氣、油脂等污染小顆粒，會與混凝土表面結合，不斷侵蝕混凝土表面[5-7]。在此條件下，本文研究施工工藝及模板參數對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性的影響。

1 工程概況

本文以某建筑工程為例，研究施工工藝及模板參數對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性的影響。該工程總建筑面積約122 458.62 m2，平面尺寸為南北向長約262.43 m，東西向寬約98.26 m。建筑共6 層，地上4 層、地下2 層。地上面積主要為辦公區域，地下面積主要為停車區域。建筑一層大廳空間較大，梁、柱采用清水砼，投影面積大約為43 562.46 m2，展開面積78 462.58 m2，總方量超過78 400 m2。混凝土強度等級為C40、C50、C60，柱為3.1 m×3.1 m的大截面混凝土柱，梁的結構為型鋼混凝土。

梁柱造型底標高為-0.243 m與-0.148 m，頂標高約11.43 m，總高約12.12 m。梁柱結構整體呈規則變化，建筑與結構統一，現場清水混凝土仍存在色差、氣孔等外觀問題，亟需進行改進。考慮到天然骨料在混凝土后續養護與施工中有較高的要求，很難還原清水混凝土的原始美。本文使用再生骨料代替天然骨料，現場清水混凝土材料的配合比如下：強度等級C55、水膠比0.32、水125 kg/m3、水泥323 kg/m3、粉煤灰微為72 kg/m3、礦粉為62 kg/m3以及砂石827 kg/m3、減水劑1.0%。

混凝土中的水膠比較適宜，清水混凝土立柱的表面氣孔面積均值在0.13%左右，最大氣孔直徑約2.08 mm。由于上述氣孔測量以人工為主，本身存在一定的誤差，可以忽略不計。

通常情況下，清水混凝土模板的尺寸為700 mm×500 mm×200 mm。現場清水混凝土材料中加入纖維材料，施工工藝參數如表1 所示。施工工藝參數均在最優參數區間內，可以保證混凝土的基礎施工效果。

表1 施工工藝參數

2 實驗方法

2.1 實驗施工參數設定

本文分別研究施工工藝參數與模板參數對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性的影響。常見模板參數如表2 所示。

表2 模板參數

本文選取的振搗棒振動時間分別為10 s、15 s、20 s、25 s、30 s，振 動 頻率 為8 000 次/min、10 000 次/min、12 000 次/min、14 000 次/min、16 000 次/min，振動幅度為0.4 mm、0.8 mm、1.2 mm、1.6 mm、2.0 mm。混凝土振搗過程中，混凝土振搗運動方程為

式中，V為振搗棒發生振動運動時的振動位移指數，m；M1為振搗棒的振幅參數，m；s為振搗棒的振動頻率，Hz；v為振動過程中的時間參數，s；Vmax為振搗棒振動過程中的最大速度，m/s；Vmax'為振搗棒振動過程中的最大加速度，m/s2。振搗棒振動的過程是混凝土從松軟逐漸變成密實的過程。

2.2 實驗方法

混凝土受到振搗時，液化區域與固體區域可以相容，振搗棒附近產生的剪切應力，隨著振搗棒軸線距離的增加而減少，使其低于屈服應力，從而從液化區域排除混凝土中的氣泡，實現混凝土密實的目標。未振搗狀態下，混凝土中氣泡的受力僅有浮力與重力；振搗狀態下，氣泡受力增加了朝模板方向的振搗動力。

本文選取C40、C50、C60 三種強度的混凝土進行試驗，C40 的混凝土對應0.82 mm 的振動幅度；C50 混凝土對應1.03 mm 的振動幅度；C60 混凝土對應1.24 mm 的振動幅度。其余施工參數均在參數控制區間內，分別用不同的線條表示C40、C50、C60 三種強度的混凝土表面氣孔面積，得出施工工藝參數對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性的影響結果。

清水混凝土的模板參數包括合適的脫模劑與模板材質，使模板表面氣泡更加容易排出。接觸角度是脫模劑的主要指標，其中混凝土表面的粉料氣泡與模板的接觸狀態，是影響氣孔控制方法魯棒性的主要因素。本文將接觸角度設定為60°、80°、100°、120°、140°，得出模板參數對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性的影響結果。

2.3 實驗結果

在上述條件下，本文分析了振動幅度、振動時間、振動頻率等施工工藝參數，對清水混凝土表觀氣孔魯棒性的影響，如圖1 所示。

圖1 可以看出，振動幅度對混凝土氣孔控制魯棒性的影響較大。振搗棒振動時間對魯棒性的影響如表3 所示。

圖1 振動幅度對清水混凝土表觀氣孔魯棒性的影響（來源：作者自繪）

表3 可以看出，C40、C50、C60 強度等級的混凝土振搗棒振動時間越長，表觀氣孔控制魯棒性越強。并且在振動時間為10 s 時，C40 強度的表觀氣孔面積＞C50 強度的表觀氣孔面積＞C60 強度的表觀氣孔面積 ；在振動時間為30 s時，C40 強度的表觀氣孔面積＞C50 強度的表觀氣孔面積＞C60 強度的表觀氣孔面積。因此，振動時間對魯棒性的影響波動較為穩定。振動頻率對魯棒性的影響如表4 所示。

表3 振動時間對魯棒性的影響

表4 振動頻率對魯棒性的影響

從表4 中可以看出，振動頻率對魯棒性的影響波動同樣較為穩定。接觸角度的模板參數對魯棒性的影響（圖2）。

圖2 接觸角度對清水混凝土表觀氣孔魯棒性的影響（來源：作者自繪）

根據圖2，C40 強度等級的混凝土在接觸角度為80°～120°時，表觀氣孔面積隨著接觸角度的增加而減少，魯棒性更強；C50 強度等級的混凝土在接觸角度為60°～80°、100°～120°時，表觀氣孔面積隨著接觸角度的增加而減少，魯棒性更強；C60 強度等級的混凝土在接觸角度為60°～120°時，表觀氣孔面積隨著接觸角度的增加而減少，魯棒性更強。

4 主要結論

施工工藝參數方面：清水混凝土在使用振搗棒振搗過程中，振搗棒的振動幅度、振動時間、振動頻率等工藝參數，均會對混凝土表觀氣孔控制魯棒性產生影響。模板參數方面：模板與混凝土粉料接觸角度等模板參數，會對混凝土表觀氣孔控制魯棒性產生影響。因此，合適的施工工藝參數與模板參數，可以有效地控制清水混凝土表觀氣孔的產生，魯棒性控制效果較強。

5 結語

混凝土作為建筑施工的基礎材料，在環保發展方面起到至關重要的作用。清水混凝土施工后，長時間與空氣接觸，形成表面氣孔。施工人員會在清水混凝土上涂抹一層保護劑，避免其與空氣直接接觸。排除空氣對混凝土的影響之后，本文研究了施工工藝及模板參數對清水混凝土表觀氣孔控制方法魯棒性的影響，綜合分析氣孔形成的原因，能夠為清水混凝土的發展提供借鑒。