大型預應力清水混凝土墻板生產實踐

■ 汪 力 WANG Li 羅時勇 LUO Shiyong 曹 澤 CAO Ze

0 引言

清水混凝土建筑是將混凝土表面作為內外墻體裝飾面直接裸露在空氣中，不再增加其他裝飾面層，能夠與周圍環境融為一體，構造出詩意般的內外空間，以此表達建筑情感[1]。我國從20 世紀70 年代起，將清水混凝土應用于預制外墻板反打施工中[2]，但當時人們更關注面磚、玻璃幕墻等裝飾效果，在民用建筑中的應用幾乎處于停滯狀態。到20 世紀80 年代后期，清水混凝土開始在港珠澳大橋[3]、國家體育場[4]等重大項目中進行嘗試應用；且隨著時代的發展和技術的進步，清水混凝土如今已廣泛應用于各種基礎設施和民用建筑中。

目前，國內對清水混凝土的理解主要分為兩派：一派是追求混凝土的原始感，除了蜂窩、麻面等嚴重的質量問題，不對已成型的混凝土表面做任何修飾，接受其缺陷和不足，以更真實地表達混凝土質感；另一派是追求混凝土的完美感，對漏漿、孔隙、色差等進行后期修復處理，實現極致的無缺陷清水混凝土效果。本文結合預應力混凝土墻板工廠生產的特點，打造一種無需后期修復處理，又無明顯質量缺陷，能夠呈現自然、無加工痕跡效果的清水混凝土飾面。

1 大型預應力清水混凝土墻板簡介

大型預應力混凝土墻板是在工廠采用先張法預應力技術，減小或抵消外荷載所引起的拉應力，并借助混凝土較高的抗壓強度彌補抗拉強度的不足，以此提高鋼筋混凝土構件的抗裂性能，避免混凝土過早出現裂縫。在相同墻板尺寸情況下，可顯著減小板厚，以節省鋼筋和水泥用量，降低墻板自重。預應力清水混凝土墻板是在傳統大型預應力墻板的基礎上，通過嚴格控制原材料、優化生產工藝、加強成品保護等措施，生產出無需表面修復的大型預應力清水混凝土墻板，單板長度可達6 m，厚度控制在80 mm。

2 清水混凝土的質量問題

清水混凝土的質量問題，主要包括外觀質量缺陷和耐久性問題兩類。

（1）外觀質量缺陷會直接影響整體效果，如表面蜂窩、裂縫、色差等；導致缺陷產生的原因有很多，需要綜合考慮原材料、模板質量、生產工藝、成品保護等影響。表1 將清水混凝土常見的質量缺陷及產生原因歸納為7 種類型。

（2）耐久性問題主要是由于清水混凝土直接裸露于空氣中，不像普通混凝土表面有裝飾材料保護；特別是室外部分的清水混凝土，常年受到陽光、風、霜、雨、雪和污染物的侵蝕，會大大縮減使用壽命，必須加以重視。因此，需要在清水混凝土的表面涂刷保護劑，且保護劑不能對清水混凝土的質感和顏色產生影響，否則就違背了清水飾面的本意追求。

3 原材料要求

清水混凝土與普通混凝土一樣，其主要材料包括水泥、摻合料、粗骨料（石）、細骨料（砂）、外加劑、水等。其中，水泥、砂石一般需要進行屬地化試配，以混凝土工作性為目標，按適當比例配置并硬化形成具有所需形體、強度和耐久性的人造石材。

3.1 水泥

預應力混凝土墻板的28 d 抗壓強度要求至少在40 MPa，且需減少雜質對裝飾效果的影響。首選質量穩定的42.5 級及以上的硅酸鹽水泥；水泥進場時，除了凝結時間、安定性、強度等一般檢驗必須合格外，還需保證是同一品種型號、廠家、生產工藝及批次采購。

3.2 摻合料

混凝土中常用摻合料主要包括粉煤灰和礦粉。對于清水混凝土，一般不建議采用粉煤灰；但在特殊情況下，如大體積混凝土一次澆筑等工況下，可適量加入二級及以上優質粉煤灰。此外，礦粉因含鐵量比較高，會引起成型后清水混凝土表面變色等色差問題，因此禁止在清水混凝土中加入礦粉。

3.3 骨料

在保證混凝土級配正常的情況下，盡量增大粗骨料粒徑，可減少用水量，并在水灰比相同情況下，減少水泥用量，有利于減少水化熱的產生。注意嚴格控制骨料含泥量，如含泥量過高，不僅會增加混凝土收縮，還會降低混凝土的抗拉強度，對混凝土抗裂十分不利；此外，若粗骨料過多、過大且級配差，會導致水泥砂漿不能充分包裹粗集料而產生石頭影的暗斑，混凝土易離析，從而產生蜂窩、麻面等外觀缺陷。

骨料在使用前宜用水清洗并進行陰干，以減少含泥量。由于預應力墻板的厚度需要控制在80 mm，建議：①粗骨料選用強度高、連續級配好、同顏色、粒徑控制在5～15 mm、含泥量≤0.8%且不帶雜物的碎石，并且在滿足強度的要求下，應盡量采用礫石，嚴格控制針片狀含量；② 細骨料選取無堿活性的II 區中砂，應盡量采用河砂且不得含有雜物，其細度模數＞2.5、含泥量≤1%。

3.4 外加劑

清水混凝土應盡可能少用外加劑。特別是含氯鹽的外加劑，不僅容易造成鋼筋腐蝕，還會造成清水混凝土表面返堿，導致裝飾面二次污染，應避免使用。如果要保證優異的工作性，可采用高效復合外加劑，在改善施工和易性的同時，也利于混凝土各組分材料分布更為均勻，從而減少大氣泡的產生，提高外觀質量。

3.5 混凝土工作性要求

3.5.1 坍落度

傳統現澆混凝土是從攪拌站以攪拌車水平運輸至現場，再以汽車泵通過垂直運輸完成現場澆筑；而為了保證混凝土良好的工作性，運送到現場時，坍落度需要控制在180±10 mm，以減少泌水的可能性。但本項目采用的預應力清水混凝土墻板是在工廠采用魚雷罐進行澆筑，且廠內配備有混凝土攪拌站，免去了傳統商品混凝土對攪拌車和汽車泵的使用需求。相比現場墻板通常需要豎向澆筑的特點，預應力墻板采用平模臺澆筑，對混凝土的坍落度要求可適當放寬。

3.5.2 初凝時間

傳統現澆混凝土為防止出現冷縫，混凝土結構施工期間的初凝時間需要保證在6～8 h；而預應力混凝土墻板在工廠進行標準化生產，相對現場而言，不可控因素較少，在綜合考慮流水節拍及生產效率的情況下，可將混凝土的初凝時間控制在4～6 h。

4 模具要求

清水混凝土的表觀質量與所采用模板密切相關。其所用模板的技術需求包括：①板面平整、無污染物；② 具有足夠的強度和剛度，在混凝土澆筑、搬運、清理過程中不變形、不翹曲；③表面不易損壞；④重量輕，或者借助設備便于操作；⑤具有一定的重復周轉次數，可降低模板的攤銷成本。

工廠采用預應力生產線進行生產，其底模和邊模均為鋼模。為了追求清水混凝土的自然感和可復制性，同時降低預應力清水混凝土墻板的整體造價，本文不考慮使用新鋼模，而是采用工廠已使用多次且滿足精度要求的舊鋼模，通過工藝控制實現清水效果。該鋼平臺底模和邊模上有一層浮漿和不均勻的銹斑，且由于多次使用，底模上存在一定的劃痕。從某種意義上講，這種不規律的劃痕能夠體現清水混凝土飾面的隨機性和自然感（圖1）。

脫模劑不僅要便于構件的脫模，還不能對清水混凝土的裝飾面造成二次污染。目前，市場上的脫模劑主要分為水性脫模劑和油性脫模劑兩類。油性脫模劑雖然脫模效果好，但存在安全隱患，也不環保，易使清水混凝土的裝飾面形成油斑、大氣孔等二次污染。相對而言，水性脫模劑更環保、更安全。它是由有機高分子材料兌水稀釋后，直接涂刷于鋼模臺上形成一層隔離層，并能夠使混凝土接觸處的氣泡迅速溢出，保證了清水混凝土的飾面效果。

5 生產工藝控制

結合本文所用鋼模特點，預應力清水混凝土墻板的生產工藝流程如下：鋼平臺打磨→固定邊模→除灰→涂刷脫模劑→鋼筋綁扎→固定埋件→預應力筋張拉→混凝土澆筑、振搗抹平→養護→放張預應力筋→脫模起吊→半成品堆放→表面封堿、涂刷保護劑。

相比傳統混凝土墻板，清水混凝土對生產工藝的控制要求更為嚴格，任何一個環節控制不到位，都會對最終成型的清水混凝土飾面效果產生不可逆的破壞。

5.1 鋼平臺打磨

由于所用鋼平臺的表面具有一層浮漿，可采用磨光機將預應力墻板放線位置來回進行多次打磨（圖2）。打磨標準為鋼平臺上基本光滑，無肉眼可見的浮漿，且四周打磨寬度應寬出墻板位置200～300 mm。

5.2 除灰

待邊模安裝到位后，對鋼平臺中的粉塵進行清理。清理方式是先采用干凈拖布進行整體清理，再采用鼓吹機操作處理2～3 遍；特別是邊模與鋼平臺之間的拼縫處，要重點清理（圖3）。

5.3 鋼筋綁扎、固定埋件及預應力筋張拉

鋼筋綁扎時，為避免鋼筋直接接觸鋼平臺面層造成二次破壞，宜采用鋼筋網片。鋼筋綁扎應按下層鋼筋綁扎、穿預應力筋、上層鋼筋綁扎的順序進行。在此基礎上，將埋件通過工裝進行固定，再將預應力筋張拉到設計值（圖4）。應注意：預應力筋張拉需在所有工作完成時才能進行，嚴禁在鋼筋綁扎或者埋件固定完畢前就進行張拉。

5.4 混凝土澆筑與振搗抹平

混凝土澆筑時，宜采用分點分層澆筑，盡量避免一次倒料澆筑。通常，第一次澆筑厚度為50±5 mm；第二次澆筑到設計厚度，并采用小型振搗棒進行振搗。振搗時，先沿預應力筋方向進行大面振搗，快插慢拔，再對邊模和平臺模拼縫處進行振搗，盡可能排出氣泡；應盡量避免對預應力筋的擾動，嚴禁將振搗棒直接與預應力筋接觸并長時間振搗。

5.5 脫模起吊

由于大型預應力清水混凝土墻板尺寸大，為避免脫模起吊時受力不均勻而引起安全問題和混凝土開裂，應采用專用吊裝工裝一次起吊（圖5）。

圖5 預應力墻板起吊

5.6 表面封堿及涂刷保護劑

清水表面干燥后，先將預應力墻板吊運至涂刷工位，用砂紙輕輕打磨清水面（圖6），以便除去表面浮灰，使紋理更加自然均勻；再用滾筒刷分別涂刷1～2 遍封堿劑、保護劑（圖7），且必須待上一遍涂刷干燥后方可進行下一遍工作。

圖6 砂紙打磨

圖7 滾筒刷涂刷

從最后干燥后的成品效果（圖8）可以看出：表面經過處理后，墻板表面的一部分劃痕紋理得到改善，看起來更加自然合理。

圖8 成品效果

6 結語

傳統現澆清水混凝土墻體是在現場采用立模方式澆筑，對模板、原材料、施工工藝的要求高，現場質量控制難度大，造成單方綜合造價高。本研究結合預制混凝土構件工廠的實際生產特點，降低對模板、原材料的質量要求，并通過對產業化工人的培訓，提高產業化生產工藝水平，以平模澆筑方式和預應力張拉技術，實現了工廠大型、薄型預應力清水混凝土墻板生產，推動了清水混凝土行業的進一步發展，拓寬了清水混凝土墻板飾面效果的實現路徑。