清水混凝土發展及工程應用淺述

【摘要】就清水混凝土的發展歷程、研究與應用現狀進行了系統梳理，并探討了當前清水混凝土在工程施工中存在的主要問題，以期更好地促進清水混凝土綠色建筑推廣，推動清水混凝土施工質量提高。

【關鍵詞】清水混凝土； 發展歷程； 研究現狀； 當前問題； 推廣應用

【中圖分類號】TU528.1【文獻標志碼】A

［定稿日期］2022-11-15

［作者簡介］王吉（1993—），女，碩士，助理工程師，從事建筑、市政建設方面工作。

0 引言

清水混凝土系直接利用混凝土成型后的自然質感作為飾面效果的混凝土工程［1］。20世紀20年代，由于混凝土材料越來越多地被應用到建筑工程的各個領域，一些建筑師們開始把目光從視混凝土作為一種結構材料，轉移到利用材料自身擁用的質感所呈現的裝飾裝修效果上，藉此通過建筑物傳遞情感，清水混凝土施工工藝應運而生。

清水混凝土素有自然清純、古樸凝重的質感，被應用于多棟世界知名建筑上［2］。如耶魯大學英國藝術館（圖1）、大西洋體育館、Foro Boca 音樂廳、薩勒諾海運碼頭、瑞士國家博物館等重要建筑［3］。對于清水混凝土的研究與運用，日本走在了建筑領域的最前列。日本改變了以往施工中不對水泥墻表面處理的工藝，利用現代外墻修補技術，對拆除模板后的混凝土墻面進行修飾處理，既使混凝土墻表面達到了高水平的精致，又充分展示出混凝土材料與生俱來的渾厚、樸素的特性，使得清水混凝土建筑具有了詩意的美感。

我國清水混凝土發展起步較晚，20世紀70年代，清水混凝土開始進入國人視野。近年來，憑借其優良的結構表觀質量，以及在資源節約、環境保護、成本控制方面取得的顯著成效，清水混凝土得到了發展，國內越來越多的建筑師們投身于該施工技術的研究。許多國內知名建筑都采用了清水混凝土施工技術，例如首都機場、烏鎮木心美術館、臺州當代藝術博物館、上海保利大劇院、蘭州城市規劃展覽館、聯想研發基地等。其中，上海保利大劇院乃 “清水混凝土詩人”安藤忠雄代表作，是國內標志性的大型清水混凝土項目，總共使用了3.6萬m3清水混凝土，如圖2所示。

1 清水混凝土分類

清水混凝土根據成型后的飾面紋理、顏色等可分為普通清水混凝土、飾面清水混凝土、裝飾清水混凝土。其中普通清水混凝土即為表面顏色無明顯色差、對飾面無特殊要求的清水混凝土。對于飾面清水混凝土和裝飾清水混凝土，需通過精心設計以明確對拉螺栓孔眼、蟬縫、明縫、裝飾圖案和裝飾片等的形狀、位置和尺寸，使其組合形成的自然形態為清水混凝土賦以簡單且美觀的飾面效果。

2 國內外研究現狀

20世紀90年代，朱福民等［4］首次對清水混凝土模板展開研究，提出了使用無框高強膠合竹材板替代鋼框膠合板作為清水混凝土澆筑模板；在21世紀初、清水混凝土還沒有統一的涵義和技術標準時，吳之乃等［2］認為清水混凝土原材料和工藝技術都遠較普通混凝土嚴格，尤其是對混凝土外觀質量應十分苛刻，并提出了較為完整的工藝要求。此后十年是我國清水混凝土研究的鼎盛時期，涌現出了大量經典研究成果。

調研發現，2010年前后國內外清水混凝土研究仍然主要聚焦于施工技術、質量控制領域，施工技術又以模板安裝、混凝土澆筑為熱點［5-14］，主要涉足學科為建筑工程、公路與水路運輸、無機化工等，其中建筑工程占比75%以上。2009年，我國JGJ 169-2009《清水混凝土應用技術規程》正式發布，對清水混凝土工程設計、施工準備、模板工程、鋼筋工程、混凝土工程、混凝土表面處理、成品保護、質量驗收做出明確要求。

2015—2017年，清水混凝土研究再次迎來新的高峰，研究逐步從通過試驗對模板、混凝土配合比、耐久性等這類清水混凝土基本性能和施工工藝的常規性課題研究轉向精細化、深度化發展，從力學性能、新型材料、特殊服役環境、圖像識別算法等角度對清水混凝土展開了全方位分析。Fang X等［15］對清水混凝土梁彎曲性能進行了研究；Zhang Z等［16］分析了清水混凝土保護劑對混凝土抗凍性的影響；張云鵬［17］開展了基于納米改性的清水混凝土保護劑的配方及性能研究；Li W等［18］對采用再生骨料的清水混凝土制備工藝優化進行了討論；Wu M等［19］研究了自密實清水混凝土材料設計與工程應用；Honglei C等［20］分析了海洋環境下清水混凝土遭受硫酸鹽侵蝕的綜合抵抗性能研究；Yao G等［21］借用多尺度輕量級結構化數據算法對自密實清水混凝土具體研究色差辨識展開了討論等等。

3 施工要求及當前主要問題

清水混凝土主要應用于市政工程、工民建等領域，其主要施工要求如表1所示。

此外，JGJ 169-2009《清水混凝土應用技術規程》提出飾面清水混凝土和裝飾清水混凝土施工前宜做樣板。

近15年來，我國對于清水混凝土的研究熱度一直居高不下（圖3），然而截至目前，主要研究方向仍集中于施工工藝方面（圖4），模板安裝、質量控制始終是廣大學者、工程師們最為關注的話題，也是工程實踐中最令人棘手的問題。據筆者調研發現，清水混凝土施工問題主要集中在幾個方面，如表2所示。

4 結論和展望

近年來，國家大力提倡綠色建筑，綠色建筑也是推進綠色城鎮化，實現碳達峰、碳中和的重要抓手。隨著綠色建筑的發展和國民環保意識的不斷增強，返璞歸真的自然思想也慢慢地深入人心。相較于常見的混凝土，清水混凝土在綠色節能、環境保護、工程造價、施工進度等方面都具有顯著優勢。當前，基本的清水混凝土施工工藝在理論上已相當成熟，但仍存在諸多問題需要克服。一是受眾小、推廣力度還需加強。據筆者調研，清水混凝土雖然在我國已有50年歷史，但是許多施工企業、土建領域從業者、高校師生等甚至從未接觸過這一概念，難以大面積發揮清水混凝土自身優勢。二是理論豐富、實踐不足、缺乏專業引領。從當前清水混凝土應用來看，其施工質量問題仍然普遍存在，除了筆者在第三節中提及的原因外，國家正式出臺的標準及規范相對較少，研制力度缺乏、模板施工遲遲未能轉向專業化發展等因素也同樣制約著清水混凝土的應用。

隨著極簡主義、綠色建筑的呼聲越來越響，隨著人們對通過建筑賦予特定文化背景、精神意識表達的需求越來越大，如何建立和完善清水混凝土認知框架、改善既有施工問題得不到有效解決的難題，從而加快清水混凝土綠色建筑推廣，仍是下一階段整個建筑行業需要攻克的難題。

參考文獻

［1］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.清水混凝土應用技術規程： JGJ 169-2009［S］.北京， 中國建筑工業出版社， 2009.

［2］ 吳之乃， 鄭念中. 我國混凝土工程技術的現狀及發展［J］. 混凝土， 2000（11）：6.

［3］ 孫曉虎， 孫霞， 李勇. 高性能清水混凝土施工技術性能探討［J］. 混凝土， 2011（11）：4.

［4］ 朱福民， 劉達文. 清水混凝土用無框高強膠合模板的設計與研究［J］. 施工技術， 1990（4）：36-38.

［5］ 李強， 樊慧斌， 陳士溫. 關于清水混凝土質量標準的探討［J］. 工程質量， 2008.

［6］ 陳浩. 我國清水混凝土技術發展現狀，存在問題及對策［J］. 建筑工程技術與設計， 2018（22）：614.

［7］ 楊利生. 淺談清水混凝土施工技術應用［J］. 安徽建筑， 2008， 15（6）：2.

［8］ 崔鑫， 于振水， 路林海，等. 清水混凝土的性能研究，生產及施工技術綜述［J］. 混凝土， 2017（1）：5.

［9］ 曾本貴. 清水飾面混凝土施工技術應用［C］//2019年全國土木工程施工技術交流會暨施工技術2019年理事會年會.

［10］ Li X K， Ma X L， Zhang X Y. Experimental study on mix proportion of fair-faced concrete for urban bridge［C］//Advanced Materials Research. Trans Tech Publications Ltd， 2012， 450：383-386.

［11］ Cai C Q， Guo Q S， Li X. Experimental research on durability of fair-faced concrete［C］//Advanced Materials Research. Trans Tech Publications Ltd， 2012， 535： 1693-1696.

［12］ Jin L H， Ma X L， Li X K. Experimental Study on Basic Properties of Fair-Faced Concrete for Urban Bridge［C］//Applied Mechanics and Materials. Trans Tech Publications Ltd， 2013， 438： 1156-1159.

［13］ Zhang X Y， Ma X L， Jin L H， et al. Simulated Environment Test on Weather Fastness of Fair-Faced Concrete for Urban Bridge［C］//Applied Mechanics and Materials. Trans Tech Publications Ltd， 2013， 438： 1150-1155.

［14］ Zhao L. Study on benefit evaluation system of fair faced concrete construction technique——In Chengdu City 2nd ring road viaduct project as an example［C］//5th International Conference on Advanced Design and Manufacturing Engineering. Atlantis Press， 2015： 1071-1074.

［15］ Fang X， Fang G， Hu P， et al. Experimental Analysis on Flexural Performance of Fair-faced Recycled Concrete Beams［C］//IOP Conference Series： Earth and Environmental Science. IOP Publishing， 2020， 508（1）： 012195.

［16］ Zhang Z， Zhang Y， Ma J， et al. The Influence of Fair-Faced Concrete Protective Agent on the Resistance to Freezing and Thawing of Concrete［J］. Integrated Ferroelectrics， 2021， 215（1）： 166-178.

［17］ 張云鵬. 基于納米改性的清水混凝土保護劑的配方及性能研究［D］. 鄭州：中原工學院， 2019.

［18］ Li W， Jiang T， Jin R， et al. Optimization of the preparation process of Fair-Faced concrete incorporating recycled aggregates［J］. Construction and Building Materials， 2022， 326： 126908.

［19］ Wu M， Xiong X， Shen W， et al. Material design and engineering application of Fair-faced self-compacting concrete［J］. Construction and Building Materials， 2021， 300： 123992.

［20］ Honglei C， Zuquan J， Penggang W， et al. Comprehensive resistance of fair-faced concrete suffering from sulfate attack under marine environments［J］. Construction and Building Materials， 2021， 277： 122312.

［21］ Yao G， Sun W， Yang Y， et al. Chromatic Aberration Identification of Fair-faced concrete Research Based on Multi-scale Lightweight Structured Data Algorithm［J］. Frontiers in Materials， 2022： 107.