申臣良1,杨玉启2,高文霞2
（1．北京榆树庄构件厂搅拌站，北京，100070;2．北京大兴市政建设工程公司混凝土搅拌站，北京，102600）
［摘要］传统建筑物外露混凝土外饰面常常在建筑物外墙施工完毕后加以装饰，所以对
混凝土表面观感质量不作为主要指标进行控制，随着时代的发展，业主和建筑师对建筑物外观
有返璞归真的要求：建筑物外饰面为混凝土本色。这就增加了对混凝土外饰面施工质量控制
的要求，本文主要探讨影响清水混凝土外观的因素。
［关键词］清水混凝土配合比模板脱模剂养护
0前言
清水混凝土是指结构混凝土在拆模后，直接作为建筑物外饰面，硬化后不再对其表面进行任何装修，视觉效果为混凝土本色。清水混凝土因其凝重典雅的质感、独特的装饰效果，被世界上越来越多的建筑师所采用。悉尼歌剧院、日本国家大剧院、巴黎史前博物馆等世界知名建筑都采用了这种装饰艺术。由于其对混凝土材料和施工技术要求高，在国内，清水混凝土多用于市政工程、交通工程、水利工程、航空工程等，在民用建筑工程中很少采用。清水混凝土作为装饰面，对美观、色差、表面气泡等方面都有很高的要求。因此，在混凝土的配制、生产、施工、养护以及防护等方面都要采取相应的措施，本文结合笔者曾经参与的清水混凝土工程，对相关的问题进行探讨。
1配合比
混凝土的性能取决于所选用的原材料和配合比，用作清水混凝土时，混凝土拌和物应具有良好的和易性，不离析、不泌水；混凝土硬化后，应具有光滑的表面，颜色应均匀一致。
1．1　泌水
混凝土由多种原材料拌和而成，当采用优质原材料，精心设计的配合比，经过严格的生产控制，应该得到优质的混凝土材料。这种传统的并且经过多年实践检验的观念在当前受到了挑战。这就是新拌混凝土的泌水现象时有发生，混凝土的质量出现了问题。
混凝土拌和时所加入的水有两种作用：一是保证水泥水化过程的进行；二是使新拌水泥浆或混凝土混合物具有足够的流动性，以便于浇筑成型。在目前施工条件下，满足后者要求的需水量，常大于前者所需的最低需水量。这种多余的水份在混凝土输送、浇注、振捣过程中以及在凝固以前的静置期中，都容易产生不同组分的分离，常表现为水的分离—－在其内部或向外渗出的现象，称为泌水。在多数施工条件下，要求泌水减至最小。而商品混凝土由于原材料的多样性、生产控制及施工控制的波动，新拌混凝土泌水现象时有发生。任何一个环节的失控都有可能导致新拌混凝土泌水，严重时出现泌水量大、泌水速度快、泌水持续时间长等现象。低强度等级（高水胶比）的混凝土比高强度等级（低水胶比）的混凝土容易出现泌水现象，混凝土施工质量难以满足清水混凝土对外观的要求。
1．1．1　水泥的影响
水泥新标准的实施对水泥强度及细度提出了新要求，为生产符合新标准的水泥，水泥厂采取了改变矿物组成、增大比表面积等措施提高水泥早期强度及最终强度。提高早期强度的措施之一是提高水泥矿物中的C3A含量，以利于加速水泥水化，但Ｃ3Ａ的水化作用进程又取决于石膏的品质及掺量，这又直接影响外加剂与水泥的适应性。因而石膏品质及掺量的变化不利于稳定外加剂与水泥的适应性。比表面积大有利于加速水泥的水化过程，提高水泥强度，但水泥比表面积增大的同时标准稠度用水量会增加。同时，水泥的保水性又取决于水泥的颗粒分布。水泥厂目前的技术水平能够通过试验确定良好的水泥颗粒级配，但是，生产上为了达到良好的颗粒级配常常会影响水泥产量，同时国家标准对水泥颗粒级配指标没有强制性要求，很多水泥厂家不愿意在这方面投入。这样水泥的波动影响泌水在所难免。
1．1．2　矿物掺合料
矿物掺合料为混凝土一种组分，在选择矿物掺合料时，考虑掺合料活性的同时，应考虑在混凝土中对水泥空间进行良好的填充，所以在做清水混凝土时，矿粉宜优先选用Ｓ９5级及以上级别；粉煤灰应选用Ⅰ级粉煤灰。以使混凝土中的粉料也有很好的级配。
1．1．3　外加剂
水泥质量的波动导致新拌混凝土性能发生变化，为了改善混凝土工作性能，外加剂应及时适应这一改变；另一方面，外加剂质量的波动也不容忽略。如果外加剂和水泥适应性不好，这时的混凝土就会出现泌水、坍落度损失大、凝结时间变化等现象。传统的调整外加剂以适应水泥这一观念将继续指导外加剂公司的工作。
采用单一品种减水剂的外加剂往往不能很好地解决水泥波动带来的泌水，需要从不同减水类型的外加剂着手，进行两种或多种减水组分的复合。同时，不同的控制混凝土坍落度的化学组分对混凝土泌水的影响也是不同的，这就要求外加剂供应厂经常取不同厂家水泥来检测是否需要改变控制混凝土坍落度的化学组分。加入适量优质引气剂可以缓解混凝土泌水现象的发生，判断优质引气剂，应主要采用孔间距系数来确定。另外，由于混凝土外观的要求，不宜采用增稠组分来解决混凝土泌水问题。搅拌站在使用外加剂时，掺量一定要根据试验确定，掺量不足会导致减水率不够，从而导致水灰比超过试配水灰比，使混凝土强度降低，同时不能很好地控制坍落度经时损失。外加剂掺量过高危害更大，会造成单方用水量敏感，混凝土易发生离析，各种原材料不能很好相融，同时混凝土不能正常凝结，导致工期延误。
1．1．4　砂细度模数变化、掺合料质量变化等
在清水混凝土施工过程中发现，砂细度模数发生变化（或级配不好）、含泥量发生较大变化时，应及时调整砂率和外加剂掺量，否则，有可能产生混凝土泌水，影响装饰效果；当掺合料质量有较大变化，以致混凝土需水量变化时，应及时调整生产配合比，否则，为了保证混凝土的坍落度，生产人员常常会调整混凝土的用水量或外加剂的掺量，这种做法将增加混凝土泌水的趋势。减少或杜绝混凝土泌水为清水混凝土施工迈出了第一步。
1．2　颜色一致性
清水混凝土不仅要求拌和物不泌水，同时要求拆模后颜色均匀一致，从大量的生产实践中发现，为了保证颜色均匀一致，应尽量采用相同的原材料和配合比。
1．2．1　水胶比
大量工程实践证明，不同胶凝材料用量的混凝土或不同水胶比的混凝土，硬化后的外观颜色是不一样的，胶凝材料用量少的混凝土除了容易出现泌水外，其包裹骨料的粉料量也不是很足，所以做清水混凝土工程，胶材量不宜低于350kg/m3，单方混凝土用水量不超过160kg/m3，当胶材量达到500kg/m3 以上时，要采取防止混凝土粘稠不易施工的措施。
比如掺加一定细度的矿粉、硅灰。对于单项工程，在同一个视觉面，其胶材量和用水量宜保持一致，各胶材组分也不宜有较大的变化，以减少配合比的变化对外观的影响。不应因强度等级不同而采取不同的水胶比。
1．2．2　骨料
除了不同的水胶比会导致硬化后混凝土颜色变化外，骨料对外观影响也不可忽视，使用河卵石破碎后的骨料和山石破碎后的骨料，其硬化后的混凝土外观颜色是不一样的，同一种骨料，由于级配差异很大，也可能导致混凝土外观颜色有较大的差异。所以对于在同一个视觉面的混凝土工程，应采用相同类型的骨料，以减少骨料的变化对混凝土外观的影响。
1．3　表面气孔的形成
众所周知，混凝土在拌合过程中会引入大量空气，同时外加剂也会引入一定量的气体，这就是普通混凝土含气的主要原因。混凝土浇注后，经振捣成型，可以排出大量气体。在气体排出过程中，气泡在遇到模板表面时，混凝土表面会滞留一定量的气泡，混凝土硬化脱模后表现为结构表面出现一定数量的气泡。这是由于混凝土在振动液化时表现为高流态液体，而模板为固体，气体在上浮过程中，在不同相的物质表面会产生一定的阻力所致。采用不同材质的模板，或使用不同类型的脱模剂，混凝土表面气泡的大小和分布状况会表现出很大的差异。
1．4　配合比现场调整
商品混凝土在运输过程中，会发生坍落度损失，到达施工现场时，有时会难以满足浇筑施工要求，这就要求对混凝土拌和物进行调整。
很多搅拌站常常使用刚从砂石生产厂运输过来的砂石，在一些时期，砂石厂家边生产，边出厂，导致砂石含水率变化很大，运输到搅拌站与搅拌站库存砂石相混合，导致砂石含水率不稳定，很难控制混凝土在出站时坍落度稳定。当混凝土出站时坍落度较小，导致到达施工现场时，混凝土坍落度不能满足施工要求时，经搅拌站技术人员确认，宜优先考虑用水调整，综合考虑加水情况，但不应超过配合比理论用水量。
当搅拌罐车在施工现场等待时间较长时，在不超过配合比用水量的前提下，可以使用水和外剂
同时进行调整，但外加剂不应超过外加剂厂家推荐掺量的高限，以确保混凝土凝结时间不产生较大差异。
2 混凝土模板工程
要获得令人满意的清水混凝土效果，搅拌站对混凝土生产应进行严格的控制。同时，结构模板对混凝土拆模后外观的影响也是不容忽视的。为了实现表面光滑无气泡，施工单位应考虑模板材质问题。采用不同材质的模板，或使用不同类型的脱模剂，混凝土表面气泡的大小和分布状况会表现出很大的差异。
2．1　模板选材
为了搞清楚不同材质的模板对混凝土硬化拆模后表面观感的影响，我们选择了不同模板进行同条件下的对比试验。试验采用相同的脱模剂———乳化石蜡脱模剂。
试验选取木模板、钢模板、酚醛覆模板、聚氯乙烯内衬模板等进行试验，在相同施工条件下混凝土硬化后外观效果为：钢模板＞酚醛覆模板＞聚氯乙烯内衬模板＞木模板。以上模板均为新制模板，未曾使用过。钢模板容易加工成型，满足施工图纸对结构尺寸的要求，其余材质模板接缝处容易衔接不好。
使用钢模板做高水胶比也就是低强度等级混凝土时，外观容易产生砂线；使用木制模板做低水胶比也就是高强度等级混凝土时，混凝土外表面气孔不易排出，酚醛覆模板应为折中的选择。
2．2　脱模剂的影响
脱模剂是为了混凝土硬化后，模板和混凝土结构容易脱开的一层涂层，脱模剂涂刷在模板内侧。为了起到很好的脱模作用，同时在混凝土硬化后对混凝土外观影响最小，脱模剂必须和模板粘接牢固。脱模剂材质的不同，硬化后的混凝土外观差异非常大，我们选用了以下几种脱模剂进行试验。模板均为同一材质钢模板。模板漆、乳化石蜡、柴机油、水质脱模剂、食用色拉油，其影响混凝土外观排序依次如下：模板漆＞乳化石蜡＞食用色拉油＞柴机油＞水质脱模剂。需要说明的是，模板漆在涂刷完毕后，在温度不低于20℃条件下，干燥固化2天后方可使用，不能很快使模板投入再次使用，否则影响施工进度。
3浇注及振捣的影响
浇筑混凝土前，应首先检查模板安装的严实程度，模板在支撑过程中表面是否被污染，模板内侧有无灰尘或其他浮物，模板下侧与下面结构是否有缝隙，为了防止混凝土浇筑时，模板下侧混凝土跑浆，施工单位往往在模板下侧铺垫砂浆，如果这层砂浆和混凝土的水灰比相差很大时，或砂浆铺垫层很厚，下部混凝土浇筑后容易发生泌水。商品混凝土为半成品，搅拌站完成混凝土搅拌运输后，需要施工单位将混凝土入模，并振捣密实。混凝土振捣密实，硬化后表面光滑无缺陷。商品混凝土在到达现场后，施工单位和搅拌站技术人员共同对混凝土和易性进行检验，确认混凝土满足浇注要求时，方可浇注入模。在浇注时，严格按照规范要求，混凝土下料口与浇筑面之间距离不能过大，否则混凝土易发生离析；每层浇注厚度不能过厚，否则，混凝土里的气体不易排出。振捣应严格遵守规范规定，棒距不能超过振捣棒的液化半径，否则易漏振。
振捣混凝土以表面出浆为宜，不可长时间在同一振点振捣，避免过振。上面提到混凝土自身泌水问题，混凝土经不当振捣后，更容易产生过振———相对泌水。新拌混凝土在常态下表现为不同材料的粘稠混合体，这种新拌混凝土在施工振捣的外力作用下，表现为流态，混凝土不再粘稠不易流动。长时间在同一振点振捣，就会导致混凝土过振；混凝土本身为不同密度材料的混合体，水为这里密度最小的材料。过振表现为混凝土超液化，混凝土中各种组分产生不同程度分离，尤其是水上浮，水在上浮过程中，形成渗水通道，其表现同混凝土配合比材料组分匹配不合适时的泌水。混凝土硬化拆模后表面粗糙，砂子外露，可以明显看出水上浮痕迹。采用高频振捣棒比采用低频振捣棒更容易使混凝土出现泌水，采用振幅高的振捣棒比采用振幅低的振捣棒更容易使混凝土出现泌水。
4 养护及拆模时期的影响
商品混凝土为半成品，经过浇注及振捣后，对混凝土进行充分合理的养护是保证混凝土硬化后质量的关键，实际工程在施工过程中，很多施工单位由于认识不足或者现场条件所致，往往不能对成型后的混凝土进行充分的养护，导致混凝土面层出现失水收缩开裂，尤其对于低水胶比（高强度）混凝土，养护是非常重要和必要的。混凝土表面宜优先采用潮湿或者饱水养护方式，当混凝土上表面不在同一水平面时，可铺无纺布，在无纺布上洒水养护；任何可能对混凝土表面造成颜色污染的养护都是不可取的，以确保混凝土表面不因养护而被污染。立面由于不易采用饱水或者潮湿养护，宜优先采用模板养护，视天气温度和搅拌站配合比决定侧模拆除时间，拆模时混凝土的强度不应低于设计强度的30%。在寒冷季节，拆模早容易导致混凝土表面失水，使面层混凝土强度偏低，混凝土面层失水后易引起表面没有光洁度。条件许可情况下尽量采取现场蒸汽养护，以加速混凝土里的活性组分水化，确保混凝土表面强度的增长。
5 施工缺陷的修复
在施工过程中，很多人参与混凝土的浇注、振捣、养护、拆模等工作，混凝土拆模后，表面很容易出现缺陷。有缺陷的混凝土是否修复及修复方案，应当尊重设计、业主和监理的意见。应优先保证结构安全，然后考虑美观；当缺陷影响到结构安全时，必须进行修复；当混凝土缺陷不影响结构安全，而严重影响观感时，需要进行装饰性修复，可采用经与原混凝土外观颜色对比调整后的专用修补剂修复。当混凝土缺陷轻微影响观感时，建议保留本色，不采取任何修复措施。经建筑师和业主同意，可以将缺陷部分混凝土外表面采取喷砂亚光处理，这种处理方式要考虑对建筑物整体观感的影响。
在很多发达国家，清水混凝土模板拆除后，在混凝土表面喷涂保护涂层，使混凝土表面具有一定的抵御环境侵蚀的能力。保护层可以是无色的，也可以是非常淡的颜色，可以掩盖部分外观缺陷。国内也有部分工程开始这方面的工作。清水混凝土表面喷涂保护涂层后，表面防污能力大大提高，能保持20年以上观感不变，同时对提高结构的耐久性起到了积极作用。
6 结论
影响清水混凝土外观效果的因素很多，有混凝土材料选用、配合比、搅拌、运输、模板、浇筑方式、振捣养护、环境温度等等。在混凝土施工过程中，各参与单位应充分认识影响清水混凝土质量的因素，并采取相应的技术和质量措施，是能够做出满意的清水混凝土工程的。