高性能装饰混凝土工艺品试验分析与研究

姚源，张凯峰，孟刚，刘磊，耿飞，魏飞

（中建西部建设北方有限公司，陕西西安 710116）

高性能装饰混凝土工艺品试验分析与研究

姚源，张凯峰，孟刚，刘磊，耿飞，魏飞

（中建西部建设北方有限公司，陕西西安 710116）

结合装饰混凝土工艺品实践，从改善装饰混凝土工艺品的外观质量、耐久性的角度出发，对装饰混凝土的原材料、配合比和成型养护方法进行研究。试验表明：装饰混凝土工艺品的最佳配比为：m（水泥）∶m（微珠）∶m（矿粉）∶m（硅灰）∶m（细骨料）∶m（减水剂）∶m（抗碱抑制剂）∶m（可再分散乳胶粉）∶m（消泡剂）∶m（聚丙烯纤维）=60∶20∶12∶8∶120∶0.9∶0.3∶1∶0.04∶0.3，水胶比为0.24，按此配比制备的装饰混凝土工艺品最能满足成型条件需要，且在基本养护完成后进行保护性喷涂的工艺品，较少出现气泡和泛碱现象。

装饰混凝土；原料；配合比；成型；养护

装饰混凝土一次性浇筑成型，以混凝土本身的自然质感与精心设计的自然状态作为装饰面的表现形式，其表面光滑平整、整体线条顺畅，可直接用于建筑立面[1]。近年来，装饰混凝土制品除用作建筑物内外墙表面的装饰之外，也越来越多的被用来制作工艺品，装饰混凝土工艺品（以下简称工艺品）以其丰富多变的外形和清新自然的独特气质，赢得了越来越多人的喜爱。

本文从装饰混凝土工艺品的原材料、配合比设计和成型养护方法入手，对装饰混凝土工艺品的关键技术进行了研究。

1　原材料选择

装饰混凝土工艺品要保持低调优雅的外形和良好的耐久性，就需全方面关注原材料品质，及各原材料之间的相容性。以达到避免气泡、泛碱、色差、裂缝等缺陷产生的目的。宜选用碱含量较低的水泥；宜选用细度模数合适，含泥量、杂质含量都较低，且粒形级配较好的集料；掺合料宜选用优质原料，以达到调节混凝土的和易性、增加混凝土的表面的光洁度的目的；外加剂应选择质量较好且与水泥适应性较好的产品[2-3]。

1.1水泥

本试验采用陕西声威P·O42.5水泥，安定性合格，物理性能如表1所示。

表1　水泥的物理性能

1.2骨料

骨料的品质和颗粒级配是影响混凝土工作性能、力学性能和耐久性的重要因素。由于本次装饰混凝土工艺品大多属于薄壁结构，不适于加入粗骨料。本试验采用渭河河砂作细骨料，且河砂经过清洗并烘干，砂的细度模数为2.0，含泥量和泥块含量均为0，连续级配，表观密度2.11 g/cm3。

1.3掺合料

掺合料部分替代水泥，可增加混凝土的和易性，减少水泥石中的孔隙结构，提高混凝土的耐久性能。本试验选用超细微珠、矿粉和一定量的硅灰来改善混凝土的孔结构[4]。所用的掺合料应着重考虑其细度和颜色，且掺合料的颜色应均匀稳定。

微珠：来源于天津某企业，7 d活性指数85%，28 d活性指数111%，比表面积24 890 m2/kg，需水量比93%。

矿粉：陕西德龙S95级矿粉，7 d活性指数83%，28 d活性指数98%，比表面积426 m2/kg，流动度比93%。

硅灰：采用北京正元加密硅灰，28 d活性指数92%，比表面积16 800 m2/kg。

1.4外加剂

减水剂：为了保证浆体在实际应用当中正常成型，需要掺加减水剂来使浆体具有较好的流动性和填充性能。本试验选用中建自产聚羧酸高效减水剂，固含量20%，减水率25%，与水泥的相容性较好，掺量占粉料质量的0.8%～1.2%。

消泡剂：P818有机硅类，活性含量30%，pH值6～8。

抗碱抑制剂：江苏花辰新型材料有限公司生产，主要成分为a-无机酸钠甲醛缩合物。

可再分散乳胶粉：可再分散性乳胶粉加入浆体中可提高浆体与各种基材的粘结强度，提高成型工艺品的抗压强度、抗折强度、耐磨损性、韧性、粘结力和保水性能，还可使面层避免起灰，提高工艺品的抗裂性和封闭性[5]。本试验用可再分散乳胶粉外观为白色粉末，可自由流动，固含量≥98.5%，堆积密度300～500 kg/m3，平均粒径80～120 μm，pH值6～8。

1.5聚丙烯纤维

为了提高装饰混凝土工艺品的抗裂性能，选择添加一定量的聚丙烯纤维，本试验采用陕西某公司产聚丙烯纤维，纤维长度为10 mm。

1.6水

采用自来水。

2　配合比试验

2.1骨料掺量

合适的浆骨比（粉料和骨料质量比）对装饰混凝土工艺品外形和性能影响较大，如果浆骨比太低，则没有足够浆体包裹住细骨料，造成浆体的流动性差，工艺品表面不平整，影响工艺品整体外观。浆骨比太高，浆体的量太大，工艺品质量容易过大，影响手感，且更易产生裂缝。经试验确定浆骨比为1∶（1.2～1.5）。

2.2粉料配比

随着对混凝土制品观赏性和环境协调性的要求越来越高，各类能改善装饰混凝土性能的掺合料成为装饰混凝土的重要组成部分，但其密度与水泥浆体存在差异，容易在振捣过程中上浮，导致在混凝土中分布不均匀而引起色差。提高胶凝浆体的黏度可以较好地避免粉煤灰上浮。

经过多次试验确定粉料的配比为：m（水泥）∶m（微珠）∶m（矿粉）∶m（硅灰）=（60～65）∶（20～25）∶（8～12）∶（6～8）。

2.3水胶比及外加剂掺量

需要考虑浆体的稠度，如果浆体太稠，多余的气泡不能溢出，对装饰混凝土工艺品的外形将会产生不利的影响；如果浆体太稀，则不能保证混凝土的强度，且更容易产生裂缝，影响工艺品整体结构。因此，浆体的水胶比成为影响装饰混凝土制品性能的重要因素。

外加剂对装饰混凝土工艺品的性能也有较大影响。本试验就抗碱抑制剂、可再分散乳胶粉、消泡剂掺量（按占粉料总质量计）对工艺品泛碱面积的影响进行研究，并选出合适的外加剂掺量，结果见图1～图3。

图1　抗碱抑制剂掺量对工艺品泛碱面积的影响

图2　可再分散乳胶粉掺量对工艺品泛碱面积的影响

图3　消泡剂掺量对工艺品泛碱面积的影响

从图1可以看出，随抗碱抑制剂掺量的增加，工艺品早期和后期泛碱面积均逐渐减小，当抗碱抑制剂掺量超过0.3%时，工艺品的泛碱面积降幅变小。

从图2可以看出，随可再分散乳胶粉掺量的增加，工艺品早期和后期泛碱面积均逐渐减小，当可再分散乳胶粉掺量超过1.0%时，工艺品的泛碱面积降幅变小。

从图3可以看出，随消泡剂掺量的增加，工艺品早期和后期泛碱面积均先减小后增大。当消泡剂掺量为0.04%时，工艺品早期泛碱面积降到最小值16.0%，后期泛碱面积也降到最小值23.4%。消泡剂能够在一定程度上减少浆体中大孔的数量，改善浆体的孔隙结构，提高工艺品整体的耐久性能[6]。从图3还可以看出，虽然消泡剂在一定程度上可以减轻工艺品的泛碱程度，但作用效果并不明显[7]。

经过多次试验确定水胶比为0.23～0.30，抗碱抑制剂、可再分散乳胶粉和消泡剂的最佳掺量分别为0.3%、1.0%、0.04%。

2.4聚丙烯纤维掺量

一定量纤维的掺入不但能提高工艺品的抗拉伸性能，也能防止裂缝的产生；但是纤维掺量过大的话，不但导致工艺品的强度降低，还会影响浆体的流动性。聚丙烯纤维掺量（按占粉料总质量计）对浆体流动度的影响见图4。

图4　聚丙烯纤维掺量对浆体流动度的影响

从图4可以看出，随聚丙烯纤维掺量增加，浆体的流动性逐渐降低，当聚丙烯纤维掺量超过0.3%后，浆体流动性显著降低，影响了工艺品的浇注成型，易产生较多气泡。因此，聚丙烯纤维的最佳掺量为0.3%。

经过上述试验，装饰混凝土工艺品的质量配合比见表2，按表2的配合比，不但能够满足装饰混凝土工艺品的成型要求，且硬化后外形也较少产生气泡和泛碱现象。

表2　装饰混凝土工艺品的质量配合比

3　成型及养护方法

3.1成型方法控制

工艺品的成型参考GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》中的成型方法。

3.2工艺品养护

工艺品的养护包括湿度和温度2个方面。湿度控制方面要注意工艺品硬化拆模后，即直接开始蓄水养护，时间不得少于14 d，温度控制方面，需要注意工艺品养护的环境保持温度的相对恒定，以防止裂纹和其它因水化不完全而造成的外形缺陷。

3.3保护性喷涂

对装饰混凝土工艺品表面进行保护性喷涂是延长装饰混凝土寿命、保持其外观美观的重要手段。本试验采用市购清水混凝土专用保护剂，其主要成分是有机硅改性树脂。图5为经保护性喷涂和未保护性喷涂工艺品暴露空气2月后对比效果。

图5　经保护性喷涂和未经保护性喷涂工艺品的对比

从图5可以看出，经保护性喷涂的工艺品，其表面泛碱情况较轻，泛碱面积较小，只有接缝处出现轻微泛碱情况，而未经保护性喷涂的工艺品内部泛碱情况严重。因为装饰混凝土工艺品成型养护至一定龄期后，采用保护性涂料喷涂在装饰混凝土工艺品表面，会形成透明的保护性膜层结构，能确保混凝土暴露在露天环境时依然具有良好的耐久性、耐水性和耐候性。这种保护性喷涂对混凝土无腐蚀性，使混凝土工艺品长久保持优美质感，不受侵害[4]。

4　结语

（1）装饰混凝土宜选用碱含量较低的水泥，且还需考虑外加剂与水泥的适应性；宜选用细度模数合适，含泥量、杂质含量都较低，且粒形级配较好的集料；掺合料宜选用优质原料以及需选择质量较好的外加剂。

（2）经试验验证，装饰混凝土工艺品的最佳配比为：m（水泥）∶m（微珠）∶m（矿粉）∶m（硅灰）∶m（细骨料）∶m（减水剂）∶m（抗碱抑制剂）∶m（可再分散乳胶粉）∶m（消泡剂）∶m（聚丙烯纤维）= 60∶20∶12∶8∶120∶0.9∶0.3∶1∶0.04∶0.3，水胶比为0.24，按此配比制备的装饰混凝土工艺品能满足成型条件需要和达到成型后外形美观的效果。

（3）装饰混凝土工艺品的养护方面应该注意控制温度和湿度，且养护时间不得少于14 d，基本养护完成后，另外对装饰混凝土工艺品表面进行保护性喷涂，也是延长装饰混凝土工艺品寿命，保持外观美观的有效方式。

[1]程磊．高层建筑清水混凝土施工工艺及工程应用研究[D]．济南：山东大学，2012．

[2]丁虹，高育欣，徐芬莲，等．C60高性能白色清水混凝土的试验研究[J]．新型建筑材料，2012（5）：83-86．

[3]徐本梁，涂晨龙，徐本睿，等．清水镜面混凝土的绿色二次流化与实施方式研究[J]．新型建筑材料，2014（5）：37-39．

[4]王凤丽．高性能清水混凝土实验分析与研究[D]．重庆：重庆交通大学，2008．

[5]李娟．纤维增强复合材料保温板的制备研究及应用[D]．扬州：扬州大学，2013．

[6]杨魁．论清水混凝土表面气泡的特征与防治[J]．四川建筑科学研究，2009，35（2）：213-215．

[7]石齐．水泥基饰面砂浆泛碱性能及抑制措施研究[D]．重庆：重庆大学，2014．

The experimental analysis and research of high-performance decorative concrete handicraft

YAO Yuan，ZHANG Kaifeng，MENG Gang，LIU Lei，GENG Fei，WEI Fei
（China West Construction Group North Co.Ltd.，Xi'an 710116，China）

Combining the decorative concrete handicraft practice，in order to improve the appearance quality and durability，this article investigates the raw materials，mixing ratio and curing methods of decorative concrete.Experiment showed that the mass ratio of cement:beads:mineral powder:silica fume:fine aggregate:water reducing agent:alkali resistant inhibitors:disperse latex powder: antifoaming agent:polypropylene fiber content is 60∶20∶12∶8∶120∶0.9∶0.3∶1∶0.04∶0.3，and the W/C is 0.24 of the decorative concrete crafts can meet the needs of the processing conditions.The craft with protective coating spraying after basic curing can reduce bubbles and efforescence phenomenon.

decorative concrete，raw material，mixing ratio，forming，curing

TU528.38

A

1001-702X（2016）10-0060-03

2016-02-25；

2016-04-17

姚源；女，1988年生，陕西西安人，硕士，研究方向为高性能混凝土。