饰面清水混凝土施工技术及质量控制

任清波，宋雪峰

（1.中交四航局广州南沙工程有限公司，广州510231；2.中交四航工程研究院有限公司，广州510230）

1 项目概况

本工程为广州南沙自贸区灵山岛尖配套道路工程，地处灵山自贸区内京珠高速、灵新大道以东区域，包括岭南钻石水乡社区及粤港澳合作商业服务中心，项目所在区域共有桥梁18 座，穿插分布于整个社区，为充分体现“一桥一景、桥景相融、自然和谐”的设计理念，所有桥梁结构形式都不相同，桥梁桥台、翼墙、墩柱、拱座、拱圈、支座垫石、主梁等结构均设计使用清水混凝土。

2 饰面清水混凝土外观缺陷调查及优化设计

为了解清水混凝土施工过程中存在的质量缺陷，项目组对周边区域清水混凝土建筑物和构筑物进行了摸查，并参考清水混凝土规划对各类缺陷进行了分类统计，各类常规缺陷统计结果如表1 所示。

表1 清水混凝土观感质量调查统计表

根据摸查结果，影响清水混凝土外观的因素中，结构线型不顺直、表面漏浆、烂根、错台主要与模板及其拼装有关；气泡、麻面和色差主要与混凝土原材料及配合比有关；裂缝和冷缝则主要与施工工艺有关。为了有针对性地对以上影响因素进行分析并找到有效的解决方法，项目结合现场实际情况对混凝土配合比、模板及裂缝控制进行优化设计和控制。

2.1 配合比的优化

2.1.1 原材料取样分析

本项目所用混凝土均采用商品混凝土，对本工程使用的“A”“B”商品混凝土拌和站的原材料进行抽样检测，分析其原材料质量对硬化混凝土表观质量的影响。根据实验结果：

1）拌和站碎石级配不好。碎石尺寸偏大，4.75mm 方孔筛累计筛余达到98%，建议进行级配的优化调整。

2）碎石质量较差，针片状含量过多，建议采用针片状含量5%以下的碎石，新拌混凝土流动过程中，针片状石头滑动摩擦阻力大，致使坍落度、扩展度小，不利于泵送与施工。

3）用水量控制问题。现场按实测砂石含水率换算成施工配合比，调整（增大或减小）用水量不宜过大，用水量减少过大则浆量相应减少，混凝土包裹性相应变差。

4）外加剂用量。根据混凝土外加剂对水泥的适应性试验，外加剂掺量推荐为≤1.1%，建议在控制用水量的基础上调整外加剂用量，不能按照工作性调整用水量。

5）在现有的原材料质量条件下，应适当增加胶凝材料用量，改善混凝土的包裹性、出机流动性等。

2.1.2 混凝土配合比优化

由于拌和站提供的清水混凝土配合比效果不佳，项目部联合四航研究院材料所对配合比进行了优化。通过固定水胶比和胶凝材料体系，将砂率从原配合比38%调整至42%，进一步调整混凝土工作性，并成型400mm×200mm×700mm 的清水混凝土试块，进行不同砂石对混凝土外观质量的影响试验配合比A 和配合比B。

调整砂率至42%之后，配合比A 工作性有所提升，离析、泌水状态有所改善，但混凝土流动较慢，黏性较大，不易翻铲，外加剂敏感性较高；配合比B 由于集料粒径增大，浆体较多，工作性较好，翻铲轻松，流动性较好，但外加剂敏感性仍较高，外加剂对混凝土工作性影响仍较大。

因此，根据拌和站原材料实验情况及配合实验结果，现场采用配合比B 进行施工，同时与拌和站签订了包保协议，要求清水混凝土供应原材料必须单独存放并加强抽检，严控质量。

2.2 模板体系的优化

模板的类型对混凝土外观施工质量影响较大，为了取得更好的外观效果和结构线型，现场制作了多个试验墩，每个试验墩采用不同的模板内饰材料，墩身试浇段尺寸为1.0m×1.0m×2.0m（长×宽×高），4 种不同的模板材料分别为钢模板+透水模板布、钢模板+模板漆、覆塑模板+脱模剂、覆塑模板无脱模剂。试浇段内的主筋和箍筋的尺寸、间距按实际墩柱进行布置。

混凝土浇筑后，分别记录钢模板+透水模板布、钢模板+模板漆、覆塑模板+脱模剂、覆塑模板无脱模剂4 个面不同时间混凝土表面颜色；混凝土外观质量的检验结果如表2 所示。

表2 试验墩外观质量检验表

通过比选，最后选取模板为覆塑模板，该模板以优质桦杨木做基板，外覆PP 塑料膜，具有塑料模板和木质模板的优质特性。

2.3 典型构件裂控分析

2.3.1 开裂风险评估

混凝土结构的开裂问题主要是由于约束应力过大、表面干燥收缩，或者混凝土塑性收缩产生，在具体的工程实践中，需要根据裂缝的种类分析诱因，才能从根本上解决开裂问题。本项目着重分析了桥墩及桥台等大体积混凝土构件，根据边墩实际尺寸建立模型（见图1），进行网格划分和有限元计算【1】。

图1 边墩有限元模型

计算得到边墩48h 温度场，如图2 所示。边墩不同龄期中心最高温度达到65℃，由于环境温度较低，内表温差在42～90h 期间＞25℃。

图2 边墩浇筑后48h 温度场分布

2.3.2 内约束应力评估

根据内表温差的模拟结果，以及混凝土各龄期的弹性模量和抗拉强度，计算内表温差【2】导致的混凝土自约束应力，最后计算得到各龄期自约束应力的抗裂安全系数。

通过内约束应力及开裂风险评估可以看出，边墩7d 内自约束应力抗裂安全系数基本＞1.15，自约束应力导致混凝土开裂的风险较小。但在2～3d 阶段，混凝土的自约束应力抗裂安全系数相对较低，仅为1～1.15，这个阶段开裂风险相对较大，因此不宜在3d 前拆模。

2.3.3 外约束应力评估

根据混凝土各阶段的降温收缩和干燥收缩得到7d 龄期混凝土综合降温差，按照1d 为一个阶段，计算各阶段产生的外约束应力，并根据松弛系数计算各阶段产生的应力延续至某一龄期的应力残留值，并计算各阶段外约束应力抗裂安全系数。

通过计算可得，边墩外约束应力的抗裂安全系数在3～7d内＜1.15。混凝土出现温度及收缩裂缝的概率较大。在现有工况的基础上，控制裂缝的主要措施是：（1）适当延长拆模时间，加强对混凝土的保温保湿养护，避免气温降低造成内表温差过大；（2）尽量缩短新旧混凝土的浇筑间隔，并缩小浇筑分段长度，减小基础对新混凝土的约束；（3）严格控制养护时间，主要构件养护时间应≥7d。

3 实施效果

根据以上实验和方案此选，本项目具体实施过程中重点对混凝土配合比、模板及裂缝控制等进行实验分析，并通过优化施工工艺和养护措施等过程管控手段，解决了大部分依托工程混凝土表观质量缺陷，顺利完成了所有桥梁的施工，取得了比较理想的饰面清水混凝土景观效果。

4 结语

综上所述，本项目桥梁外露结构采用饰面清水混凝土，重点对混凝土原材料质量、配合比稳定性、模板拼装及裂缝等进行了研究分析，对清水混凝土浇筑工艺及养护措施等进行了全过程控制，取得了比较理想的效果，桥梁外观验收一次通过。