清水混凝土外观质量评价方法研究及应用

周脉席，于诚，姜骞，张茜，李贞

（江苏苏博特新材料股份有限公司 高性能土木工程国家重点实验室，江苏 南京 211100）

0 引言

将一次成型、 不做任何装饰的混凝土称为清水混凝土，其广泛应用于各种建筑及市政工程中。与传统的混凝土相比，清水混凝土具有质优价廉、环保高效等优点。 在清水混凝土广泛应用的同时，多种因素如模板、钢筋、脱模剂以及混凝土浇筑振捣等容易导致诸如蜂窝、麻面、砂线、色差、气泡、冷缝、错台等常见的外观质量问题。 从混凝土颜色均一性、气泡粒径与数量、表面平整度和外观缺陷四个方面构建清水混凝土外观质量评价标准及评价体系， 并以江阴靖江长江隧道清水混凝土项目为工程实例， 以新构建的评价体系从混凝土色差和气泡两个方面定量评价不同模板材质对清水混凝土外观质量的影响，最终确定WISA 板为现场施工用模板。

1 清水混凝土外观质量评价体系

根据清水混凝土定义及JGJ 169—2009《清水混凝土应用技术标准规范》， 清水混凝土外观质量标准为混凝土表面平整、颜色均匀一致、无蜂窝、麻面、露筋和明显气泡。相关的评价标准并不统一，可根据清水混凝土外观质量控制标准即颜色均一、气泡粒径及数量、表面平整度和其他外观缺陷四个方面对清水混凝土外观质量进行定量评价[1]，通过设置评价方法和指标，建立较完善的清水混凝土外观质量评价体系[2]。

2 清水混凝土外观质量的分项评价

2.1 颜色均一性评价

混凝土颜色均一性易受人眼识别敏感度、现场光线明暗度等多种因素制约。 为此，可采用Image Pro Plus 图像处理分析软件， 采集混凝土外观照片进行灰度统计分析，根据灰度均值及标准差进行混凝土颜色均一性评价，值得注意的是，在图像采集过程中，要统一拍照参数，减少随机性带来的误差。

混凝土外观颜色均一性采用图像灰度标准差作为评价标准，具体指标如表1 所示。 灰度标准差小于6 为优，6～10 之间为良，超过10 则为差。

表1 清水混凝土外观颜色均一性评价指标

2.2 气泡粒径与数量评价

Image pro plus 软件同样可以对混凝土表面气泡粒径与数量进行处理分析， 根据混凝土表面气泡粒径与数量可分为优、良、差3 个等级，结果如表2 所示。

表2 清水混凝土表面气泡评价指标

2.3 表面平整度评价

清水混凝土表面平整度可参考GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》中“现浇结构分项工程”的相关规定，作为清水混凝土表面平整度的评价和验收方法。 也可根据工程情况或工程需要， 提出更为严格的表面平整度的尺寸允差值。 结合相关工程实例，制定清水混凝土表面平整度评价标准（表3）。

表3 清水混凝土表面平整度的评价指标

2.4 外观缺陷评价

GB 50204—2015 《混凝土结构工程施工质量验收规范》中将混凝土现浇结构外观质量缺陷分为一般缺陷和严重缺陷，清水混凝土不允许出现严重缺陷，当出现诸如露筋、蜂窝、孔洞等一般外观缺陷后，应及时采取修复补救措施。

3 工程实例

以江阴靖江长江隧道工程为例，采用缩尺模型试验，研究不同材质模板对清水混凝土外观质量的影响，通过混凝土颜色均一性与气泡粒径数量等指标进行定量评价，最终优选出现场施工效果最好的模板。

3.1 原材料及试验方法

3.1.1 原材料

水泥采用海螺P·O 42.5 低碱水泥； 粉煤灰采用利港电厂Ⅰ级粉煤灰，流动度比105%；矿粉采用三江S95 矿粉，流动度比102%；胶凝材料主要化学组成如表4 所示。 细骨料采用洞庭湖中砂，细度模数2.8，含泥量1.2%；粗骨料采用江西彭泽5～25 mm 连续级配碎石， 含泥量0.5%， 针片状含量5.3%，压碎值7.6；功能型掺合料采用江苏苏博特新材料股份有限公司HDC(III)高性能混凝土流变改性材料与HME-V 混凝土（温控、防渗）高效抗裂剂；外加剂采用苏博特PCA-Ⅰ型聚羧酸高性能减水剂；脱模剂采用花王水性脱模剂。

表4 主要胶凝材料化学组成 单位：%

3.1.2 试验方法

缩尺模型试验：采用现场施工用配合比，在混凝土拌合站生产混凝土浇筑长120 cm×高180 cm×宽40 cm 缩尺模型，3 d 后拆模考察模板面板材质对混凝土外观质量影响。

外观质量评价：在相同光照条件下对混凝土模型进行拍照（相机采用相同拍摄参数），将采集的图像数据通过Image Pro Plus 软件进行灰度处理，分别统计混凝土模型表面气泡数量和尺寸评价混凝土外观气泡缺陷，然后根据图片的灰度分布计算灰度均值及标准差评价混凝土颜色与色差特征。

3.2 模板对比

3.2.1 色泽一致性对比

WISA 板、亚克力板和塑料板颜色均匀，钢模板和木模板部分区域出现明显色差；钢模板排泡能力较弱导致其表面存在较多的大气泡，塑料板表面气泡最多， 其余三种模板表面多为小气泡。 WISA板、亚克力板、钢模板灰度均值在190 左右，混凝土颜色较浅； 木模板、 塑料板灰度均值分别为160、150，两种模板拆模后混凝土颜色发青。 灰度值可体现出图像的明暗程度，灰度值越大，图像越亮，与实际图像结果一致；灰度标准差是混凝土灰度离散性的体现，其值越大，表明离散越大，即色差越大，WISA 板标准差值最小，色差最小，木模板则存在最大的色差，其余模板介于二者之间。

3.2.2 气泡大小与数量对比

图1 为不同模板构件表面气泡粒径和数量分布，钢模板与塑料板200～500 μm 粒径范围内气泡最多，塑料板则存在500 μm 以上的大气泡，构件表面气泡数量依次为WISA 板＜亚克力板＜木模板＜钢模板＜塑料板。

图1 不同模板表面气泡分布统计

亚克力板与WISA 板作为清水混凝土模板使用时排泡效果最好，但在拆模后亚克力板构件出现凹痕，模板刚度不足影响混凝土表面平整度。 根据建立的清水混凝土外观质量评价体系，综合混凝土色差和表面气泡粒径数量， 各模板等级评分为：WISA 板优；亚克力板、钢模板良；木模板、塑料板差。 因此，选用WISA 模板对于控制混凝土外观质量具有最好的效果。

4 结语

从混凝土颜色均一性、气泡粒径与数量、表面平整度和外观缺陷四个方面构建清水混凝土外观质量评价标准及评价体系，并以江阴靖江长江隧道清水混凝土项目为工程实例，以新构建的评价体系从混凝土色差和气泡两个方面定量评价不同模板材质对清水混凝土外观质量的影响， 最终确定WISA 板为现场施工用模板。