一种C40高性能白色清水混凝土制备方法

刘秀红

上海建工建材科技集团股份有限公司 上海 313021

和易性状态是预拌混凝土成形效果与配合比设计之间的桥梁，对白色清水混凝土的硬化成形质感性、色泽均匀性起到关键作用。通常情况下，白色清水混凝土最显著的表观性能就是外观色泽匀质且表面气泡少。白色清水混凝土色泽均匀，不产生明显色差，要求混凝土具有质量稳定的原材料、稳定的配合比与施工工艺。白色清水混凝土表面不能产生过多气泡，这就要求清水混凝土具有黏度良好的浆体，并且遵循严格的施工工艺[1]。因此，白色清水混凝土的原材料选择、配合比设计需以实现混凝土优质的保水性、良好的黏聚性和较大的流动性等要求为目标。

在国外，主要采用白色清水混凝土预制挂板，实现对白色清水混凝土的广泛使用，由于预拌白色清水混凝土对工艺控制具有极高的要求，工程较少采用预拌白色清水混凝土[2]。清水混凝土是一种一次性浇筑成形，直接将原始浇筑面作为结构外表面的混凝土，其也凭借混凝土自身颜色和质感达到外观美观的效果[3]。清水混凝土可一次性浇筑成实体结构，且在施工过程中不需要二次抹灰和喷涂装饰涂料，一方面可减少建筑垃圾，另一方面也可降低工程整体造价，所以清水混凝土也是一种经济环保的绿色混凝土。近些年来，随着低碳节能生产的推广，在国内市场清水混凝土越来越受到设计方的青睐，尤其是白色清水混凝土[4]。本文针对白色清水混凝土的工作性能和力学性能，从原材料的选择、配合比的设计等方面，进行C40白色清水混凝土制备方法研究，使白色清水混凝土成形后达到表面密实、气泡少、无色差、凸显白色光泽等工程效果。

1 试验原材料选择

1.1 白色硅酸盐水泥

白色清水混凝土是一种高性能混凝土，对所用的原材料具有很高的要求。其中，制备预拌白色清水混凝土，白色硅酸盐水泥是至关重要的一种原材料。成形后的白色清水混凝土的色度主要受到白色硅酸盐水泥的白度影响，白度是白色硅酸盐水泥最为核心的性能指标。现在国内的白色硅酸盐水泥的白度主要可以分为2个等级[5]，详见表1。

表1 白色硅酸盐水泥白度等级

其中，白色硅酸盐水泥的不同龄期强度[6]如表2所示。

表2 白色硅酸盐水泥的不同龄期强度要求

本文试验分别采用阿尔博波特兰（安庆）有限公司和江西银杉白水泥公司生产的白色硅酸盐水泥（表3）。

表3 试验用白色硅酸盐水泥性能指标参数

1.2 细骨料

白色清水混凝土的制备对于骨料的要求也是严格的。通常情况下，可采用白云砂石或者石英砂石骨料，也可以应用普通的石灰石骨料，细骨料颜色要求干净浅色。本文对细骨料的原材料选取进行了重点比对工作，进行7种细骨料的比选（表4）。

表4 试验用细骨料指标参数

本试验选用的上述砂样均满足清洁度高、无掺杂物、颜色单一的要求，基本呈现淡黄色和白色，其中棒磨砂选用新开元棒磨制砂线生产，呈现淡灰色。

1.3 粗骨料

制备白色清水混凝土，要求混凝土能在较长时间的振捣下不出现明显分层现象，混凝土需具备很高的抗离析性能。因此，粗骨料粒径不宜过大，级配不宜断档，需选用连续级配的。对于粗骨料颗粒形状，需选择粒形圆润的。采用整形的粗骨料可很大程度增加混凝土的流动性和匀质性。本试验选用新开元精品5～20 mm规格碎石（表5）。

表5 试验用粗骨料指标参数

1.4 外加剂

针对高性能白色清水混凝土浆体包裹性不好、外观气泡多、容易泌水等问题，苏博特公司采用和易性较好且黏度较低的母体，另外复配对混凝土保水性较好的保水剂，再加入一些消泡剂，配制出专门的外加剂。该种外加剂在混凝土中引入小气泡，可以调配出较好的混凝土状态来满足生产及施工要求[7]。外加剂指标参数详见表6。

表6 试验用外加剂指标参数

2 试验研究

2.1 C40白色清水混凝土配合比设计

在项目研究初期，为达到混凝土外观白色的效果，在配合比设计过程中，单方混凝土中增加10 kg的钛白粉用量。混凝土成形后，表面外观颜色显现为冷白色，不符合设计方和甲方要求的暖白色效果。因此，在后期C40高性能白色清水混凝土配合比设计中，放弃使用钛白粉。本项目为了确保C40高性能白色清水混凝土具有稳定的外观颜色，在确定原材料的选用后，采用稳定的原材料进行混凝土生产拌制，不再改变原材料。

相对于普通硅酸盐水泥，白色硅酸盐水泥具有更高的C3S和C3A含量，使得白色硅酸盐水泥的早期水化反应速度更快，造成白色清水混凝土的工作性能损失更大[8]。C40高性能白色清水混凝土配合比设计参照JGJ 169—2009《清水混凝土应用技术规程》，本文通过不同用水量改变水胶比，并调整外加剂用量，避免状态过快损失，设计出不同的C40白色清水混凝土配合比，3组代表配合比详见表7。

表7 C40高性能白色清水混凝土设计配合比单位：kg/m3

2.2 力学性能

试验选用配合比为1，除水泥外的其他原材不变，改变白色硅酸盐水泥，进行白色硅酸盐水泥品种比选（表8）。

表8 不同水泥配合比试样抗压强度单位：MPa

从试验对比可以看出，银杉P·W-1 32.5级白色硅酸盐水泥比阿尔博的早期水化反应要慢，更有利于现场施工控制。因此，本试验白色硅酸盐水泥选用银杉P·W-1 32.5。

细骨料经过初步的参数对比后，选用天然砂、棒磨砂和白云砂2进行配合比2试验（表9）。

表9 不同细骨料配合比试样抗压强度单位：MPa

从试验对比可以看出，天然砂比其他2种机制砂强度略低，但是制备出的白色清水混凝土的工作性能最好，呈现有坡角、微露石的状态。因此，本试验最终选用天然砂作为生产用细骨料。

2.3 工作性能

通过上述力学性能试验，本试验最终确定所有原材料。将3种不同水胶比的配合比进行试验（表10）。

表10 不同配合比性能试验结果

通过对比，配合比2的性能试验结果适中，白色清水混凝土具有良好的工作性能，能够符合施工要求，又考虑到力学性能情况下，试验选用配合比2作为最终配合比，适合在C40白色清水混凝土中使用。

本试验C40白色清水混凝土配合比经过了8次在实际生产施工中的应用，其强度情况见图1。

从图1可以看出，本文C40白色清水混凝土配合比生产易控制，R7抗压强度稳定在46 MPa，R28强度则稳定在54 MPa，完全符合施工方要求。

2.4 表观效果

本试验制作600 mm×400 mm×150 mm的小样板，观察C40白色清水混凝土成形后的实体表观效果[9]，如图2所示。拆模后，经白度测定仪测定，实体白度为92%。经观测，混凝土实体表面颜色均匀一致，无明显色差，气泡细小、均匀分散，完全符合白色清水混凝土表观效果要求。

图2 白色清水混凝土表观

2.5 控制工艺

对于白色清水混凝土，除去强度问题外，其外观出现缺陷也是质量问题。白色清水混凝土外观缺陷主要表现为颜色不一致、颜色不均匀、表面产生气泡、表面蜂窝麻面和出现砂线及水线等。本项目通过对高性能白色清水混凝土制备方法的研究，针对该混凝土产生的一系列缺陷，进行原因分析及解决措施汇总，形成一套高性能白色清水混凝土制备的控制工艺。

1）高性能白色清水混凝土颜色不一致。主要原因是混凝土所用的粉料颜色发生变化，砂石含泥量发生变化。针对该问题，生产高性能白色清水混凝土，需严格采用同一厂家生产的粉料，并实时监测粉料的颜色变化。严格控制骨料的含泥量，选用高品质稳定的骨料配制清水混凝土。

2）高性能白色清水混凝土颜色不均匀。主要原因是混凝土出现离析、泌水现象，造成坍落度变化大，施工过程中过振或振捣不均匀，分层浇筑时混凝土高度偏大。可以通过调整外加剂和混凝土配合比，改善混凝土和易性，加强生产品质控制，增强混凝土的包裹性，提高其坍落度的稳定性，适当减少施工振捣时间，增加振捣点的密集度，降低混凝土分层浇筑高度。

3）高性能白色清水混凝土表面产生气泡。造成的原因是清水混凝土含气量偏大，骨料级配不合理，浆体量不足、黏度不够，选用的模板材质不恰当，模板表面不光洁，选用的脱模剂效果不佳，混凝土振捣不充分。为了避免白色清水混凝土表面产生气泡，影响实体结构外观效果，可以在混凝土外加剂中适当引入消泡成分，减少混凝土含气量。使用级配良好的骨料。选用有利于气泡排出的模板材质，并且将模板表面打磨光洁，本项目选用厚15 mm自然纹路木纹板。选用有利于混凝土气泡排出的脱模剂。施工过程中，进行充分振捣，并且可以在模板上增加附着式的振捣器辅助振捣施工。

4）高性能白色清水混凝土表面出现蜂窝麻面。造成蜂窝麻面的原因是混凝土发生离析、泌水，或者是混凝土坍落度过小，施工过程中出现过振，模板漏浆。通过混凝土配合比的调整，改善混凝土和易性，严格进行混凝土出厂检验，控制清水混凝土坍落度的异常损失。针对工地现场状态不理想的混凝土，可以适当进行二次流化，提高混凝土入模坍落度。模板接缝处需要进行严密封堵。

5）高性能白色清水混凝土表面出现砂线、水线问题。主要原因是清水混凝土发生离析、泌水，施工过程中过振。首先要及时调整外加剂用量，改善混凝土和易性，使其具有良好的工作性能。其次，需要同施工工人进行施工交底，适当减少振捣时间，当混凝土表面已泛浆时，即可停止振捣。

6）针对高性能白色清水混凝土的颜色和光泽问题，生产运输控制同样很重要。第一，需要固定生产搅拌机和运输车辆，并对搅拌机和车辆预先进行多次清洗，保证生产的稳定性；第二，为了保证高性能白色清水混凝土的匀质性，生产搅拌时间需要严格控制，应使白色清水混凝土搅拌充分，一般不宜少于60 s；第三，运输路线和运输过程时间需要严格控制，发料节奏同样需要严格控制，避免断料或者现场积压。

通过上述各项措施的实施[10]，可以更加有效地确保C40高性能白色清水混凝土的工作性能，并且达到理想的外观效果。

经过4个月生产总量达到1 200 m3的C40白色清水混凝土，通过采用泵送施工工艺，被应用到某工程项目木纹墙体中。最终，拆模后的C40白色清水混凝土经取样检测，工作性能完全满足施工要求，经实体检测，力学性能和耐久性能均满足C40强度等级要求。木纹墙体表观效果呈现色泽观感良好的状态（图3）。

图3 白色清水混凝土实体效果

3 结语

根据本文试验及工程实例研究，得出如下结论：

1）在白色清水混凝土中，混凝土表层水泥石的色泽决定混凝土最终实体外观色泽。它受水泥色泽、砂石泥粉含量、空气湿度、模板类型、脱模剂、模板干净程度、混凝土和易性、保护剂等众多因素的影响。而砂、石本身是否为白色，对木纹或饰面白色清水混凝土来说，影响不大。

2）采用现代高性能混凝土设计制备技术，完全可制备出具有可控性，工作性能、力学性能和耐久性能良好的C40白色清水混凝土，但由于白色硅酸盐水泥快水化的特点，在设计与生产过程中要关注水胶比和用水量的选择及控制。

3）高性能白色清水混凝土的质量影响因素众多且复杂。在该类混凝土施工过程中，应当充分考虑各类因素，从混凝土原材料的选用、混凝土配合比的设计、施工工艺要求、施工模板和脱模剂的选用等方面进行严格控制，将影响因素降到最低，有利于浇筑出外观良好的白色清水混凝土构件。

4）高性能白色清水混凝土属于一种特殊需求的混凝土，需要严格按照工程设计要求进行具体设计，各类原材料的选用需要围绕白色混凝土的设计色度需求进行比选，不同工程具有一定的特殊性。