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【行業論文】清水混凝土構件預制技術與質量控制技術要求要點

作者:劉昊     高雅靜                     北京榆構有限公司

  :清水混凝土以其原色之美,越來越受到建筑師的青睞。隨著裝配式建筑的發展,采用預制技術的清水混凝土建筑越來越多。本文通過作者多年清水混凝土預制構件的生產技術與質量控制實踐經驗,總結出清水混凝土構件預制技術與質量控制的要求和要點。

關鍵詞:清水混凝土構件  預制技術 質量控制

前言

清水混凝土(fair-faced concrete)是直接利用混凝土成型后的自然質感作為飾面效果的混凝土。我國的清水混凝土出現于二十世紀七十年代,但直到九十年代末才得到快速發展。清水混凝土以其獨特的肌膚紋理,以及素面朝天的藝術形式,受到越來越多的建筑師的青睞,展現著清水混凝土的素面高雅品質的本質之美。清水混凝土預制構件,指在預制工廠或是施工現場,預先采用模具澆筑而成,養護至規定強度后再安裝到設計部位的混凝土構件。這種預制的清水混凝土構件對外形尺寸、表觀質量、顏色均勻、整體的裝飾效果要求都非常嚴格。

裝配式建筑較傳統現澆建筑能夠提升質量和安全、提高效率和效益,縮短工期,改善勞動環境,節省勞動力,促進建筑節能減排、節約資源。近年來,國家大力推廣裝配式建筑,清水混凝土預制構件是裝配式建筑中重要的構件產品,其預制技術與質量控制是預制構件企業的重要技術與管控內容。

近幾年北京榆構有限公司的清水混凝土預制構件工程項目有:中建技術中心清水掛板、軟通動力大廈清水掛板、北京故宮地磚、通州城市副中心外墻掛板、天津萬科雙子座雕塑等。

1 典型預制構件種類與成型方式

不同種類的構件,其成型方式各自不同。為保證清水混凝土的外觀效果,預制構件外露表面應與模板面接觸,減少操作抹面。

1.1 板式構件

板式構件如預制墻板,預制看臺板等板面較寬的構件,宜采用反打一次成型工藝,保證外露面的外觀效果。 反打工藝:預制構件生產方向與使用方向一致的叫正打工藝,否則就叫做反打工藝,在清水混凝土預制構件中,反打是指外露面作為模板面的澆筑成型工藝方法,是清水混凝土預制構件的常用生產工藝。如清水外墻掛板,是在平臺座或平鋼模的底模上預鋪各種花紋的襯模,使墻板的外露面在下面,這種工藝可以在澆注外墻清水混凝土墻體的同時一次將外飾面的各種線型及質感帶出來。

1.2 樓梯

預制樓梯的常見做法有兩種:反打成型與側立生產,當預制樓梯踏步與背面均要求清水效果時,應采用側立生產。側立生產即立模工藝的特點是模板垂直使用,與平模工藝比較,可節約生產用地、提高生產效率,而且構件的兩個表面同樣平整,減少手工壓面的工作量,保證外露面的清水效果,靠墻側面或扶手側面為手工面。通常用于生產外形比較簡單而又要求兩面平整的構件,如預制樓梯構件。

1.3

1.4

預制柱高度較高,宜采用側立方式生產,在保證構件質量的基礎上,可降低工人操作的危險性,預制柱的制作,可采用兩柱共用一側模,減小側模成本。 

2 模具

生產預制清水混凝土構件的核心和前提是模具,一般制作清水混凝土構件采用鋼制模具,鋼板選材、模具形式、細部處理、焊接工藝等均會對模具質量有較大影響。

2.1   鋼板材料選擇

模具應具有足夠的承載力、剛度和穩定性,保證在構件生產時能可靠承受澆筑混凝土的重量、側壓力及工作荷載。清水混凝土預制構件的模具一般選用Q235鋼板,表面氧化皮應致密、均勻、完整,鋼板材料應無扭曲變形、折疊死彎、表面平整;無劃痕、銹蝕、斑痕、龜裂等缺陷。質量差的鋼板在構件蒸養過程中會滲出氧化物,污染構件表面,相對來講,我國武鋼生產的鋼板質量較好,適合做清水混凝土構件模具。

2.2   模具技術方案

模具的技術方案根據不同預制構件的特點而不同。不同的構件特點采取不同的生產工藝,清水混凝土預制構件因其外觀的清水裝飾效果,多采用反打工藝和側打工藝。

2.2.1          反打工藝

清水混凝土預制構件中,清水面作為外飾面,多采用反打工藝。混凝土構件外飾面與模具底板接觸,利用鋼板的表面效果,能夠保證外飾面的平整度、光澤度、線型與角度等觀感效果。

2.2.2          側打工藝

當預制構件的兩個或三個主要外露面都要求達到清水效果時,宜采用側打工藝,生產狀態為正常使用狀態側旋轉90度。

側立生產,除頂面外,其他面均與模具接觸,外觀效果明顯,大大提高預制構件的外觀質量。

只有頂面一個面作為手工壓面,減少了人員操作量及操作范圍,降低了因為人為原因導致的外觀缺陷發生幾率。

2.3   模具生產制作要點

2.3.1鋼板下料

清水混凝土預制構件因對模具的尺寸精度要求高,所以模具制作的下料工序顯得尤為重要,宜采用激光切割下料,保證尺寸精準。鋼板的切割斷口應打磨光滑,無明顯的鋸齒狀,無飛邊毛刺。根據構件特點,確定整體下料還是拼接成型,并確定拼接的位置、方式等。模具設計、下料、安裝應考慮改模需求。

2.3.2外觀尺寸保證措施

外觀尺寸的精度直接關系著清水混凝土構件的安裝和外觀效果。首先模具的底座應牢固,根據清水混凝土預制構件的長度和高度設計模具的固定方式,對于大尺寸的構件設計加裝側面支撐防止側彎,保證長邊的平直和尺寸準確,對于較高的構件側面要加橫向工裝措施保證垂直方向的平整度,對于大尺寸、重量大的構件對角方向要加斜拉支撐保證整體的尺寸在精度范圍內。

2.3.3 邊角的保證措施

清水混凝土預制構件裝飾美觀的效果經常用截面來展現,如何保證截面的線條平直順滑、角度精確一致?首先,根據不同的邊、角設計合適的制作方案:1、下料環節保證尺寸精度,截面的角度準確,截面平滑整齊;2、直線邊多用拼接,拼縫嚴密,無錯臺;3、圓弧邊角多采用整體下料,一次彎折加工而成;4、外飾面四周多采用倒角效果,保證脫模質量的同時,增加外觀美感。

2.3.4接縫處漏漿處理

清水混凝土預制構件的模具如需要拼接,拼縫處的漏漿處理非常關鍵,應采取措施封閉,不得漏漿。模板拼接縫應全部焊接,并打磨修理平整,不應含有氣孔夾渣。

1)  焊接要點:與傳統的手工電弧焊相比CO2保護焊的優勢明顯:二氧化碳氣體成形好,焊接速度快,不用換焊條,節省時間,提高效率和焊接質量,二氧化碳氣體便宜,成本低。傳統的手工電弧焊因其使用方便靈活,在小模具或大模具的小焊縫、修補等時使用。

2)  邊線、角部處理

清水混凝土預制構件的邊線密封非常重要。

對于邊模在底模上面的,焊接或下壓牢固,一般用密封膠做好密封,將縫隙封堵;

對于邊模在底模側面的,首先一定要用頂推絲杠、定位銷栓等固定措施固定好,側模與底模接合緊密。接合處粘貼泡沫密封條,多余部分使用壁紙刀等工具切割掉,保證拼縫處不漏漿、直線順直。

有倒角的模具也應注意倒角處密封,防止漏漿。

鋼板折彎前應按照圖紙或樣板劃出折彎線,根據鋼板厚度、長度、折彎半徑等參數選擇正確的折彎“V”形模口,采用與被折鋼板相同厚度的板條,試折出所需角度、圓弧、形狀,核實無誤后再進行實際折彎。保證折彎的角度、光滑度。

3 混凝土原材料及性能

清水混凝土構件首先應具有混凝土本身的力學性能和耐久性,具有構件的結構性能,另外還應具有清水混凝土特有的清水裝飾效果,混凝土作為最關鍵的材料,其原材料及配合比是至關重要的。

3.1 混凝土原材料的選擇

原材料包括水泥、摻合料、砂、石、外加劑,首先選擇具有一定生產能力的原材料廠家,能夠保證供應材料的穩定性,包括顏色和各性能指標。每種材料應使用同一廠家、同一規格型號的原材料,砂石是同一產地來源。每種材料顏色的變化都會引起混凝土構件的顏色差異,外加劑的摻用不應改變混凝土的顏色。

3.2 混凝土原材料的性能要求

水泥宜用低堿水泥,性能檢測:顏色、標準稠度、凝結時間、比表面積、安定性、抗壓強度、抗折強度指標合格,并且每個指標試驗結果的標準差較小。

粉煤灰應選用FΙ級或級灰,不能使用二次加工磨細的粉煤灰,容易引入雜質,影響外觀質量。應嚴格控制粉煤灰的燒失量,因為燒失量影響混凝土拌合物的狀態及早期強度,宜控制在≤5%

礦粉在清水混凝土中不用或者少用,因為礦粉的水化容易引起混凝土顏色變綠,對養護的溫度更加敏感。混凝土中一般使用S95級礦粉,礦粉的顏色不同廠家差別較大,同一廠家也可能有差異,應車車檢測對比,嚴禁不同顏色的礦粉入場。

砂石各項性能指標符合標準要求,尤其是顏色、含泥量、泥塊含量、骨料級配指標合格且試驗結果標準差小,因為含泥量、泥塊含量、骨料級配會影響混凝土拌合物的狀態,水化后混凝土的顏色和體積穩定性。

外加劑多使用聚羧酸減水劑,外加劑的摻入一是不能改變混凝土的顏色,二是不能引起混凝土表面氣泡,做好車車檢測顏色、減水性能、坍落度損失、含氣量試驗。

3.3 混凝土原材料的性能檢測

各種原材料按照國家標準規范檢測外,還應加強入場檢測,所有原材料必須車車檢測,首先是顏色,必須從運輸車的不同部位取樣,比對顏色是否一致;其次是入場的車檢項目;批檢項目可適當增加檢測頻次和抽檢次數。

3.4 配合比設計和性能試驗

選定原材料后,根據《混凝土結構工程施工質量驗收規范》和《普通混凝土配合比設計規程》進行配合比設計,考慮到清水混凝土的清水裝飾效果,顏色一致的要求,一般選用單摻粉煤灰的設計思路。

4 澆筑與振搗工藝

4.1隔離劑的選擇與涂刷

隔離劑的選擇與涂刷對于清水混凝土預制構件的外觀效果非常重要。清水混凝土預制構件的隔離劑除了應具有普通構件隔離劑的易脫模、涂刷方便、成模快、易清洗、對混凝土無害、性能穩定、耐水性和耐候性好等性能外,還應具有以下特性:

(1)       脫模后構件表面氣泡少,有光亮感。

(2)       不影響混凝土表面裝飾效果,混凝土表面不留浸漬印痕、反黃變色。

(3)       不腐蝕鋼模、鋼筋、混凝土。

        隔離劑的涂刷:

1)        涂刷隔離劑時,模板內不得有積水、冰雪、灰渣等雜物,涂刷應均勻,不得漏刷或積蠟。

2)        隔離劑嚴禁滴、撒到鋼筋、預埋件上,以免影響混凝土與鋼筋的握裹力及預埋件的錨固力。

3)        模內隔離劑被雨水等沖洗后,應重新涂刷。

4)        隔離劑在使用時,應攪勻,使油液分布均勻,不允許再加水。

 

 4.2 澆筑成型

清水混凝土預制構件的混凝土澆筑方式、先后順序對構件的質量有重要影響,應根據前期的模具方案及生產工藝確定合理的澆筑順序、澆筑高度及澆筑點位置,以避免構件成品表面出現色差和質量缺陷。

1)   澆筑混凝土前應清除模內的雜物,并用吸塵器或吹風機將模內的灰塵吸出或吹走。

2)   平板構件應采用振動臺振搗成型,高幫部分采用振搗棒振搗成型。直立生產的構件采用附著式振動器振動模板,并用插入振搗棒配合振搗。

3)   帶肋平板構件分兩次澆筑混凝土,先澆筑板面部分,放上吊模后再澆筑板肋部分。板面混凝土振搗后應測量其厚度,少料時應添料后再振;超厚時應及時鏟除多余的料,鏟料時不得攪動已振實的混凝土。

4)   帶高幫的L形板或U形板成型,先澆筑水平部分混凝土,壓上蓋板再澆筑高幫部分混凝土。振搗時盡可能不使高幫部分的混凝土向水平部分流動。

5)   澆筑成型后,上表面應抹平,收水后壓光一次。上表面要求清水面的,抹面應采用水平尺找平整,收水后應用鐵抹子壓光兩次,達到無抹痕。

4.3   振搗方式的影響

根據清水混凝土預制構件特點選擇適合的生產工藝,不同的構件生產工藝有不同的振搗方式。常用的振搗方式:臺式振搗、附著式振搗器、插入式振搗棒三種。恰當的振搗方式和方法能夠減少表觀氣泡、增加混凝土密實性、有利于表觀顏色光亮一致,增強清水混凝土預制構件的觀感裝飾效果。

臺式振搗和附著式振搗較插入式振搗更均勻,但插入式振搗更靈活。混凝土振搗注意事項:

(1)       使用插入式振搗方式振搗混凝土拌合物時,嚴禁振動鋼筋、模具、板材。

(2)       要控制好振動時間,不得漏振、欠振和過振,否則容易出現氣泡、砂線、色差等外觀缺陷。

(3)       使用振搗棒振搗時,一定要注意整個構件振搗的均勻性。

(4)       當用振搗棒振搗薄的板類構件板面時,振搗棒應平臥使用。

 

 

5  蒸汽養護與表面防護

5.1 蒸養溫度控制

清水混凝土預制構件宜采用自動溫控系統的蒸汽養護。蒸養溫度影響構件表面的顏色:溫度越高,拆模時間早,顏色偏淺偏白;反之,顏色偏深灰。因此對于清水混凝土構件,應嚴格控制升降溫的速度及恒溫最高溫度。

同一工程的清水混凝土預制構件應制定養護方案,所有預制構件的養護溫度嚴格一致,保證整個工程的預制構件整體顏色一致。自動溫控系統在構件蒸養過程中可以減少人為影響,很好地保證蒸養溫度一致,從而最大限度的減少因蒸養過程不用導致的色差和缺陷。

 

5.2   蒸養管口布置方式

為保證清水面的質量,養護時根據構件的尺寸合理布置蒸汽管道。根據以往清水混凝土構件生產實踐經驗,應在模板兩端,每端各布置一根蒸汽管道;對于長度超過10m的構件,應在模板中間增設一根蒸汽管道。要避免蒸汽直吹構件,出汽角度調整為30°,盡量使蒸汽在構件周圍均勻循環。

5.3   表面防護

表面防護技術是清水混凝土預制構件的一項重要技術,超強的滲透能力、良好的透氣呼吸功能、優異的防水性能、極佳的環保性、無色透明、不改變基層的顏色和外觀、阻止以水為載體的一些介質對混凝土的侵蝕、提高混凝土的耐久性,延長混凝土的使用壽命,保護石材、磚板、古建筑物等遭受與水相關的損壞,防止霉菌、苔蘚產生、減少風化、鹽漬和返堿、免受污染保持潔凈。

一般的清水混凝土保護劑利用硅烷浸漬保護原理,硅烷類防護劑是目前所用最廣泛、效果最好的表面防護劑。

幾種類型防護劑對比,見下表。

幾種類型防護劑對比表

類型

原理

優缺點

硅烷類

采用高純度的異丁基三乙氧基硅烷或異辛基三乙氧基硅烷,利用硅烷特殊的小分子結構,穿透混凝土表面深層,滲入內部幾個到十幾個毫米。反應機理:有機硅能過水解脫醇、縮聚交聯形成三維網絡有機硅樹脂,然后終端羥基同混凝土縮合,從而使它牢固地和基材連接起來,其非極性的有機基團排列向外形成立體憎水層。

分布在混凝土毛細孔內壁,形成堅固、剛柔的防腐滲透斥水層,同時因為它不阻塞氣孔,可以有效保持基材的透氣性。

丙烯酸、苯丙類

屬于親水基團的大分子材料

吸濕(水)會非常嚴重,加速混凝土的碳化。

硅丙類

屬于大分子結構

雖然也有疏水效果,但是由于此材料根本不具有滲透力,而且在被涂物體表面形成涂膜封閉了物體,使混凝土喪失了呼吸功能,很容易開裂、起皮、脫落。

例:北京榆構清水構件表面防護劑(硅烷類)效果對比展示

左側的板涂刷的是水性防護材料,右側的板涂刷的是油性防護材料,兩種材料對砼掛板表面防護效果都很好。掛板側面未刷防護劑,對比明顯發現此部位出現很多裂縫。

6        成品保護

清水混凝土預制構件的成品保護很重要。從構件出模碼放、裝車運輸到工地吊裝的全過程,任何環節都不能對它造成損傷和污染,否則,將無法恢復它的清水混凝土效果。

6.1   防磕碰防護

1)        構件背面埋件及尺寸驗收合格后,應及時翻板,以利于板內水分蒸發,保證顏色均勻,翻板時應注意邊角防護避免磕碰。

2)        拆模后應對易磕碰的陽角部位采用多層板、塑料等硬質材料進行包裹保護。

3)        裝車時固定構件的纜繩與構件接觸處放置專用護角,防止磕碰損壞棱角;且固定時要求使用軟質材料固定,嚴禁使用鋼絲繩直接接觸。

6.2   防污染措施

1)        清水構件成品碼放的墊木應用白色聚苯板隔開或用塑料膜包裹,以防雨淋后木方的顏色污染板面。

2)        板上不得放臟物,起重設備不得滴油,操作工人不得戴臟手套(特別不能戴有油的手套)接觸板面。

3)        入庫的清水構件成品重疊碼放時,若無特殊要求,最上邊一塊要求進行覆蓋;立放的構件應放于立放架上,而且與立放架接觸的清水面要有防污染措施,防止污染構件清水面。

4)        運輸要求立放的構件應制作運輸架來固定構件,運輸架與清水接觸面要有防污措施,防止污染清水面。

7        常見質量問題原因分析及應對措施

清水混凝土預制構件較現澆的清水混凝土質量有很大提升,顏色更均勻,一些蜂窩、麻面、孔洞、露筋等缺陷基本可以避免,但是有時還會出現色差和砂線或砂斑的現象,尤其是出現色差情況較多,影響著清水混凝土的外觀效果。

7.1 砂線或砂斑

原因分析:混凝土拌合物坍落度過大,甚至泌水,導致拌合物不均,水分(漿體)富集于一處產生砂線或者砂斑。

控制措施:嚴格控制坍落度,可以通過調整配合比或者外加劑等措施將坍落度控制在一定范圍內,尤其是保證好和易性,即保水性、粘聚性、流動性。

7.2  色差

原因分析:產生色差的原因很多,一是和易性差導致,振搗不均勻,導致與模板接觸面的混凝土拌合物不均勻,水化后的顏色出現色差;二是坍落度變化大也會引起顏色不一致;三是原材料,如果原材料沒有控制好出現色差也會引起色差;四是養護制度與溫度控制,養護時間和溫度出現波動也會引起混凝土色差;五是脫模后的構件收到外界環境影響,產生色差。

控制措施:一是澆筑時要保證拌合物的和易性,控制振搗時間;二是坍落度控制在±10mm,澆筑過程中經時損失≤20mm;三是原材料使用過程中不同批次的一定要進行顏色檢驗,進場原材要進行車車檢;四是制定、執行一樣的養護制度,控制一樣的養護溫度,過程中加強檢查控制,防止漏氣等原因影響養護過程;五是對于脫模后的構件及時防護處理,必要時要采取苫蓋等措施。

 

 

2018年6月6日 09:42
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