海工清水混凝土配制及应用技术

清水混凝土表观质量要求极高，是直接利用混凝土成型后的自然质感作为饰面效果的混凝土。它属于一次浇筑成型，不做任何外装饰，直接由结构主体混凝土本身的肌理、质感和精心设计施工的明缝、禅缝和对拉螺栓孔等组合而形成的一种自然状态装饰面。张奎等研究了港珠澳大桥敞开段清水混凝土模板施工技术，结合港珠澳大桥岛隧工程东人工岛隧道敞开段墙身清水混凝土施工实际，介绍了清水混凝土模板的拼装方法，阐述了清水混凝土模板施工技术蔡炜凌等以具有代表性项目（墙、梁、柱）为研究对象，基于模板设计，提出满足饰面清水混凝土要求的混凝土全过程施工技术，经实践证明效果良好，具有强可操作性。季晖等结合港珠澳大桥人工岛清水混凝土介绍其各环控制要点及经验，供类似工程参考。本文以某现浇挡浪墙清水混凝土结构为例，通过开展室内性能测试试验、现场模型试验等方法，对原材料优选、配合比设计、施工工艺等方面进行研究，以期形成清水混凝土配制及应用技术并进行现场应用。1、工程概况某工程挡浪墙全长1386.15m，其主要结构断面形式为“L”型，前底部有倒梯形前齿，挡浪墙全长共分为CW1、CW1A、CW1B、CW1C、CW1D和CW2等147段，每段在前沿线上的长度为4.49m～16.047m不等。挡浪墙强度等级为C45，其中墙身部分为清水混凝土。

2、原材料优选根据大量调研测试结果，初步优选试验原材料进行清水混凝土配合比优化设计，主要包括：⑴水泥：采用华润（平南）P•II42.5低水化热硅酸盐水泥；⑵矿粉：采用唐山曹妃甸盾石新型建材有限公司生产的S95矿粉；⑶粉煤灰：采用镇江华源集团新型材料分公司生产的I级粉煤灰；⑷粗集料：采用5～20mm二级配碎石，压碎值为4%，针片状含量4.2%，含泥量0.3%，泥块含量0.1%；⑸细集料：采用中砂，细度模数宜为2.4，2区砂，且0.15mm及以下筛余量应大于4%。含泥量0.5%，泥块含量0.1%。⑹外加剂：采用江苏特密斯混凝土外加剂有限公司生产的缓凝型聚羧酸系高性能减水剂，减水率35%，泌水率比20%，含气量3.5%。3、清水混凝土配制试验研究3.1设计依据现浇挡浪墙清水混凝土有表面质量要求、控裂要求，且是海工混凝土，对耐久性也有一定要求。清水混凝土拌合物坍落度应控制在200±20mm，坍落度损失小于20mm/h。清水混凝土设计强度C45，设计抗渗等级为P10，28d氯离子扩散系数小于6.5×10-12m2/s，56d氯离子扩散系数小于4.5×10-12m2/s。

3.2初步配合比为控制大体积混凝土水化热，添加粉煤灰、矿粉，降低水泥用量，但过多的粉煤灰掺加不利于外观质量控制，易在表面造成黑斑。通过调整胶凝材料比例、聚羧酸减水剂及保水组分含量、骨料比例等方式配制工作性能优良的清水混凝土。经过前期试验，初步选定了两个配合比，具体配合比见表1。3.3清水混凝土拌合物性能测试在初步配合比的基础上进行了清水混凝土的试拌，调整了减水剂比例、保水剂组分，混凝土坍落度、含气量参照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行，测试结果见表2。如表2所示，当胶凝材料用量为440kg/m3时，清水混凝土工作性差，混凝土坍落度经时损失大，添加保水组分后有一定改善，但达不到要求。当胶凝材料用量降低为420kg/m3时，清水混凝土工作性改善明显，除1#和2#由于外加剂掺量稍高导致泌水外，4#和5#坍落度及坍落度经时损失基本可达到要求，且混凝土含气量较小，有利于清水混凝土外观质量控制。在此基础上进一步调整粗细集料比例，进行了表面对比试验，最终得到配合比如表3所示。

3.4强度及耐久性能试验混凝土抗压强度测试参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》进行；混凝土抗渗等级测试、混凝土氯离子扩散系数测试参照GB-T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行，理论配合比下清水混凝土的强度及耐久性测试结果见表4。如表4所示，理论配合比清水混凝土3d抗压强度达到60%，7d抗压强度106%，28d强度达到129%，满足强度设计要求。氯离子扩散系数随着龄期增大逐渐降低，其中28d氯离子扩散系数为3.4×10-12m2/s，56d氯离子扩散系数2.1×10-12m2/s，分析认为由于掺入粉煤灰，粉煤灰的主要成分是SiO2和Al2O3，经化学反应生成了铝酸钙和硅酸钙凝胶产生了膨胀，改变了混凝土的孔结构，同时，合理的掺加粉煤灰与矿渣取代水泥也可显著提高混凝土的强度及抗渗性。清水混凝土抗渗等级超过P10，混凝土有较高的耐久性。4、清水混凝土工艺通过开展多个模型试验和实体构件试验对清水混凝土施工工艺要点进行验证，最终确定了具体施工工艺控制参数：

⑴下料间距控制方式：下料间距参照振捣间距控制，可以在与振捣间距重叠的位置每2m一道做出特别标记。⑵下料高度控制：下料高度可以通过肉眼控制，由于挡浪墙墙身没有钢筋，可以将泵管直接伸入模板框内下料，但下管时必须由专门的布料人员控制泵管，避免晃动撞击模板。⑶分层厚度控制方式：浇筑混凝土前，先将振捣棒放到浇筑底部并用白色记号笔在振捣棒上与模板上口同一标高的位置作上标记1，然后在振捣棒的近振捣头端距标记1为50cm处再次画出标记2，并于模板上口放置于同一标高。浇筑时，必须保证泵管在各个位置均匀下料，振捣棒触探时能感觉到混凝土顶部的位置，当振捣棒触探到混凝土且标记2与模板上口处于同一标高时，即可知道分层厚度已达到50cm。振捣完第一层后将振捣棒插入下层混凝土10cm，作为第二层振捣时的留振位置，在振捣棒上做上记号。分层厚度控制方式与第一层的控制方式一致。⑷振捣时间控制方式：振捣时间可以通过手机计时或秒表控制，以振捣棒快速插入完成后的时间开始计时。⑸提棒速度控制方式：提棒速度以振捣工的收棒速度确定，收棒速度应尽量保持匀速，每层混凝土提棒时间控制为15s左右。⑹振捣间距控制方式：振捣间距应在模板上口以白色记号笔作上标记，横向和纵向均为每50cm一道，见图1。

⑺混凝土养护及成品保护：覆盖润湿的两布一膜土工布进行包裹，保证带膜土工布紧贴混凝土表面并密封，外层再包裹保温材料。同一浇筑段养护时间应一致，且不宜小于14d；相邻段的墙身模板施工时，应避免模板连接件或加固件对已浇筑墙身棱角或表面的碰撞；相邻段的墙身混凝土浇筑时，应用塑料薄膜临时覆盖已经浇筑完成的墙身，以免浇筑过程中的混凝土飞溅或洒落至其表面，影响表观质量。5、工程应用现浇挡浪墙清水混凝土整体施工效果见图2，其清水混凝土线条平直，表面无色差，气泡均匀细小，自然光泽有质感，符合清水混凝土的外观质量要求。6、结论⑴某现浇挡浪墙清水混凝土结构为例，开展了对原材料优选、配合比设计、施工工艺等方面的技术研究；⑵经过优化的配合比设计配制的清水