铝模工艺全混凝土外墙的混凝土试验研究及应用

何伟强 王芳利

（广东基础新世纪混凝土有限公司）

0 引言

由于混凝土、砂浆与砌筑墙体的热膨胀系数不一致，易在混凝土与砌筑墙体之间、外墙砌筑与外墙砂浆之间产生收缩裂缝，外墙易产生开裂渗漏等质量通病。高层建筑受风影响较大，此问题尤为明显，一直备受困扰。近年来，随着铝合金模板施工技术的大力发展，免抹灰、干作业等先进施工理念开始萌发并得到初步发展，针对建筑物外墙开裂、渗漏等一些质量通病，采用铝模技术全混凝土外墙能得到较好解决。[1]

铝合金模板技术在西方发达国家已经应用了将近半个世纪，但我国的这一技术还正处于起步阶段，非常不成熟。主要有铝模与混凝土发生化学反应，在前三层、高强混凝土等方面表现尤为明显；二是窗下墙设计为整体连梁或双连梁、二次浇筑构件如构造柱和飘板等实现了与墙体一次浇筑完成，形成了大跨度封闭式平底U 型结构，在结构设计上实现了优化，施工上却是加大混凝土浇筑施工难度，若不能形成配套的混凝土施工技术，整个结构质量效果将会大打折扣。[2-3]

目前，国内铝合金模板施工技术采用的混凝土及混凝土设计要求，多与普通木模板施工无异，但铝合金模板的施工技术难度比普通木模板的高，因此采用的混凝土应有所差异。针对铝模工艺全混凝土外墙设计施工存在的结构异性、部分结构振捣浇筑难度大、铝模表面被混凝土腐蚀三大问题进行了混凝土性能的改善研究及应用。

1 原材料选择

1.1 水泥

水泥应选用与外加剂适应性好、性能稳定的品种。经对比筛选，选用广东英德海螺牌P.O42.5 水泥，其性能指标见表1。

表1 P.O42.5 水泥性能指标

1.2 细骨料

采用西江河砂，细度模数为2.6，级配为Ⅱ区，含泥量为0.3%，Cl-含量为0.002%。

1.3 粗骨料

选用博罗石场的10～20mm 和5～10mm 的两种规格碎石，经检测，10～20mm碎石的各项技术指标如表2。

表2 10～20mm 碎石性能指标

5～10mm 石掺量通过与10～20mm 不同比例混合的最大堆积密度来确定，经实验确认，5～10mm 碎石的掺量在25%时，碎石整体堆积密度达到最大值，故5～10mm碎石掺量为25%。

1.4 三掺组合剂[5]

三掺组合剂，即常规外加剂、消泡剂、粘度调节剂三者按混凝土性能要求配制组合而成的一种专用混凝土外加剂。

常规外加剂，即缓凝型聚羧酸高性能减水剂，具有减水、调节混凝土和易性、延长一定范围内的凝结时间等功能。选用强达QC 高浓，其物理性能见表3。

表3 强达外加剂的物理性能

消泡剂，即抑制泡沫产生或消除已产生泡沫的外加剂，能使新拌混凝土在较长时间内保持塑性，从而调节新拌混凝土的凝结时间。

粘度调节剂，是近几年研究开发的一种新型的水泥混凝土外加剂，它能够改善水泥胶凝材料的粘聚性和粘结力，减少材料组分的分离率，提高匀质性。本次试验选用的是LM-26N 型粘度调节剂。

1.5 掺合料

选用矿粉为唯一掺合料，其主要性能指标见表4，其微观形貌见图1。

表4 矿粉性能指标

图1 矿粉的颗粒形貌

2 配合比调整设计[4]

2.1 集料比例设计

本次试验在普通高性能混凝土的基础上，根据全混凝土外墙设计中大跨度封闭式平底U 型结构的施工要求进行优化设计，依据C35 强度混凝土基准配合比进行试配。基准配合比经质量法核算确定胶材：细骨料：粗骨料：水：外加剂掺量=425：770：1030：163：1.8%。试验中，砂率为42%、水胶比为0.38。通过测试混凝土的坍落度、扩展度、离析率，7d、28d 抗压强度进行对比分析，逐步调整。

为确保混凝土通过钢筋间隙的能力，本次配合比设计采用集料一体化设计，即砂和石的级配、粒形、粒径都是集中试验处理，为后续浆骨比提供基础，为混凝土抗离析、抗收缩以及流动性提供基础。依据混凝土应用经验，适当对混凝土中砂率进行调整，可提高混凝土的流动性，有效降低混凝土的空隙率，找出合适的浆骨比。本次试验通过对混凝土的砂率进行调整，对比调整之后混凝土的各项性能，见表5。

以上实验结果表明，混凝土的砂率对混凝土的工作性影响较大，在一定范围内砂率的调整可有效改善混凝土的工作性及降低离析率，混凝土的和易性随着砂率的增大呈现先变好后变差的走势，拐点在42%，混凝土强度的走势也基本相符。综上，经过集料一体化设计的砂率为42%。

2.2 矿粉掺量对混凝土的影响及规律

本次试验在依据矿物掺合料相关标准要求限定条件下，分别将矿渣粉按10%、15%、20%、25%、30%的比例等量置换胶凝材料中的水泥组分。在混凝土配合比各项数据不变的情况下，通过调整矿渣粉掺量对比混凝土坍落度、扩展度、离析率、PH 值、7d、28d 强度，试配结果见表6。

表5 砂率对混凝土性能的影响

试验结果表明，随着矿粉用量比例逐渐增大，混凝土流动性逐步增大，到20%的时候达到峰值。随着矿渣粉的持续增长，混凝土的和易性逐渐变差，包裹性粘聚性变差，离析率上升。而混凝土拌合物PH 值随着矿粉掺量的增加而降低，掺量达到20%以上时，PH 值不超过12，对铝模的腐蚀降低，检测情况见图2。综上所述，此次试配矿渣粉取代水泥的比例为20%。

图2 混凝土拌合物PH 值检测

2.3 聚羧酸自密实高性能外加剂的配制

为进一步提高混凝土在铝模中的适应性，在通过调整外加剂中各组分的比例，以达到良好工作性的同时，将混凝土中的大中气泡有效消除，以减少拆模后混凝土结构表面的气泡，提高混凝土的自密实性能。试验通过不同掺量的粘度调节剂来对比混凝土各项性能的变化，见表7。

实验表明，随着外加剂各组分调整，混凝土容重随粘度调节剂增加，混凝土和易性先变好后变差。在复合型外加剂的粘度调节剂组分达到1.0‰时，混凝土扩展度达到了650mm，且和易性良好，和易性状态如图3，强度等各项数据均满足设计要求。因此，我们将此三掺外加剂命名为：聚羧酸自密实高性能外加剂。

图3 混凝土和易性状态

2.4 配合比确定

经过集料一体化设计改善混凝土整体级配、矿物掺合料改善和易性及PH 值、聚羧酸自密实高性能外加剂的靶向配制及作用进一步改善了混凝土的PH 值，确定混凝土最佳密度及各项指标的最终配合比，见表8。

经过多次试验，混凝土和易性达到自密实、超高层施工要求，相对泌水率S10=V10/V140=18.7%，其他各项指标如表9。

表7 不同比例粘度调节剂对混凝土各项性能影响

表8 C35 铝模工艺全混凝土外墙混凝土基准配合比

表9 最终配比混凝土其他各项指标

3 工程应用

广州信达金茂广场工程占地面积27633m2，总建筑面积178990m2。这种设计完成铝模安装后，形成了大跨度封闭式平底U 型的异型结构，结构水平跨度达5m，高度4m，混凝土自由填充长度达3m、自由填充宽度达1m，自由流动高度最薄处为10mm（宽0.5m），且为钢筋混凝土结构。浇筑方式为平底U 型两端顶部浇入，混凝土经4m 自由抛下后，自行填充满5000mm×500mm×10mm 薄板结构。

该项目浇筑过程顺利，拆模后，飘板等二次结构混凝土填充密实，无明显缺陷，墙体经过28 天的观察，表面未发现明显裂纹。混凝土主体结构部位经检验强度合格，符合设计要求。墙体拆模后效果见图4。

图4 施工效果图