施工工艺及模板参数对清水混凝土表观气孔控制方法鲁棒性影响研究

翁 健 喻圣慈

清水混凝土是在浇筑成型之后，不再添加其他装饰的混凝土类型，呈现了混凝土原始的状态[1，2]。清水混凝土在施工过程中，摒弃了传统混凝土需要多次涂抹的做法，降低了施工成本，成为绿色施工的关键材料[3，4]。清水混凝土骨料利用再生骨料代替了天然骨料，不仅实现了对生态环境的保护，还充分利用了循环资源，将绿色施工理念应用到施工全过程中，为建筑领域的发展提供了保障。大部分清水混凝土直接暴露在空气中，空气中的粉尘、废气、油脂等污染小颗粒，会与混凝土表面结合，不断侵蚀混凝土表面[5-7]。在此条件下，本文研究施工工艺及模板参数对清水混凝土表观气孔控制方法鲁棒性的影响。

1 工程概况

本文以某建筑工程为例，研究施工工艺及模板参数对清水混凝土表观气孔控制方法鲁棒性的影响。该工程总建筑面积约122 458.62 m2，平面尺寸为南北向长约262.43 m，东西向宽约98.26 m。建筑共6 层，地上4 层、地下2 层。地上面积主要为办公区域，地下面积主要为停车区域。建筑一层大厅空间较大，梁、柱采用清水砼，投影面积大约为43 562.46 m2，展开面积78 462.58 m2，总方量超过78 400 m2。混凝土强度等级为C40、C50、C60，柱为3.1 m×3.1 m的大截面混凝土柱，梁的结构为型钢混凝土。

梁柱造型底标高为-0.243 m与-0.148 m，顶标高约11.43 m，总高约12.12 m。梁柱结构整体呈规则变化，建筑与结构统一，现场清水混凝土仍存在色差、气孔等外观问题，亟需进行改进。考虑到天然骨料在混凝土后续养护与施工中有较高的要求，很难还原清水混凝土的原始美。本文使用再生骨料代替天然骨料，现场清水混凝土材料的配合比如下：强度等级C55、水胶比0.32、水125 kg/m3、水泥323 kg/m3、粉煤灰微为72 kg/m3、矿粉为62 kg/m3以及砂石827 kg/m3、减水剂1.0%。

混凝土中的水胶比较适宜，清水混凝土立柱的表面气孔面积均值在0.13%左右，最大气孔直径约2.08 mm。由于上述气孔测量以人工为主，本身存在一定的误差，可以忽略不计。

通常情况下，清水混凝土模板的尺寸为700 mm×500 mm×200 mm。现场清水混凝土材料中加入纤维材料，施工工艺参数如表1 所示。施工工艺参数均在最优参数区间内，可以保证混凝土的基础施工效果。

表1 施工工艺参数

2 实验方法

2.1 实验施工参数设定

本文分别研究施工工艺参数与模板参数对清水混凝土表观气孔控制方法鲁棒性的影响。常见模板参数如表2 所示。

表2 模板参数

本文选取的振捣棒振动时间分别为10 s、15 s、20 s、25 s、30 s，振 动 频率 为8 000 次/min、10 000 次/min、12 000 次/min、14 000 次/min、16 000 次/min，振动幅度为0.4 mm、0.8 mm、1.2 mm、1.6 mm、2.0 mm。混凝土振捣过程中，混凝土振捣运动方程为

式中，V为振捣棒发生振动运动时的振动位移指数，m；M1为振捣棒的振幅参数，m；s为振捣棒的振动频率，Hz；v为振动过程中的时间参数，s；Vmax为振捣棒振动过程中的最大速度，m/s；Vmax'为振捣棒振动过程中的最大加速度，m/s2。振捣棒振动的过程是混凝土从松软逐渐变成密实的过程。

2.2 实验方法

混凝土受到振捣时，液化区域与固体区域可以相容，振捣棒附近产生的剪切应力，随着振捣棒轴线距离的增加而减少，使其低于屈服应力，从而从液化区域排除混凝土中的气泡，实现混凝土密实的目标。未振捣状态下，混凝土中气泡的受力仅有浮力与重力；振捣状态下，气泡受力增加了朝模板方向的振捣动力。

本文选取C40、C50、C60 三种强度的混凝土进行试验，C40 的混凝土对应0.82 mm 的振动幅度；C50 混凝土对应1.03 mm 的振动幅度；C60 混凝土对应1.24 mm 的振动幅度。其余施工参数均在参数控制区间内，分别用不同的线条表示C40、C50、C60 三种强度的混凝土表面气孔面积，得出施工工艺参数对清水混凝土表观气孔控制方法鲁棒性的影响结果。

清水混凝土的模板参数包括合适的脱模剂与模板材质，使模板表面气泡更加容易排出。接触角度是脱模剂的主要指标，其中混凝土表面的粉料气泡与模板的接触状态，是影响气孔控制方法鲁棒性的主要因素。本文将接触角度设定为60°、80°、100°、120°、140°，得出模板参数对清水混凝土表观气孔控制方法鲁棒性的影响结果。

2.3 实验结果

在上述条件下，本文分析了振动幅度、振动时间、振动频率等施工工艺参数，对清水混凝土表观气孔鲁棒性的影响，如图1 所示。

图1 可以看出，振动幅度对混凝土气孔控制鲁棒性的影响较大。振捣棒振动时间对鲁棒性的影响如表3 所示。

图1 振动幅度对清水混凝土表观气孔鲁棒性的影响（来源：作者自绘）

表3 可以看出，C40、C50、C60 强度等级的混凝土振捣棒振动时间越长，表观气孔控制鲁棒性越强。并且在振动时间为10 s 时，C40 强度的表观气孔面积＞C50 强度的表观气孔面积＞C60 强度的表观气孔面积 ；在振动时间为30 s时，C40 强度的表观气孔面积＞C50 强度的表观气孔面积＞C60 强度的表观气孔面积。因此，振动时间对鲁棒性的影响波动较为稳定。振动频率对鲁棒性的影响如表4 所示。

表3 振动时间对鲁棒性的影响

表4 振动频率对鲁棒性的影响

从表4 中可以看出，振动频率对鲁棒性的影响波动同样较为稳定。接触角度的模板参数对鲁棒性的影响（图2）。

图2 接触角度对清水混凝土表观气孔鲁棒性的影响（来源：作者自绘）

根据图2，C40 强度等级的混凝土在接触角度为80°～120°时，表观气孔面积随着接触角度的增加而减少，鲁棒性更强；C50 强度等级的混凝土在接触角度为60°～80°、100°～120°时，表观气孔面积随着接触角度的增加而减少，鲁棒性更强；C60 强度等级的混凝土在接触角度为60°～120°时，表观气孔面积随着接触角度的增加而减少，鲁棒性更强。

4 主要结论

施工工艺参数方面：清水混凝土在使用振捣棒振捣过程中，振捣棒的振动幅度、振动时间、振动频率等工艺参数，均会对混凝土表观气孔控制鲁棒性产生影响。模板参数方面：模板与混凝土粉料接触角度等模板参数，会对混凝土表观气孔控制鲁棒性产生影响。因此，合适的施工工艺参数与模板参数，可以有效地控制清水混凝土表观气孔的产生，鲁棒性控制效果较强。

5 结语

混凝土作为建筑施工的基础材料，在环保发展方面起到至关重要的作用。清水混凝土施工后，长时间与空气接触，形成表面气孔。施工人员会在清水混凝土上涂抹一层保护剂，避免其与空气直接接触。排除空气对混凝土的影响之后，本文研究了施工工艺及模板参数对清水混凝土表观气孔控制方法鲁棒性的影响，综合分析气孔形成的原因，能够为清水混凝土的发展提供借鉴。