大型预应力清水混凝土墙板生产实践

■ 汪 力 WANG Li 罗时勇 LUO Shiyong 曹 泽 CAO Ze

0 引言

清水混凝土建筑是将混凝土表面作为内外墙体装饰面直接裸露在空气中，不再增加其他装饰面层，能够与周围环境融为一体，构造出诗意般的内外空间，以此表达建筑情感[1]。我国从20 世纪70 年代起，将清水混凝土应用于预制外墙板反打施工中[2]，但当时人们更关注面砖、玻璃幕墙等装饰效果，在民用建筑中的应用几乎处于停滞状态。到20 世纪80 年代后期，清水混凝土开始在港珠澳大桥[3]、国家体育场[4]等重大项目中进行尝试应用；且随着时代的发展和技术的进步，清水混凝土如今已广泛应用于各种基础设施和民用建筑中。

目前，国内对清水混凝土的理解主要分为两派：一派是追求混凝土的原始感，除了蜂窝、麻面等严重的质量问题，不对已成型的混凝土表面做任何修饰，接受其缺陷和不足，以更真实地表达混凝土质感；另一派是追求混凝土的完美感，对漏浆、孔隙、色差等进行后期修复处理，实现极致的无缺陷清水混凝土效果。本文结合预应力混凝土墙板工厂生产的特点，打造一种无需后期修复处理，又无明显质量缺陷，能够呈现自然、无加工痕迹效果的清水混凝土饰面。

1 大型预应力清水混凝土墙板简介

大型预应力混凝土墙板是在工厂采用先张法预应力技术，减小或抵消外荷载所引起的拉应力，并借助混凝土较高的抗压强度弥补抗拉强度的不足，以此提高钢筋混凝土构件的抗裂性能，避免混凝土过早出现裂缝。在相同墙板尺寸情况下，可显著减小板厚，以节省钢筋和水泥用量，降低墙板自重。预应力清水混凝土墙板是在传统大型预应力墙板的基础上，通过严格控制原材料、优化生产工艺、加强成品保护等措施，生产出无需表面修复的大型预应力清水混凝土墙板，单板长度可达6 m，厚度控制在80 mm。

2 清水混凝土的质量问题

清水混凝土的质量问题，主要包括外观质量缺陷和耐久性问题两类。

（1）外观质量缺陷会直接影响整体效果，如表面蜂窝、裂缝、色差等；导致缺陷产生的原因有很多，需要综合考虑原材料、模板质量、生产工艺、成品保护等影响。表1 将清水混凝土常见的质量缺陷及产生原因归纳为7 种类型。

（2）耐久性问题主要是由于清水混凝土直接裸露于空气中，不像普通混凝土表面有装饰材料保护；特别是室外部分的清水混凝土，常年受到阳光、风、霜、雨、雪和污染物的侵蚀，会大大缩减使用寿命，必须加以重视。因此，需要在清水混凝土的表面涂刷保护剂，且保护剂不能对清水混凝土的质感和颜色产生影响，否则就违背了清水饰面的本意追求。

3 原材料要求

清水混凝土与普通混凝土一样，其主要材料包括水泥、掺合料、粗骨料（石）、细骨料（砂）、外加剂、水等。其中，水泥、砂石一般需要进行属地化试配，以混凝土工作性为目标，按适当比例配置并硬化形成具有所需形体、强度和耐久性的人造石材。

3.1 水泥

预应力混凝土墙板的28 d 抗压强度要求至少在40 MPa，且需减少杂质对装饰效果的影响。首选质量稳定的42.5 级及以上的硅酸盐水泥；水泥进场时，除了凝结时间、安定性、强度等一般检验必须合格外，还需保证是同一品种型号、厂家、生产工艺及批次采购。

3.2 掺合料

混凝土中常用掺合料主要包括粉煤灰和矿粉。对于清水混凝土，一般不建议采用粉煤灰；但在特殊情况下，如大体积混凝土一次浇筑等工况下，可适量加入二级及以上优质粉煤灰。此外，矿粉因含铁量比较高，会引起成型后清水混凝土表面变色等色差问题，因此禁止在清水混凝土中加入矿粉。

3.3 骨料

在保证混凝土级配正常的情况下，尽量增大粗骨料粒径，可减少用水量，并在水灰比相同情况下，减少水泥用量，有利于减少水化热的产生。注意严格控制骨料含泥量，如含泥量过高，不仅会增加混凝土收缩，还会降低混凝土的抗拉强度，对混凝土抗裂十分不利；此外，若粗骨料过多、过大且级配差，会导致水泥砂浆不能充分包裹粗集料而产生石头影的暗斑，混凝土易离析，从而产生蜂窝、麻面等外观缺陷。

骨料在使用前宜用水清洗并进行阴干，以减少含泥量。由于预应力墙板的厚度需要控制在80 mm，建议：①粗骨料选用强度高、连续级配好、同颜色、粒径控制在5～15 mm、含泥量≤0.8%且不带杂物的碎石，并且在满足强度的要求下，应尽量采用砾石，严格控制针片状含量；② 细骨料选取无碱活性的II 区中砂，应尽量采用河砂且不得含有杂物，其细度模数＞2.5、含泥量≤1%。

3.4 外加剂

清水混凝土应尽可能少用外加剂。特别是含氯盐的外加剂，不仅容易造成钢筋腐蚀，还会造成清水混凝土表面返碱，导致装饰面二次污染，应避免使用。如果要保证优异的工作性，可采用高效复合外加剂，在改善施工和易性的同时，也利于混凝土各组分材料分布更为均匀，从而减少大气泡的产生，提高外观质量。

3.5 混凝土工作性要求

3.5.1 坍落度

传统现浇混凝土是从搅拌站以搅拌车水平运输至现场，再以汽车泵通过垂直运输完成现场浇筑；而为了保证混凝土良好的工作性，运送到现场时，坍落度需要控制在180±10 mm，以减少泌水的可能性。但本项目采用的预应力清水混凝土墙板是在工厂采用鱼雷罐进行浇筑，且厂内配备有混凝土搅拌站，免去了传统商品混凝土对搅拌车和汽车泵的使用需求。相比现场墙板通常需要竖向浇筑的特点，预应力墙板采用平模台浇筑，对混凝土的坍落度要求可适当放宽。

3.5.2 初凝时间

传统现浇混凝土为防止出现冷缝，混凝土结构施工期间的初凝时间需要保证在6～8 h；而预应力混凝土墙板在工厂进行标准化生产，相对现场而言，不可控因素较少，在综合考虑流水节拍及生产效率的情况下，可将混凝土的初凝时间控制在4～6 h。

4 模具要求

清水混凝土的表观质量与所采用模板密切相关。其所用模板的技术需求包括：①板面平整、无污染物；② 具有足够的强度和刚度，在混凝土浇筑、搬运、清理过程中不变形、不翘曲；③表面不易损坏；④重量轻，或者借助设备便于操作；⑤具有一定的重复周转次数，可降低模板的摊销成本。

工厂采用预应力生产线进行生产，其底模和边模均为钢模。为了追求清水混凝土的自然感和可复制性，同时降低预应力清水混凝土墙板的整体造价，本文不考虑使用新钢模，而是采用工厂已使用多次且满足精度要求的旧钢模，通过工艺控制实现清水效果。该钢平台底模和边模上有一层浮浆和不均匀的锈斑，且由于多次使用，底模上存在一定的划痕。从某种意义上讲，这种不规律的划痕能够体现清水混凝土饰面的随机性和自然感（图1）。

脱模剂不仅要便于构件的脱模，还不能对清水混凝土的装饰面造成二次污染。目前，市场上的脱模剂主要分为水性脱模剂和油性脱模剂两类。油性脱模剂虽然脱模效果好，但存在安全隐患，也不环保，易使清水混凝土的装饰面形成油斑、大气孔等二次污染。相对而言，水性脱模剂更环保、更安全。它是由有机高分子材料兑水稀释后，直接涂刷于钢模台上形成一层隔离层，并能够使混凝土接触处的气泡迅速溢出，保证了清水混凝土的饰面效果。

5 生产工艺控制

结合本文所用钢模特点，预应力清水混凝土墙板的生产工艺流程如下：钢平台打磨→固定边模→除灰→涂刷脱模剂→钢筋绑扎→固定埋件→预应力筋张拉→混凝土浇筑、振捣抹平→养护→放张预应力筋→脱模起吊→半成品堆放→表面封碱、涂刷保护剂。

相比传统混凝土墙板，清水混凝土对生产工艺的控制要求更为严格，任何一个环节控制不到位，都会对最终成型的清水混凝土饰面效果产生不可逆的破坏。

5.1 钢平台打磨

由于所用钢平台的表面具有一层浮浆，可采用磨光机将预应力墙板放线位置来回进行多次打磨（图2）。打磨标准为钢平台上基本光滑，无肉眼可见的浮浆，且四周打磨宽度应宽出墙板位置200～300 mm。

5.2 除灰

待边模安装到位后，对钢平台中的粉尘进行清理。清理方式是先采用干净拖布进行整体清理，再采用鼓吹机操作处理2～3 遍；特别是边模与钢平台之间的拼缝处，要重点清理（图3）。

5.3 钢筋绑扎、固定埋件及预应力筋张拉

钢筋绑扎时，为避免钢筋直接接触钢平台面层造成二次破坏，宜采用钢筋网片。钢筋绑扎应按下层钢筋绑扎、穿预应力筋、上层钢筋绑扎的顺序进行。在此基础上，将埋件通过工装进行固定，再将预应力筋张拉到设计值（图4）。应注意：预应力筋张拉需在所有工作完成时才能进行，严禁在钢筋绑扎或者埋件固定完毕前就进行张拉。

5.4 混凝土浇筑与振捣抹平

混凝土浇筑时，宜采用分点分层浇筑，尽量避免一次倒料浇筑。通常，第一次浇筑厚度为50±5 mm；第二次浇筑到设计厚度，并采用小型振捣棒进行振捣。振捣时，先沿预应力筋方向进行大面振捣，快插慢拔，再对边模和平台模拼缝处进行振捣，尽可能排出气泡；应尽量避免对预应力筋的扰动，严禁将振捣棒直接与预应力筋接触并长时间振捣。

5.5 脱模起吊

由于大型预应力清水混凝土墙板尺寸大，为避免脱模起吊时受力不均匀而引起安全问题和混凝土开裂，应采用专用吊装工装一次起吊（图5）。

图5 预应力墙板起吊

5.6 表面封碱及涂刷保护剂

清水表面干燥后，先将预应力墙板吊运至涂刷工位，用砂纸轻轻打磨清水面（图6），以便除去表面浮灰，使纹理更加自然均匀；再用滚筒刷分别涂刷1～2 遍封碱剂、保护剂（图7），且必须待上一遍涂刷干燥后方可进行下一遍工作。

图6 砂纸打磨

图7 滚筒刷涂刷

从最后干燥后的成品效果（图8）可以看出：表面经过处理后，墙板表面的一部分划痕纹理得到改善，看起来更加自然合理。

图8 成品效果

6 结语

传统现浇清水混凝土墙体是在现场采用立模方式浇筑，对模板、原材料、施工工艺的要求高，现场质量控制难度大，造成单方综合造价高。本研究结合预制混凝土构件工厂的实际生产特点，降低对模板、原材料的质量要求，并通过对产业化工人的培训，提高产业化生产工艺水平，以平模浇筑方式和预应力张拉技术，实现了工厂大型、薄型预应力清水混凝土墙板生产，推动了清水混凝土行业的进一步发展，拓宽了清水混凝土墙板饰面效果的实现路径。