关于自密实装饰清水混凝土(凹凸木纹面)在建筑工程中的试验与应用

关键词：土木建筑施工，高流态彩色清水混凝土、凹凸感木纹面、自密实浇筑。

中图分类号：TU7 文献标识码：A

摘要：随着国内建设步伐的不断加快，国内外诸多建筑师对颜色饰面清水混凝土的研究进行了革新与推广，开始应用于小型高端项目之中。现以某在建博物馆项目为例，对该项目施工过程进行记录与分析，论述米灰色饰面清水混凝土的配合比研制与定型、木纹模板排列与安装、钢筋骨架绑扎与注意事项、浇筑与养护工艺、饰面保护与修缮，推广难题探讨，后期在建筑工程上的应用与展望。

清水混凝土(（As-cast Finish Concrete）因其简约大方，清雅朴实、节能环保而得名，国内镜面普通混凝土应用较为广泛，镜面效果反映出混凝土表面质地原生态的自然美感，做到结构一次成型，施工工艺便捷，符合节能环保 “绿色建筑”的客观需求,逐步演化成为艺术混凝土。

随着改革开放以来，清水混凝土在国内工程上应用与发展不断加快步伐，20世纪80年代后，饰面清水混凝土进入了一个空前的发展阶段，逐渐在高架桥、水利河坝、涵洞涵道、铁路墩柱得到广泛应用，并开始少量应用于高档建筑项目中，如大型机场及公建项目。在20世纪初，饰面颜色清水混凝土开始在国内逐渐盛行，应用于高档中小型项目的局部构件与装饰墙面中，近十年内，国内外诸多建筑师将饰面清水混凝土工艺尝试运用于博物馆、歌剧院、体育馆、科技馆、文化广场、高端单体住宅等小体量项目上，尽管过程曲折，但也取得了较好的成绩和艺术效果。

随着清水混凝土工艺的逐渐成熟，国内外有少数建筑师大胆设想和探索，将普通清水混凝土调配成高流态彩色混凝土，其表面由原有的镜面改为天然条形木纹纹理，且带有凹凸错乱排列效果融合一体的设计原理，混凝土自密实浇筑成型，在国内初步试验于建筑工程中，国内已有极其少数建筑项目局部构件采用类似设计风格。

现以国内一所某在建的博物馆项目为例， 分析米白色高流态混凝土配合比的研制，凹凸错乱木纹模板排列安装（凹凸木纹感效果用于外墙，镜面与平木纹效果用于内墙），钢筋安装注意事项，清水混凝土浇筑与养护、成品防护的施工做法，浅谈国内后期装饰清水混凝土的研究难题，展望后期颜色清水混凝土在国内建筑工程上的推广与艺术影响力。

颜色清水混凝土配合比的研究与定型

颜色清水混凝土配合比研究的成败是整个项目的关键，是一个项目营建推进的首要环节，涉及到主体项目使用年限和后期感观质量，研制过程中要控制颜色的稳定性、表面气泡数量、密实度、观感效果、扩展度（extended degree）、外加剂的使用量（应慎重）、收缩问题（防裂缝产生）、初凝与终凝时间等性能指标。配比调试可能要进行几十次试验，才能形成有效的配合比，该项目的清水混凝土配合比研制如下：

1、小样的调试与样板墙浇灌：根据美国建筑设计方提升的色卡、照片及相关参数要求，选择理想的参考色样作为研究方向，该博物馆项目主要色调为米灰色，小样调配规格以60cm*60cm*20cm，4～6组为宜(图一)。配合比主要掺合料大致如下：普通水泥（白水泥运用于结构工程上验证复杂，后期裂缝难以控制）、人工砂（色泽均匀一致）、中性水（检测其主要成份）、青石子（粒径5~20均匀分配）、不同比例矿粉或粉煤灰、少量比例颜色添加剂（如需要增白，可加入氧化钛TiO2）、不同比例外加剂。经过长达三个月时间，试验确定了理想小样，过程中检测试块的强度值与碳化值等指标，报质检站审核通过后，选出颜色稳定的理想小样配合比用于样板墙浇筑。

图一：六块不同配合比的彩色清水混凝土小样模型 图二：最终试验选型的样板墙

2、样板墙与样板房的浇灌：选定理想的小样后，，根据设计图纸要求，现场拼装不同饰面效果的木纹模板，可浇灌直段、L形、Z形样板墙，样板场地点应设在光线好，可多方位观察的广阔区域，详细记录过程数据，观察稳定后的颜色及木纹效果，过程优化配比，选出模拟试验比较理想的木纹清水混凝土样板墙（图二），再行考虑建造样板房（图三），浇筑过程中应不断优化配合比，形成稳定的扩展度、流动性能、初凝与终凝时间、强度等级一系列参数指标，在样板房选择一块立体感观质量较好的样板区域，以此区域作为后期混凝土质量控制与评判的参考标准，从而确定最终的配合比数据用于主体工程的清水混凝土拌制与浇筑（图四）。

图三：米灰色混凝土样板房照片图四：主体局部成型的外墙凹凸木纹饰面效果照

模板安装工程

木纹模板的选用与加工：木纹模板的选用应综合考虑木纹的年轮与纹理，木材切割方式，市场供货能力。选择多种木材进行试验，应以含水率稳定，模板不宜翘曲变形，木纹加工后纹理清晰为参考。如花旗松、美松等均可作为饰面模板材料。模板安装工艺在样板房施工时，应反复验证，并编制模板安装方案，绘制模板拼装深化图，设计审核通过后用于指导施工（图五）。木纹模板安装与加固过程中应注意如下几点问题。

1、模板选用时，尽量选用树节较少的木材、主干挺直，模板纹理加工成型后，应检查其垂直度与平整度，安装前对模板应统一涂刷保护液，待其干透后，再行涂刷无色脱模剂。施工中应保证作业平台的清洁，木纹模板上作业时应穿布鞋，施工作业区根据需求可搭设工作棚，严禁雨淋和爆晒，应有专门的技术人员进行管控与指导。

2、模板安装加固工作对木工水平要求较高，要达到精装修“小木工”的水准，应按审批的深化图要求设置对拉螺栓孔眼，阴阳角拼模，模板排列与组合，明缝与禅缝组合排列、洞口预留、设备设施预埋等，安装的整体与细部尺寸应精确，检查无误后方可合模，模板的夹具宜采用型钢龙骨，拼缝与阴阳角严防漏浆，浇筑时应提前2～3小时对木纹模板内垃圾及污渍进行水枪冲洗，模板表面水分稍干后再行浇筑，从而保证入模时混凝土的流动性,达到浇筑一次成型的美观要求。

3、模板及支承体系应有足够的承载力、稳定性和刚度，应严格按照相关要求进行验算，模板验收时，应对细部尺寸进行复核，保证浇筑构件的水平度与垂直度，同时应严格检测支模架的牢固程度，模具轻微变形与扭屈可能就会影响到构件的成型精度。

附图二：凹凸木纹感模板拼装剖面详图、现场模板拼装图

钢筋安装工程

1、钢筋绑扎过程中应做好钢筋的防锈工作，为了防止钢筋锈迹污染到木纹模板，局部可采用环氧树脂钢筋，在施工区搭设挡雨棚，钢筋安装过程中应防止刮伤木纹模板，木纹模板区钢筋不宜施焊作业，以免烧伤模板，影响到表面效果。

2、钢筋保护层控制原理：保护层设置应宜比普通混凝土稍大，墙、柱、梁保护层宜为3~4cm，当大于4cm时，应增设4厘钢筋网片，以防表面裂缝，更好的达到清水混凝土的自密实饰面效果，内模衬杆与保护层垫块应特制加工，颜色与清水混凝土一致，减少拆模后混凝土表面形成的色差。

3、钢筋优化原理：为了更好的控制裂缝的产生，清水混凝土墙水平分布筋应尽量细而密，以便更好控制裂缝的产生，竖向受力筋相比传统做法配筋量宜增大。清水混凝土梁柱节点位置的配筋不宜过密，可能会影响混凝土的流动性，可以考虑内部设型钢受力构件。钢筋骨架固定过程中，严禁扎丝及钢筋头触及到木纹模板，清水混凝土墙每隔3～5m设置V形裂缝引导器（Crack guide groove），垂直分布安装，距木模模板表面宜为1cm，便于裂缝的集中引导，尤其是要避免贯穿性裂缝的产生。

浇筑与养护工艺

1、清水混凝土浇筑方面：浇筑前就形成混凝土供应方案，明确发货时间，发货路线，设备运行，浇筑人员落实等，第一车混凝土到场后，实测扩展度，它是影响混凝土浇筑质量的一个重要参数，一般宜控制在500～700mm之间，同时应严格控制清水混凝土的初凝时间，拌制完成后应在90min以内浇筑完成，最长不宜超过180min，否则会严重影响到清水混凝土的流动性，产生质量问题，浇筑过程中机械振捣会产生气泡和胀模的现象，应采用免振自密实浇筑。应逐层逐点均匀下料，模板外侧采用人工敲打，内模中间设点采用竹竿进行人工插捣。

2、清水混凝土养护方面：清水混凝土的跟进养护应视为重点，裂缝问题一直是清水混凝土施工控制难点，本工程经过十几次试验总结，得到最佳养护方案为：高温天气养护为墙体木纹面挂设吸水毛毯，毛毯表面覆盖薄膜，毛毯与模板表面间段性补水和喷洒水雾，常温带模养护约为14d（且不松动拉杆与支撑的情况下），应尽量避开超高温天气与冬季施工。

3、拆模方面：施工前先行编制拆模方案，明确拆模顺序，拆模时间，成品保护措施等，因混凝土属于塑性材料，应选择最佳拆模时间点，才能更好的显现出混凝土表面的原状纹理，一般宜为14d进行拆模（根据地方气候条件可适当调整），也有利于成品防护工作。

清水混凝土修补与后期成品保护

1、清水混凝土一次成型浇筑工艺较复杂，难免会出现缺棱掉角、蜂窝麻面等质量缺陷，应培养专业的修补人员，编制详细的修补方案，对要修补部位的表面进行标记，包括螺栓眼封堵、施工缝漏浆、局部砂痕、表面损坏刮擦等，并先行在样板房验证修补工艺，修补的效果评定为修补浆料有一定的强度，不易脱落和风化，修补处与清水混凝土色调保持一致，表面木纹纹理自然过渡，宜离其表面5m看不出明显修补痕迹,主体竣工验收时应得到建筑设计方的认可，再进行表面涂刷保护剂。

2、清水混凝土浇筑成型后，成品保护应及时跟进，在国内外有诸多项目因成品保护与修缮不到位，混凝土表面长期在大气中，遭受风、雨天气及冰冻的影响，加之各种劣性因子的作用，在短短的十几年时间就开始风化与脱落，失去了清水混凝土的原有价值。项目修补完成后，让其各施工面混凝土颜色趋于稳定后，用清水冲洗掉混凝土表面的灰尘与污渍（冲洗水PH值应≧7，否则会产生中性破坏），使其表面保持整洁，混凝土表面彻底干燥后，选择合适的天气，按方案分区域进行涂刷或喷涂保护剂。目前市场上水性氟碳涂料与硅烷透明涂料均可作为清水混凝土保护剂，施工涂刷完成后， 24小时以内防止受到外界因子的影响，从而保证其结膜质量与表面清洁度。

3、后期维修修缮计划也应综合考虑，其中饰面颜色、木纹纹理、凹凸排列三大方面的成品保护关系到整个建筑艺术效果，尤其是项目后期的影响力，施工精细且具有创新元素的清水混凝土项目往往成为行业内研究和考察的对象，关系到整个参建团队的荣誉。所以每年应对清水混凝土的感观质量进行综合评估，并形成书面评估报告，确定后期维修保养标准方案，大修和小修周期，从而进一步提高清水混凝土的耐久性与使用年限。

后期推广与应用存在的难度与问题

1、业主方的投资观念问题

国内清水混凝土在建筑工程上的推广只有三十几年的时间，它的独特艺术魅力也逐渐彰显，但是颜色混凝土研发费用与造价昂贵，木纹模板周转率低，特制非标加工构件多，预埋设备与管线密集，管理与技术人员配置要求高，施工周期长等各个因素，极容易造成投资失控，项目成型可能存在质量风险，这些因素在一定程度上会影响到业主的投资观念，立项后可能会出现被迫改动设计方案，甚至形成项目被动下马的局面。

2、技术研发与管理理念问题

因其施工工艺复杂性，颜色混凝土研发成本高，配比验证参数难以把握，很难配出建筑师想要的理想颜色，后期养护与修补、裂缝问题及耐久性、强度等级、颜色稳定性都将需要重新审视，同时涉及到清水混凝土内诸多设备与构件的预留与预埋。目前能熟练掌握各种清水混凝土施工工艺的承建方在国内并不多见，缺少清水混凝土专业的管理与技术团队，缺乏施工经验，目前国内建筑工程上的颜色清水混凝土应用与研究还处于探索阶段。

3、国家相关政策支持与控制标准出台问题

目前国内也在积极推广清水混凝土施工，近期几年出版了《清水混凝土应用技术规程》JGJ169-2009，《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T 283-2012等指导规范，清水混凝土施工参考图集，验收规范，专业刊物等也相继出台，相关参考文献资料也可借鉴了国外著作译文、建筑类刊物、相关论文报告等，但是在国内的建筑工程中，未设立清水混凝土应用的工程项目“评杯”机制和奖励体制，没有相应的清水混凝土研究协会与组织群体，随着清水混凝土工艺逐渐成熟，相应的体系制度也会逐步趋于完善。

七、颜色清水混凝土在后期建筑工程上的应用与展望

根据目前国内建筑工程上的部分清水混凝土项目考察分析，镜面普通清水混凝土应用较为广泛，但是其它颜色清水混凝土带饰面效果项目极少见。近十几年玻璃幕墙，干挂石材，饰面涂料不断推广，清水混凝土在大体量工程上的应用极其罕见。随着政府对科教文卫的发展重视，诸多地域兴建了各种机场设施，科技园、博物馆与艺术馆、歌剧院等，这些项目会将饰面颜色清水混凝土列为重点考虑的设计方案之一，近期几年时间内，国内也出现了一小批不同饰面效果的清水混凝土项目，如：浦东国际机场航站楼、联想集团（北京）研发基地、南京青少年科技馆、上海松江巨人科技园等。

随着国家提倡绿色环保和节能工程，随着建筑工艺的逐渐成熟与发展，随着低碳经济时代的到来，诸多建筑师尝试对清水混凝土的用途与设计理念进行大胆变革，对清水混凝土的色彩，表面饰面效果，线型与质感进行大胆塑造。清水混凝土即是装饰面，也可作为主体结构材料，去除二次抹灰与部分精装修的繁杂工艺。随着清水混凝土的相关设备与材料市场化，施工队伍与管理团队逐渐完善，施工工艺做法逐渐成熟，清水混凝土会逐渐转型为一个“低造价、省工科、高节能”的工艺做法，在全国范围内得到推广与应用。

【参考文献】：

清水混凝土：冯乃谦、（日）笠井芳夫、顾晴霞（机械工业出版社）；

工程结构裂缝控制：王铁梦（中国建筑工业出版社）；

《清水混凝土应用技术规程》（JGJ169-2009）：中国建筑工业出版社；

4、《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T 283-2012：中国建筑工业出版社。