清水混凝土装配式构件质量提升实践

孙煜喆 刘丽强 朱 超 文 良 茹则妮萨 谭兴昌

（1.西安建筑科技大学土木工程学院，陕西 西安 710055；2.新疆路桥建设集团有限公司，新疆 乌鲁木齐 830099；3.新疆城建集团股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830002）

清水混凝土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，包括普通清水混凝土、饰面清水混凝土和装饰清水混凝土三种类型[1]。要求技术人员在保证其力学性能、耐久性的前提下，提高混凝土的工作性能、表观质量，使混凝土具备“内实外美”的性能，进而推动混凝土技术的发展[2]。随着清水混凝土施工工艺在建筑施工中的不断推广，一次成型的清水混凝土装配式构件也不断在实际应用中出现。清水混凝土构件成型后，表面光滑美观，边缘清晰完好，给予视觉上整体观感度很高的提升。

乌鲁木齐市奥体中心体育馆是乌鲁木齐重点工程，该项目看台板为清水预制混凝土构件，100%由工厂定制生产后装配施工，构件规格达1000多种，全部是非标件，采用清水预制构件混凝土反打工艺[3]，生产周期不足4 个月，生产加工制作在疆内属首次，当地没有可借鉴的技术和方法。

相比传统的现浇看台板，预制看台板现场呈现效果好、颜色均匀一致、尺寸偏差小，而且经久耐用、易于维护。由于为定制生产，省去了现场湿作业量，无残留物，更为绿色环保，节约材料；同时，其安装不受天气影响，有利于加快施工速度。通过研究疆外类似生产和加工方法，进行样品加工试制，出现了各种混凝土质量问题，清水混凝土构件不能达到项目质量要求，需要开展技术攻关，确定当地的生产工艺标准和质量标准，解决质量问题，建立标准化的生产方法。通过运用质量管理方法工具、分析研究和实验验证，逐步解决一系列生产加工难题，保证了产品质量，确保了项目的供应，本项目荣获了鲁班奖。

1 质量要求

装配式清水混凝土属于一次浇筑成型，不做任何外装饰，直接采用现浇混凝土的自然表面效果作为饰面，因此质量标准要不同于普通混凝土，清水混凝土的质量标准一般有以下几项具体要求：一是确保浇筑表面平整、光滑，且色泽均匀，没有损坏和污染；二是平整度偏差控制在2mm以内；三是要求在8m内肉眼看不到明显色差为准；四是在清水混凝土表面的气泡应当细小且均匀，气泡直径不大于2mm；五是在表面看不到明显的裂痕，允许裂缝宽度应当小于0.2m；六是在混凝土表面应当避免出现麻面、蜂窝、孔洞等明显缺陷或者是修补的痕迹。没有由于跑模和胀模等引起的缺陷，没有漏浆，没有错台、冷缝和杂物。结构部位无缺棱掉角，接头平滑方正，接缝无明显痕迹。同时，结构的允许偏差也要比国标要求的严格。混凝土配合比设计应使混凝土在满足强度、耐久性及具有良好施工性能的基础下，能够满足清水饰面混凝土观感要求。主要从选择原材料角度来控制混凝土的基本色彩，根据所用材料进行调整试验，优化混凝土的配合比，确定混凝土的生产工艺参数，并且保证混凝土生产特别是同一结构部分混凝土质量的稳定性。

2 现状调查

为了掌握具体质量问题，分析产生的原因，对本项目部前期生产的清水混凝土构件的混凝土施工质量、允许偏差项进行检验。共抽查混凝土质量验收记录100 份，发现质量问题主要集中在外观平整度、强度不达标、尺寸偏差、跑浆漏浆、埋件偏移等几个方面，分类见表1和图1。

图1 不合格因素饼状图

表1 清水混凝土构件质量问题汇总表

2.1 质量问题统计分析

应用质量管理帕累托曲线进行质量问题分析。帕累托图[4]（Pareto chart）是将出现的质量问题和质量改进项目按照重要程度依次排列而采用的一种图表，帕累托分析的目的是在大量可能的行为中筛选出少数具有重大意义的、能够增强提升效果的部分，通过优先级的分析来安排任务权重比，最终决定在实际任务进程中哪些问题最需要被考虑到。以出现次数、频率或造成的成本来表示，找出最关键的几个原因，依据重要性排序，利用改进技术消除产生问题的原因，被视为七大基本质量控制工具之一，分析图见图2。

图2 质量帕累托曲线图

2.2 质量现状

通过检查计算，研究试验试生产阶段的清水混凝土装配式构件施工质量合格率86%，与目标值98%差距大，样品未达要求，不能满足安装要求，影响按期交付。

2.3 主要问题

原材料筛选难度大、稳定性不好，对关键影响因素外观平整度、强度不达标、尺寸偏差需要做出有效分析，并制定相关措施。清水混凝土构件生产原料达不到要求，砂石中含泥、屑量高，影响构件最终成型强度、构件外观，表面没有很好的清水混凝土观感，表面有微尘，光亮度较差；成型过程中对混凝土振捣不到位，振捣时间不足，造成混凝土构件表面有气泡、边角易破损等情况出现；个别节点处模板接缝工作不到位，存在漏浆现象；减水剂用量对构件成型质量存在影响，主要在构件强度提升方面；生产班组对于项目部要求没有落实到位，操作不规范或者违规操作；技术交底没有做到位，操作工对操作流程没有掌握。

3 质量提升

按照实际质量问题主因：外观平整度、强度不达标、尺寸偏差，制定解决方案，以技术支撑质量的方式，解决强度不达标问题为基础，操作标准化为辅，通过反复试验比对，解决工艺技术难点，实现质量提升达标的目的。

3.1 原材料的选择

选用强度等级为42.5R的天山普通硅酸盐水泥，达到水泥原材料色泽均匀，并且要采用同一批熟料；碎石选用连续级配好的乌鲁木齐南部乌拉泊砂石料场材料，确保颜色均匀，且含泥量小于1%，大于5mm的泥块含量小于5‰，针片状颗粒不大于15%，骨料不含杂物，可增加水洗次数；掺合料选用红雁池电厂磨细的I级粉煤灰；外加剂选用昌吉产高效泵送剂（液体），减水效果明显，能满足混凝土的各项工作性能。

3.2 混凝土配合比设计

根据混凝土的性能及技术指标要求调整混凝土的配合比，初步确定混凝土的生产工艺参数及性能指标。通过调整砂率和水胶比，观察在不同砂率和水胶比发生±2%的变化时，对混凝土性能的影响程度，振捣是否泌水、离析，对表面光洁度及色差的影响。

混凝土配合比初步确定后，在现场按实际施工方案做试验。通过其他小型设备基础或基础短柱进行试验，对混凝土的配合比及模板体系、施工工艺等进行分析、统计，再根据试验情况进一步优化，最终确定正式施工的配合比。

预制看台板混凝土设计强度C40，抗渗等级P6，坍落度控制在140mm±20mm。混凝土配合比设计符合GB 50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》、JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》的规定。石子选用低碱活性5mm~25mm碎石，小于5mm石子不超过10%，含泥量控制在1%以内，孔隙率控制在40%以内；减水剂采用新疆当地高性能减水剂。具体配合比见表2。生产过程中严格控制砂石的含泥、泥块、杂物及有机物含量。混凝土应进行试配，确定其表观颜色。构件生产过程采用同一批次水泥、骨料、外加剂，并且采用统一养护标准，采用水性脱模剂。为提高构件表观质量和早期强度，混凝土中不掺加矿物掺合料。

表2 清水看台板混凝土配合比/kg/m3

3.3 操作要点

①模具首次使用之前认真检验模具的质量状况，对模具各部分特征尺寸进行复核、测量和检查，是否存在模具变形、松动和表面损伤情况。如存在质量问题，及时安排人员进行修理；②清理模具时，注意将残留的混凝和密封条清理干净，避免损伤模具；③清理后的模具内外表面应清洁无杂物，清理完成后，注意防止杂物进入；④清理完毕的模具表面需涂抹专用隔离剂，刷隔离剂时用棉丝或布将脱模剂均匀涂擦在模板表面；⑤蒸汽养护。为了有效达到清水混凝土效果，加快模板周转，采用帆布覆盖蒸汽养护。静停2h 后，开始升温3h，恒温5h，降温3h，恒温温度控制不超过60℃；升温速度不超过15℃/h，降温速度不超过10℃/h。蒸汽养护时专人测温并做记录；⑥出模。看台板强度达到设计强度等级80%以上时方可脱模起吊，看台板表面温度与环境温度差不超过20℃。模具吊运和放置时应注意安全，吊运过程中底下严禁站人，防止跌落伤人。及时检测外观质量，并做好记录。检验合格的成品做好产品编号和标识，做好成品防护[5]。

4 质量保证措施

质量保证措施见表3。

表3 质量保证措施表

5 效果检查

通过PDCA循环，反复测试，调整影响因素，清水混凝土生产装配式构件质量大幅提高，结构表面没有大于2mm 的气泡，边角完整，构件整体强度达到C40，经第三方专业机构检测（结果见表4），清水混凝土装配式构件整体质量达到项目要求，构件质量合格率达到98.5%。

表4 质量抽检情况表

6 结语

通过质量提升解决了一系列清水混凝土装配式构件质量问题，构件表面光滑，气泡小分散且不大于2mm，边角完整，构件质量合格率达到98.5%，整体强度超过C40，为工程整体验收打下良好基础，创造了新疆首次大规模应用薄壁清水装配式混凝土构件的先例。构件质量得到了建设方和监理、质量站的认可，本项目获得中国建筑业协会年度中国建设工程鲁班奖。