摘要：為了研究清水混凝土外觀砂斑的形成原因，對某水下隧道工程敞開段側墻清水混凝土進行了質量調研與試驗分析。結果表明：砂斑主要與混凝土用水量增加有關;原材料中粉煤灰品質的波動增加了混凝土用水量;為了在相同減水劑摻量下滿足混凝土拌合物的流動性要求，大幅增加用水量造成混凝土中自由水過多，析出帶走混凝土表面的膠凝材料顆粒，由此導致砂斑缺陷;針對缺陷的成因，從原材料品質控制、拌合生產、澆筑施工和及時養護等角度，提出了提升清水混凝土外觀質量的建議。

　　關鍵詞：隧道;清水混凝土;砂斑;成因;對策;用水量

　　0前言

　　清水混凝土是現代建筑的一種表現形式，直接利用混凝土成型后的自然質感作為飾面，由于其獨特的美學效果也被稱為裝飾混凝土。清水混凝土起源于國外，在日本、美國及歐洲發達國家等得到了廣泛的應用，隨著我國基礎設施的不斷建設和完善，清水混凝土也被大量應用于公路、鐵路的隧道工程中，如港珠澳大橋西人工島、蠡湖隧道等[1-4]。清水混凝土無需裝飾，大量減少了資源能源的消耗，符合我國科學發展理念[5]。然而大量實踐表明，清水混凝土外觀缺陷(如氣泡、砂線、砂斑、色差等)長期普遍存在[6-7]，定量評價困難[8-9]。清水混凝土外觀質量受材料性能與施工工藝、管理水平等多方面因素共同影響，很大程度上依賴施工單位的技術經驗。

　　隧道工程評職知識：橋梁隧道工程師評職需要發表論文嗎

　　因此，深入工程現場開展清水混凝土外觀缺陷成因分析有助于揭示外觀缺陷產生、形成的演變過程，為今后同類工程的外觀質量控制提供重要依據。某水下隧道工程敞開段隧道側墻設計采用C40清水混凝土施工，拆模后混凝土表面出現嚴重砂斑、砂線缺陷，局部甚至存在“流沙”現象，嚴重影響清水混凝土的視覺效果。本文對該砂斑缺陷進行研究，通過工程實地調研和實驗室試驗相結合，從混凝土原材料品質、生產質量控制、施工工藝管理等方面分析砂斑產生的原因，并提出改進建議。

　　1試驗研究

　　1.1現場調研

　　1.1.1外觀缺陷觀察通過對出現砂斑缺陷的混凝土側墻表面進行觀察，并對比缺陷出現的位置、特征和面積。

　　1.1.2回彈強度選擇2019年4月內施工的側墻(共8段，包含2段出現砂斑缺陷的側墻)，在7d時對每段側墻進行回彈強度測試，每段側墻分別在距地面30cm、150cm和270cm高度處各選取兩個測區，每個測區讀取16個回彈值數據，并參照JGJ/T23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》計算平均回彈值。

　　1.1.3配合比與坍落度調取2019年4月內施工的側墻混凝土配合比與出機坍落度記錄。出機混凝土拌合物坍落度參照GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行測試。對比生產配合比中各物相投料數量與理論配合比的差異，并結合出機坍落度測試結果判斷混凝土工作狀態是否異常。

　　1.2實驗室研究

　　1.2.1膠凝材料流動度比

　　選取2019年4月內施工的側墻混凝土所用膠凝材料留存樣品進行流動度比測試。水泥流動度比：參照GB/T8077—2012《混凝土外加劑勻質性試驗方法》進行水泥凈漿流動度試驗，取300g基準水泥，加入87g水與適量的工程用減水劑，調節減水劑摻量，控制水泥凈漿擴展度D0為(220±5)mm;取300g工程用水泥，加入87g水與上述等量的減水劑拌合均勻，測試工程水泥凈漿的擴展度D1，D1與D0的比值為水泥流動度比。粉煤灰流動度比：取300g膠凝材料(210g基準水泥和90g粉煤灰)，加入87g水與上述等量的減水劑拌合均勻，測試膠凝材料的擴展度D2，D2與D0的比為粉煤灰流動度比。

　　1.2.2自由液相含量

　　根據每一批次澆筑混凝土的實際生產配合比記錄，采用留樣的膠凝材料和減水劑，參照GB/T8077—2012分別制備膠凝材料凈漿(考慮混凝土中骨料吸水，按骨料質量的1%扣除部分水)。取適量凈漿，裝入約25mL離心管中，稱量質量，到達預定時間后(15min、1h、2h、3h、4h)，立即放入離心機以8000r/min的速度離心3min，取出后排凈自由溶液，稱量剩余漿體質量，換算成100g膠凝材料的可分離溶液質量，作為自由液相含量[10]。

　　1.2.3微觀形貌采用美國某公司QUANTA250掃描電子顯微鏡(SEM)觀察粉煤灰顆粒形貌。

　　1.2.4細骨料顆粒級配與含泥量參照GB/T14684—2011《建設用砂》的相關規定進行級配與含泥量測試。

　　1.2.5粗骨料顆粒級配與含泥量參照GB/T14685—2011《建設用碎石、卵石》的相關規定進行級配與含泥量測試。

　　2結果與分析

　　2.1外觀缺陷

　　該工程2019年4月共施工8段混凝土側墻，其中4月7日和4月18日澆筑的混凝土拆模后出現嚴重的砂斑缺陷，砂斑多集中于混凝土分層澆筑底部，遠觀時側墻自上而下色差明顯，側墻整體外觀質量。砂斑多呈水平狀分布，局部區域甚至水泥漿體完全流失，僅剩細骨料裸露在表面。

　　3成因與對策分析

　　3.1混凝土砂斑成因

　　文獻[13]認為，混凝土砂斑與砂線的形成是由于混凝土表面水泥漿體流失，僅剩砂堆積造成。水泥漿體的流失往往與混凝土拌合物中自由水過多或混凝土保水性差有關[14]，過量的自由水不能被細顆粒吸附而析出至混凝土表面[15]，帶走大量膠凝材料顆粒。根據前文試驗可知，在其他物料稱量準確的情況下，用水量大幅提高會導致混凝土拌合物內自由水含量增加，同時由于水膠比提高，導致相應混凝土硬化后表面回彈強度降低。然而，結合混凝土工作性可以發現，即使在大幅增加用水量的情況下，混凝土出機坍落度并未出現明顯變化，這是由于混凝土中某種原材料用水量增加所致。原材料性能測試表明，骨料品質相對穩定，而粉煤灰存在性能波動，外觀有缺陷的混凝土所用的粉煤灰幾乎未見球狀顆粒。

　　綜上，本文研究的側墻混凝土砂斑缺陷形成的根本原因是混凝土拌合物內自由水過量析出至混凝土表面，帶走膠凝材料顆粒;直接原因是混凝土原材料———粉煤灰品質出現波動，導致混凝土達到相同流動度時用水量提高，機臺操作人員通過提高用水量而非增加外加劑摻量等方法調整混凝土工作性。

　　3.2清水混凝土外觀提升對策

　　根據以上分析，針對該隧道出現的嚴重外觀缺陷，可考慮從以下方面改進，以提升清水混凝土的外觀質量：

　　(1)原材料品質控制：對于每批次進場的原材料做好關鍵技術參數指標測試，尤其是可能引起混凝土流動性變化的參數，如膠凝材料用水量指標、骨料含泥量與級配、外加劑減水率等，合格后方能進場。

　　(2)拌合生產：由于每批次原材料品質都存在微小差異，以及環境溫濕度的變化，混凝土開盤生產時必須根據實測骨料含水率調整配合比，為滿足混凝土工作性，應允許適當調整外加劑用量，如理論摻量1%則可放寬至(1±0.2)%，避免通過大幅提高用水量調整混凝土坍落度。

　　4結論與討論

　　本文通過對某水下隧道工程敞開段清水混凝土施工過程中出現的嚴重砂斑、砂線缺陷進行現場調查研究與室內試驗分析，發現原材料品質波動引起的生產用水量提高是導致砂斑、砂線缺陷的主要原因。由此從原材料品質控制、拌合生產、澆筑施工和及時養護等角度提出清水混凝土外觀質量提升建議，為今后同類型工程提供參考。然而，在目前混凝土行業原材料品質普遍下降的大環境下，如何通過材料制備技術與工藝優化措施滿足清水混凝土外觀質量的穩定是今后值得深入研究的課題。

　　參考文獻：

　　[1]劉昊檳,孟令月,賈紫陽.港珠澳大橋西人工島敞開段隧道清水混凝土施工[J].中國港灣建設,2016,36(7):76-79.

　　[2]侯海龍,李記軍.清水混凝土在蠡湖隧道工程中的應用[J].隧道建設,2008,28(3):101-103,144.

　　[3]秦凱.城市道路地下結構清水混凝土模板施工技術[J]隧道建設,2012,32(3):407-412.

　　[4]張粵.飾面清水混凝土在太湖大道地下通道工程中的應用[J].建筑技術,2011,42(8):79-82.

　　[5]李強,李辛民,孟聞遠,等.我國清水混凝土技術發展現狀、存在問題及對策[J].建筑技術,2007,8(1):4-6.

　　[6]崔鑫,于振水,路林海,等.工程應用中清水混凝土表觀質量通病及應對措施[J].混凝土,2017(9):112-115

　　作者：姜騫，于誠