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清水混凝土预制构件技术与质量控制

摘要：清水混凝土以其原色之美，越来越受到建筑师的青睐。随着装配式建筑的发展，采用预制技术的清水混凝土应用越来越广泛。本文总结作者多年从事清水混凝土预制构件生产实践的经验，阐述预制技术与质量控制的要求和要点。

关键词：清水混凝土构件；预制技术；质量控制

前言

清水混凝土（fair-faced concrete）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。我国清水混凝土出现于20世纪70年代，但直到90年代末才得到快速发展。它以独特的肌理和素面朝天的艺术形式，展现着本质之美。

清水混凝土预制构件，指在预制工厂或施工现场预先浇筑成型、养护至规定强度后再安装使用的混凝土构件。这种构件对外形尺寸、表观质量、颜色均匀性及整体装饰效果的要求都非常严格。

装配式建筑较传统现浇建筑能够提升质量与安全、提高效率与效益、缩短工期、改善劳动环境、节约资源。近年来，国家大力推广装配式建筑，清水混凝土预制构件是其中的重要产品，其预制技术与质量控制是构件企业的核心管控内容。

北京榆构近年承接的清水混凝土预制构件项目包括：中建技术中心清水挂板、软通动力大厦清水挂板、北京故宫地砖、通州城市副中心外墙挂板、天津万科双子座雕塑等。

1 典型预制构件种类与成型方式

不同种类的构件，成型方式各不相同。为保证外观效果，预制构件外露表面应与模板面接触，减少手工抹面。

1.1 板式构件

板式构件（如预制墙板、预制看台板等）面幅较宽，宜采用反打一次成型工艺，保证外露面的外观效果。

反打工艺是指外露面作为模板面的浇筑成型方法，即在平台座或平钢模底模上预铺花纹衬模，使墙板外露面朝下浇筑。这种工艺可以在浇筑清水混凝土墙体的同时，一次完成外饰面各种线型及质感的成型。

1.2 楼梯

预制楼梯的常见做法有反打成型与侧立生产两种。当预制楼梯踏步与背面均要求清水效果时，应采用侧立生产。

侧立生产即立模工艺，模板垂直使用，与平模工艺相比可节约生产用地、提高生产效率，且构件两个表面同样平整，减少手工压面工作量。靠墙侧面或扶手侧面为手工面，通常用于生产外形简单且两面平整的构件。

1.3 梁

预制梁高度较大时，宜采用侧立方式生产，在保证构件质量的同时可降低操作危险性。预制梁可采用两梁共用一侧模的方式，减小侧模成本。

1.4 柱

预制柱高度较高，宜采用侧立方式生产，在保证构件质量的基础上可降低工人操作的危险性。预制柱的制作可采用两柱共用一侧模，减小侧模成本。

2 模具

模具是生产预制清水混凝土构件的核心与前提。清水混凝土构件模具一般采用钢制模具，钢板选材、模具形式、细部处理、焊接工艺等均对模具质量有较大影响。

2.1 钢板材料选择

模具应具有足够的承载力、刚度和稳定性，能够可靠承受浇筑混凝土的重量、侧压力及工作荷载。

清水混凝土预制构件模具一般选用Q235钢板，表面氧化皮应致密、均匀、完整，钢板应无扭曲变形、折叠死弯，表面平整，无划痕、锈蚀、斑痕、龟裂等缺陷。质量差的钢板在构件蒸养过程中会渗出氧化物，污染构件表面。相对而言，武钢生产的钢板质量较好，适合制作清水混凝土构件模具。

2.2 模具技术方案

模具技术方案根据不同预制构件特点而确定。清水混凝土预制构件因外观的清水装饰效果，多采用反打工艺和侧打工艺。

反打工艺：混凝土构件外饰面与模具底板接触，利用钢板表面效果，保证外饰面的平整度、光泽度、线型与角度等观感效果。

侧打工艺：当预制构件两个或三个主要外露面均要求达到清水效果时，宜采用侧打工艺，即将构件旋转90度后生产。此方式除顶面外其他面均与模具接触，外观效果明显提高。只有顶面一个面作为手工压面，减少了人员操作量，降低了人为原因导致的外观缺陷几率。

2.3 模具生产制作要点

（1）钢板下料

清水混凝土预制构件对模具尺寸精度要求高，下料工序尤为重要。宜采用激光切割下料，保证尺寸精准。钢板切割断口应打磨光滑，无明显锯齿状，无飞边毛刺。应根据构件特点确定整体下料或拼接成型，并确定拼接位置与方式。模具设计、下料、安装应考虑改模需求。

（2）外观尺寸保证措施

外观尺寸精度直接关系构件安装与外观效果。模具底座应牢固，根据构件长度和高度设计固定方式：大尺寸构件应加装侧面支撑防止侧弯，保证长边平直；较高构件侧面要加横向工装保证垂直平整度；大尺寸、大重量构件对角方向要加斜拉支撑，保证整体尺寸在精度范围内。

（3）边角保证措施

清水混凝土预制构件的装饰美观效果常通过截面来展现，保证截面线条平直顺滑、角度精确一致是关键。具体措施包括：下料环节保证尺寸精度，截面角度准确、平滑整齐；直线边多用拼接，拼缝严密无错台；圆弧边角多采用整体下料一次弯折加工；外饰面四周多采用倒角效果，既保证脱模质量又增加外观美感。

（4）接缝处漏浆处理

清水混凝土预制构件模具如需拼接，拼缝处的漏浆处理非常关键。模板拼接缝应全部焊接并打磨修理平整，不应含有气孔夹渣。

焊接要点：与传统手工电弧焊相比，CO₂保护焊优势明显——气体成形好、焊接速度快、不需换焊条、节省时间、提高效率和焊接质量，且CO₂气体便宜、成本低。手工电弧焊因其使用方便灵活，适用于小模具或大模具的小焊缝及修补。

边线、角部处理：清水混凝土预制构件的边线密封非常重要。对于边模在底模上面的，应焊接或下压牢固，一般用密封胶做好密封；对于边模在底模侧面的，必须用顶推丝杠、定位销栓等固定措施固定好，接合处粘贴泡沫密封条，多余部分用工具切割掉，保证拼缝处不漏浆、直线顺直。有倒角的模具也应注意倒角处密封，防止漏浆。

钢板折弯前应按图纸或样板划出折弯线，根据钢板厚度、长度、折弯半径等参数选择正确的折弯"V"形模口，采用与被折钢板相同厚度的板条试折，核实无误后再进行实际折弯，保证折弯的角度和光滑度。

3 混凝土原材料及性能

清水混凝土构件首先应具有混凝土本身的力学性能和耐久性，具备结构性能；同时还应具有"清水"装饰效果。混凝土作为最关键的材料，原材料及配合比至关重要。

3.1 原材料选择

原材料包括水泥、掺合料、砂、石、外加剂。首先应选择具有一定生产能力的原材料厂家，保证材料供应的稳定性，包括颜色和各性能指标。每种材料应使用同一厂家、同一规格型号的产品，砂石应来自同一产地。每种材料颜色的变化都会引起混凝土构件的颜色差异，外加剂的掺用不应改变混凝土的颜色。

3.2 原材料性能要求

水泥宜用低碱水泥，性能检测包括：颜色、标准稠度、凝结时间、比表面积、安定性、抗压强度、抗折强度，各指标均应合格且试验结果标准差较小。

粉煤灰应选用F类Ⅰ级或Ⅱ级灰，不能使用二次加工磨细的粉煤灰，因易引入杂质影响外观质量。应严格控制粉煤灰的烧失量（影响混凝土拌合物状态及早期强度），宜控制在≤5%。

矿粉在清水混凝土中不用或少用，因为矿粉水化容易引起混凝土颜色变绿，对养护温度更加敏感。如需使用一般选用S95级矿粉，矿粉颜色不同厂家差别较大，同一厂家也可能存在差异，应车车检测对比，严禁不同颜色的矿粉入场。

砂石各项性能指标应符合标准要求，尤其注意颜色、含泥量、泥块含量、骨料级配等指标，含泥量、泥块含量、骨料级配会影响混凝土拌合物状态、水化后颜色和体积稳定性。

外加剂多使用聚羧酸减水剂，掺入后一不能改变混凝土颜色，二不能引起混凝土表面气泡。应做好车车检测颜色、减水性能、坍落度损失、含气量试验。

3.3 原材料性能检测

各种原材料按照国家标准规范检测外，还应加强入场检测。所有原材料必须车车检测，首先是颜色，必须从运输车不同部位取样比对是否一致；其次是入场车检项目；批检项目可适当增加检测频次和抽检次数。

3.4 配合比设计和性能试验

选定原材料后，根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》和《普通混凝土配合比设计规程》进行配合比设计。考虑到清水混凝土"清水"装饰效果和颜色一致的要求，一般选用单掺粉煤灰的设计思路。

4 浇筑与振捣工艺

4.1 隔离剂的选择与涂刷

隔离剂的选择与涂刷对清水混凝土预制构件的外观效果非常重要。清水混凝土预制构件的隔离剂除应具有易脱模、涂刷方便、成模快、易清洗、对混凝土无害、性能稳定、耐水性和耐候性好等性能外，还应具有以下特性：

（1）脱模后构件表面气泡少，有光亮感；

（2）不影响混凝土表面装饰效果，混凝土表面不留浸渍印痕、反黄变色；

（3）不腐蚀钢模、钢筋、混凝土。

隔离剂涂刷要求：

① 涂刷隔离剂时，模板内不得有积水、冰雪、灰渣等杂物，涂刷应均匀，不得漏刷或积蜡；

② 隔离剂严禁滴撒到钢筋、预埋件上，以免影响混凝土与钢筋的握裹力及预埋件的锚固力；

③ 模内隔离剂被雨水等冲洗后，应重新涂刷；

④ 隔离剂使用时应搅匀，使油液分布均匀，不允许再加水。

4.2 浇筑成型

清水混凝土预制构件的混凝土浇筑方式、先后顺序对构件质量有重要影响，应根据模具方案及生产工艺确定合理的浇筑顺序、浇筑高度及浇筑点位置，避免构件成品表面出现色差和质量缺陷。

（1）浇筑混凝土前应清除模内杂物，用吸尘器或吹风机将灰尘吸出或吹走；

（2）平板构件应采用振动台振捣成型，高帮部分采用振捣棒振捣成型。直立生产的构件采用附着式振动器振动模板，并用插入振捣棒配合振捣；

（3）带肋平板构件分两次浇筑混凝土，先浇筑板面部分，放上吊模后再浇筑板肋部分。板面混凝土振捣后应测量其厚度，少料时应添料后再振，超厚时应及时铲除多余混凝土，铲料时不得搅动已振实的混凝土；

（4）带高帮的L形板或U形板成型，先浇筑水平部分混凝土，压上盖板再浇筑高帮部分混凝土。振捣时尽可能不使高帮部分的混凝土向水平部分流动；

（5）浇筑成型后，上表面应抹平，收水后压光一次。上表面要求清水面的，抹面应采用水平尺找平整，收水后应用铁抹子压光两次，达到无抹痕。

4.3 振捣方式的影响

根据清水混凝土预制构件特点选择适合的生产工艺，不同构件有不同振捣方式。常用振捣方式有台式振捣、附着式振捣器、插入式振捣棒三种。恰当的振捣方式能够减少表观气泡、增加混凝土密实性，有利于表观颜色光亮一致。

台式振捣和附着式振捣较插入式振捣更均匀，但插入式振捣更灵活。混凝土振捣注意事项：

（1）使用插入式振捣时，严禁振动钢筋、模具、板材；

（2）要控制好振动时间，不得漏振、欠振和过振，否则容易出现气泡、砂线、色差等外观缺陷；

（3）使用振捣棒振捣时，必须注意整个构件振捣的均匀性；

（4）用振捣棒振捣薄板类构件板面时，振捣棒应平卧使用。

5 蒸汽养护与表面防护

5.1 蒸养温度控制

清水混凝土预制构件宜采用自动温控系统的蒸汽养护。蒸养温度影响构件表面颜色：温度越高、拆模时间越早，颜色偏浅偏白；反之颜色偏深灰。因此应严格控制升降温速度及恒温最高温度。

同一工程的清水混凝土预制构件应制定统一养护方案，所有构件养护温度严格一致，保证整个工程预制构件整体颜色一致。自动温控系统可减少人为影响，很好地保证蒸养温度一致，最大限度减少因蒸养过程不同导致的色差和缺陷。

5.2 蒸养管口布置方式

为保证清水面质量，养护时应根据构件尺寸合理布置蒸汽管道。根据实践经验，应在模板两端各布置一根蒸汽管道；对于长度超过10m的构件，应在模板中间增设一根蒸汽管道。应避免蒸汽直吹构件，出汽角度调整为30°，尽量使蒸汽在构件周围均匀循环。

5.3 表面防护

表面防护技术是清水混凝土预制构件的一项重要技术。防护剂应具有：超强的渗透能力、良好的透气"呼吸"功能、优异的防水性能、极佳的环保性、无色透明、不改变基层颜色和外观、阻止以水为载体的介质对混凝土的侵蚀、提高耐久性、延长使用寿命、保护基层免受污染和风化等性能。

一般的清水混凝土保护剂利用"硅烷浸渍"保护原理，硅烷类防护剂是目前所用最广泛、效果最好的表面防护剂。

几种类型防护剂对比如下表：

北京榆构清水构件表面防护剂（硅烷类）效果对比：左侧板涂刷水性防护材料，右侧板涂刷油性防护材料，两种材料对砼挂板表面防护效果均良好。挂板侧面未刷防护剂，对比明显发现该部位出现很多裂缝。

6 成品保护

清水混凝土预制构件的成品保护很重要。从构件出模码放、装车运输到工地吊装的全过程，任何环节都不能造成损伤和污染，否则将无法恢复清水混凝土效果。

6.1 防磕碰防护

（1）构件背面埋件及尺寸验收合格后，应及时翻板，利于板内水分蒸发，保证颜色均匀，翻板时应注意边角防护避免磕碰；

（2）拆模后应对易磕碰的阳角部位采用多层板、塑料等硬质材料进行包裹保护；

（3）装车时固定构件的缆绳与构件接触处放置专用护角，防止磕碰损坏棱角；固定时要求使用软质材料，严禁使用钢丝绳直接接触。

6.2 防污染措施

（1）清水构件成品码放的垫木应用白色聚苯板隔开或用塑料膜包裹，以防雨淋后木方颜色污染板面；

（2）板上不得放置脏物，起重设备不得滴油，操作工人不得戴脏手套（特别不能戴有油的手套）接触板面；

（3）入库清水构件成品重叠码放时，若无特殊要求，最上边一块要求进行覆盖；立放构件应放于立放架上，与立放架接触的清水面要有防污染措施；

（4）运输要求立放的构件应制作运输架来固定构件，运输架与清水接触面要有防污措施。

7 常见质量问题原因分析及应对措施

清水混凝土预制构件较现浇清水混凝土质量有很大提升，颜色更均匀，蜂窝、麻面、孔洞、露筋等缺陷基本可以避免，但有时仍会出现色差和砂线或砂斑现象，影响外观效果。

7.1 砂线或砂斑

原因分析：混凝土拌合物坍落度过大甚至泌水，导致拌合物不均匀，水分（浆体）富集于一处产生砂线或砂斑。

控制措施：严格控制坍落度，可通过调整配合比或外加剂等措施将坍落度控制在一定范围内，保证和易性（保水性、粘聚性、流动性）。

7.2 色差

原因分析：产生色差的原因较多，包括：①和易性差导致振捣不均匀，模板接触面混凝土拌合物不均匀，水化后颜色出现差异；②坍落度变化大引起颜色不一致；③原材料没有控制好出现色差；④养护制度与温度控制不一致，养护时间和温度出现波动；⑤脱模后构件受外界环境影响产生色差。

控制措施：①浇筑时保证拌合物和易性，控制振捣时间；②坍落度控制在±10mm，浇筑过程中经时损失≤20mm；③原材料不同批次一定要进行颜色检验，进场原材车车检测；④制定并执行统一养护制度，控制一致养护温度，过程中加强检查控制，防止漏气等原因影响养护过程；⑤脱模后构件及时防护处理，必要时采取苫盖等措施。