清水混凝土在首都机场新航站楼的应用

材料ＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３Ｆｅ２Ｏ３ＣａＯＭｇＯＬＯＩＳＯ３合计

水泥复合矿粉

２２．０１

３８．７６４．８５

１９．３１

３．４２．１

６５．０１２９．８３

２．５７７．８９

０．２５０．２８

－０．２５

９８．０９９８．４２

０前言

清水混凝土是当今建筑行业的热门技术之一。它

是指结构混凝土硬化后不再对其表面进行任何装饰，以混凝土本色直接作为建筑物的外表面。因其具有天然、庄重的装饰效果，所以也是一种装饰混凝土。

要达到清水混凝土的外观效果，需要在混凝土配制、生产、施工、养护等多个方面采取相应的技术和管理措施。这里面包括模板的种类选择和安装，混凝土原材料、配合比的优选和浇筑、养护及修补工艺，以及成品保护技术、饰面效果设计与施工操作等。

北京首都国际机场三号航站楼是奥运基础设施建设的重大工程。作为国门标志性建筑，要求建成后达到世界先进水平。结构部分有大量的Ｃ６０清水混凝土柱。清水混凝土作为一种“灰调子”装饰构成了首都机场三期的独特风格，也成了施工难点和技术关键。

本工程中清水混凝土的技术难点不仅是对混凝土外观质量有很高的要求，而且该混凝土是高强、泵送、大体积混凝土。因此，在技术方案中，需采取综合的措施。

１清水混凝土质量要求

我国目前尚无关于清水混凝土的技术标准。根据

设计要求，编制了本工程项目的内控标准，其具体规定如下：

①混凝土表面应平整、

光滑、坚固，表面不允许有直径大于５ｍｍ的气孔，无蜂窝麻面、

露筋、夹渣、粉化、锈斑、龟裂或其他缺陷，３ｍ目距不应有可见的瑕疵。

②混凝土色彩一致、

无色差。③在结构的阳角部位无缺棱掉角，梁柱、墙梁的接头应平整光滑方正，混凝土施工接缝无明显痕迹。

２原材料与配合比设计２．１

原材料

对同一施工作业面的构件应采用同样品种的水

泥、掺合料、外加剂。本工程选用的原材料如下：

水泥北京琉璃河Ｐ?Ｏ４２．５级水泥，比表面积３３０ｍ２／ｋｇ，安定性合格，其化学成份见表１。

掺合料

河北宣化Ｆ７５级复合矿粉（磨细矿渣和

粉煤灰复合），比表面积为４８０ｍ２／ｋｇ，２８ｄ活性指数为

９８％，流动度比１０２％，烧失量２％，其化学组成见表１。

外加剂北京中航明星ＺＨ－１高效减水剂，山东寿光ＵＥＡ－Ｄ低碱膨胀剂。

骨料

粗骨料为三河５￣２５ｍｍ碎石，含泥量小于

０．５％，针片状含量小于６％，吸水率小于２．０％。细骨料为承德中砂，细度模数２．６￣２．８，含泥量１．７％。

２．２混凝土的配合比设计、试验与优化２．２．１

选用优质掺合料

选用Ⅰ级粉煤灰和复合矿粉（７８％磨细矿渣粉＋

２２％粉煤灰）进行了各种性能的对比试验，结果如下：

①粉煤灰和复合矿粉的需水量和对外加剂的吸

清水混凝土在首都机场新航站楼的应用

胡建军１，刘亚平２，皮全杰３，胡紫日３，黄燕辉３

（１．北京庆成伟业集团北京京首建搅拌站，１０００４３；２．建筑材料工业技术情报所，北京１０００２４；

３．北京中航空港混凝土有限公司，１００６２１；）

摘

要：针对首都机场新航站楼工程设计对结构混凝土外观的清水要求，和该工程混凝土结构的特殊性———大体积，从材料

选择、配合比设计、钢筋工程、模板工程及混凝土的生产、运输、浇筑、拆模与养护等方面采取综合控制措施，不仅保证了混凝土工程达到高性能化的要求，而且达到了设计要求的清水混凝土的外观效果。

关键词：清水混凝土；复合矿物掺合料；施工控制

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｆｏｒｍｅｅｔｉｎｇｔｈｅｒｅｑｕｉｒｍｅｎｔｓｏｆｆａｉｒ－ｆａｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅａｎｄｍａｓｓｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｔｈａｔａｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｄｅｓｉｇｎｆｏｒｐｒｏｊｅｃｔｏｆｔｈｅＮｅｗＢｕｉｌｄｉｎｇｏｆＢｅｉｊｉｎｇＣａｐｉｔａｌＡｉｒｐｏｒｔ，ｔｈｅｃｏｍｐｒｅｃｈｅｎｓｉｖｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｔａｋｅｎｆｒｏｍｍａｔｅｒｉａｌｓｃｈｏｏｓｉｎｇ，ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ，ｓｔｅｅｌｅｎｇｉｎｅｅｒ，ｆｏｒｍｗｏｒｋｅｎｇｉｎｅｅｒｔｏｔｈｅｗｈｏｌｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｎｄｔｈａｔｗｉｌｌｍａｋｅｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｎｏｔｏｎｌｙｈａｖｅｔｈｅｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｂｕｔａｌｓｏｍｅｅｔｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅａｐｐｅａｒａｎｃｅ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆａｉｒ－ｆａｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ；Ｃｏｍｐｏｕｎｄｍｉｎｅｒａｌａｄｍｉｘｔｕｒｅ；Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ中图分类号：ＴＵ５２８

文献标识码：Ｂ

文章编号：１０００－４６３７（２００６）０１－１９－０３

表１

原材料的化学组成

％

２００６年第１期

混凝土与水泥制品

２００６Ｎｏ１２月

ＣＨＩＮＡＣＯＮＣＲＥＴＥＡＮＤＣＥＭＥＮＴＰＲＯＤＵＣＴＳ

Ｆｅｂｒｕａｒｙ

１９－－

附基本相同，但单用粉煤灰做掺合料的混凝土色泽不均匀，且由于粉煤灰是由电厂烧煤后形成的烟灰，其颜色及成分依赖于煤的成分及燃烧工艺，不能保证颜色和成份长期稳定。由于燃烧工艺的不稳定性，使部分粉煤灰含碳量较高，混凝土浇筑后表面易出现鱼鳞状斑纹。采用复合矿粉做掺合料的混凝土色泽均匀，复合矿粉中矿渣占有较大比例，矿渣来源和成分比较固定，能够保证混凝土的颜色均匀稳定。

②两种掺合料都能提高混凝土的工作性和结构耐久性，复合矿粉加入后，其颗粒和水泥颗粒之间形成级配关系使混凝土拌合物流变性能更好，结构更加致密；掺合料加入后，降低了混凝土的碱含量和碱浓度，提高了混凝土抗碱－骨料反应的能力和抗腐蚀性。

③掺合料加入后，早期强度降低，后期强度增长较多。其水化产物不断填充水泥水化物结构中的空隙，改善了混凝土的孔结构［１］，从而使混凝土的耐久性增强。

④依据标准和规范要求，粉煤灰最大掺量为２５％，而复合掺合料最大掺量为５０％，这便可极大地降低水泥用量，减少大体积混凝土的水化温升，从而控制大体积混凝土的温差裂缝。胶凝材料水化热检验结果见表２。

试验表明，选用复合矿粉，与单掺粉煤灰或矿渣粉的混凝土相比，不仅可以改善混凝土的流

变性，而且还可因其颗粒差异和活性差异

而产生叠加效应。

２．２．２外加剂的复合匹配

为提高混凝土的和易性和体积稳定

性，主要采取了以下措施：

①泵送剂中的减水组份选择氨基磺酸盐和β－萘磺酸盐甲醛缩合物复配，比例为３：７。萘系高效减水剂的生产中，由于原材料萘纯度不高，常会形成含有类似松香皂类的产品，它会在混凝土中形成肉眼可见的大气泡，因此在萘系高效减水剂的选择上应选取生产能力大、原材料稳定的供货商。

②复合加入微量的消泡剂改变混凝土－空气－模板三相界面状态，使混凝土中机械卷入的气泡易于破裂、更易于沿着模板的表面溢出去。

③复合加入微量缓凝剂本工程中浇筑的清水柱，直径都在１．０ｍ以上，强度等级为Ｃ６０，混凝土初期水化放热较为明显，易于形成温差裂缝，加入适量缓凝剂（主要成份为葡萄糖酸钠）后水泥水化的放热峰得到延缓，对控制温差裂缝较为有利。

④加入部分膨胀剂主要目的是减少混凝土的收缩，提高混凝土浇筑后的体积稳定性。

２．２．３骨料的控制

①由于混凝土中的胶凝材料含量较高，应降低骨料中的细粉量，以减少混凝土的收缩和降低拌和物的粘度，使气泡易于逸出，颜色更均匀。碎石经过水洗可除去石粉，使含泥量小于０．５％。砂的含泥量应控制在２％以下，同时在级配上参考高性能混凝土的有关资料［１］，要求０．６３ｍｍ筛的累计筛余大于７０％，０．３１５ｍｍ筛的累计筛余大于８５％，０．１６ｍｍ筛的累计筛余大于９５％。

②严格控制骨料的粒形和级配，以提高拌和物的流变性和抗分层能力，使浇注的混凝土更易于充满模板空间，结构的色差更小。碎石的针片状颗粒含量应小于６％，堆积空隙率小于４０％。

２．２．４混凝土配合比设计及试验

清水混凝土的配合比设计原则是在满足泵送的前提下尽量降低水胶比，增加密实度；同时，应使混凝土具有良好的流动性、匀质性、体积稳定性、耐久性和经济性。施工时要求混凝土的原材料性能稳定、搅拌工艺必须保持长期一致。所采用的施工配合比和混凝土的

各项性能试验结果见表３、表４。

３施工工艺

３．１钢筋工程

①钢筋统一放样、下料。其配料、加工均在专门设置的场地进行，避免污染。所有调直、切断、弯曲、成型等工序均采用机械设备加工，并由专人负责检查。

②绑扎丝选用２０￣２２号无锈钢丝，每一根竖向筋与水平筋交叉点均需绑扎，绑扎丝头不许露出混凝土表面。

③钢筋施工后应严格核对图纸，在不违反规范要求的前提下，正确合理地留设垂直缝、水平缝的钢筋及补充插筋。

表２纯水泥与掺入复合矿粉的水化热试验结果

３ｄ７ｄ

１００％水泥２７０３０３６０．６％水泥＋３９．４％复合矿粉１９６２２７

表３清水混凝土配合比

ＫＪ／ｋｇ

ｋｇ／ｍ３水水泥砂碎石

复合

矿粉

减水剂膨胀剂１５２３２２５５２１１５８２１８１４．４３５

注：水胶比０．２７，砂率３２％。

表４清水混凝土性能

坍落度／ｍｍ含气量

／％

收缩率

／％

凝结时间／ｍｉｎ抗压强度／ＭＰａ混凝土中心最

高温度／℃０ｈ１．５ｈ初凝终凝３ｄ２８ｄ

２３０２１０２．５－０．０１７８４０１０８０３２７２．４６５

注：水化放热峰值发生在加水后４￣７ｄ；掺复合矿粉水化热降低的

比例３ｄ为２７．４％，７ｄ为２５．１％。

２００６年第１期混凝土与水泥制品总第１４７期２０

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④准确控制钢筋保护层厚度，竖向构件采用定制小钢筋段外套混凝土的垫块焊在主筋上，水平构件采用带铁丝的混凝土块按梅花形布置并绑扎在主筋上。这样做不仅可以保证保护层厚度，还可消除钢筋返锈现象［２］。及减少钢筋对表面颜色的影响。

３．２模板工程

模板对清水混凝土外观效果有重要的影响，模板必须保证严密、牢固，混凝土浇筑时不发生跑浆和胀模。本工程主要采取以下措施。

３．２．１模板材料选择

模板材料和表面质量直接影响混凝土的表观效果，我们根据首都机场的实际施工条件，采用钢模和玻璃钢模板进行了对比试验。玻璃钢模板的优点是表面气泡更易排出，外观光滑有玻璃质感；缺点是接缝处不易控制，且由于刚度相对较差，表面会出现微量变形，影响混凝土表面平整度。此外还会增加支模的难度。对比之下，钢模板的应用比较成熟，可以克服玻璃钢模板刚度差的缺点。经综合考虑，选用了经过铣边工艺和面板抛光处理的钢模。

３．２．２加强拼缝、节点处的处理

节点部分的模板面积虽小，但处理相对复杂，对外观影响极大，为此采取了如下措施：

①为避免模板接缝处漏浆、错台等现象，钢模板平接处和阳角面板的拼缝采用模板硬拼接缝与止水泡沫棒双重措施，同时，阴角模板与大模板之间通过专用连接螺栓和多道阴角压槽来保证，再用勾头螺栓紧固。

②对拉墙螺栓的节点采用循环直通型对拉螺栓构造，在混凝土墙截面内的螺栓加设塑料套管，两端用锥形塑料堵头和胶粘海棉垫密封，在模板拆除后除去海绵。此法可避免对拉螺栓根部漏浆。

③在梁柱、梁墙接头处周边预留宽３０～５０ｍｍ、厚５ｍｍ的凸口［２］，后期浇筑梁柱、梁墙接头的混凝土振捣过程中，由于凸口使混凝土浆的溢出路径延长，混凝土不易溢出，从而使施工缝痕迹不显。

３．３混凝土的生产、运输与浇筑

混凝土的搅拌时间延长至９０ｓ左右。运送时间应小于４０ｍｉｎ，混凝土应在１．５ｈ内浇注完毕。运输后坍落度损失应控制在３０ｍｍ内。禁止在现场对混凝土做任何调整，浇筑剩下的混凝土不准重新应用于清水混凝土部分，否则将产生色差。

浇筑时，为避免产生施工冷缝，严格控制每次下料的高度和厚度，每层浇筑的混凝土厚度控制在不超过３０ｃｍ。柱子施工时，混凝土采用插入式振动棒振捣，并适当配以敲击外模引出气泡。振捣棒插入下一层混凝土的深度在５￣１０ｃｍ，振捣时间一般在１５ｓ左右。３．４拆模与养护

为了避免或减少清水混凝土表面色差，拆模时间比一般结构的拆模时间晚，以保证拆模过程中不掉边角。其时间大致为终凝时间的两倍。

做好混凝土早期的养护十分重要，表面湿度低，易产生砂化，使硬度下降，同时会形成一定的色差。本工程采用的养护方法为，先包裹一层水饱和状态的无纺布挂帘，然后再加塑料布包裹，用钢丝严密绑扎。养护的时间不少于１４ｄ。

４工程实际效果

工程浇筑的１００００ｍ３Ｃ６０清水混凝土，强度合格率１００％，外观质量良好，无需修补即达到了预先制定的清水混凝土验收标准。具体如下：

①颜色：在同一视觉区，混凝土表面色泽均匀光滑，颜色基本一致，呈青灰色；自然光下，３米目距看不到可见的明显色差与瑕疵。

②几何尺寸与外观：柱子的立面垂直度、突变平整度（小于１ｍｍ）均满足要求。

③表面质量：没有出现蜂窝、麻面、砂带、冷接缝和表面损伤等，表面裂纹宽度不超过０．１５ｍｍ。模板拼缝印记整齐、均匀。

④表面气泡：表面１ｍ２面积上的气泡面积总和小于２×１０－４ｍ２，最大气泡直径小于３ｍｍ，深度均不大于３ｍｍ。

５结束语

采用清水混凝土可以节省大量的装饰装潢费用，在达到“回归自然”的装饰效果的同时实现节约成本和缩短工期。目前我国还没有关于清水混凝土的质量标准和验收规范。有关清水混凝土的研究与应用还存在一些问题，例如：

①为了减少表面气泡是对混凝土进行加入消泡剂还是引气剂的措施存在不同看法，有关对这两种情况的对比分析及深入研究尚未见系统的报道。

②对表面装饰效果的时效性和经济性等问题，尚缺乏深入全面的认识。这项技术的应用还有待于继续深入研究。

参考文献

［１］吴中伟，廉慧珍．高性能混凝土［Ｍ］．中国铁道出版社

［２］危余德．保证大面积清水混凝土质量的施工技术措施［Ｊ］．建筑技术，第２９卷第７期

收稿日期：２００５－１０－０９

作者简介：胡建军（１９７３．７－），男，工程师。

通讯地址：北京丰台区张仪村西

联系电话：０１０－８３２９１８０８

胡建军，刘亚平，皮全杰，等清水混凝土在首都机场新航站楼的应用

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