实践技术：不同因素下铝模板混凝土表观质量影响研究
0 前言
随着建筑行业不断发展，建筑工程对施工效率、成本、工程质量等方面的要求越来越高[1]。模板施工对建筑工程项目起决定性作用。近年来我国混凝土行业采用的模板主要为木模板、钢模板和铝合金模板等。木材资源稀缺，故木模板使用受限；钢模板原材料丰富，应用于大型基础设施建设领域，如地铁、隧道等，但因自重较大会出现建设施工便利性不足等缺点[2,3]；铝模板因刚度大、质量轻、周转率高、稳定性好等优点常作为快拆体系应用于高层住宅建筑工程[4,5]。随着铝模板混凝土的广泛应用，混凝土构件出现了一些表观质量问题，如气孔、色差、蜂窝麻面等，具体的产生原因有以下几种：（1）铝模板致密不吸水，振捣时气泡难以完全排除；（2）铝模板与混凝土反应生成气泡；（3）铝模板安装不紧密、收面不平整与模板周转次数过多等会导致混凝土漏浆，形成蜂窝麻面等缺陷，混凝土表观质量缺陷在降低混凝土服役性能的同时亦降低了混凝土的观感[6-8]。
本文以铝模板混凝土表观质量为研究对象，具体研究不同胶凝体系、不同种类脱模剂及其涂覆方式和不同施工工艺对铝模混凝土表观质量的影响，旨在改善铝模浇筑混凝土的表观质量问题，为铝模板的建筑施工提供相关理论支持。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料（1）水泥：峨胜P·O42.5普通硅酸盐水泥。
（2）粉煤灰：为泸州某电厂生产的Ⅱ级粉煤灰。
（3）矿粉：为云南曲靖S95矿粉。
（4）石灰石粉：试验所用为江油华川石灰石粉。
（5）碎石：5～31.5mm连续级配，针片状颗粒＜5%，压碎值6%，无有害杂质；小石：5～20mm连续级配，针片状颗粒＜5%；粗砂：级配良好，细度模数2.7，Ⅱ区中砂，石粉含量8.4%，MB值1.0；细砂：细度模数0.7，级配良好，含杂量1%。
（6）减水剂：中建西部建设新材料科技有限公司生产聚羧酸高性能减水剂，减水率＞28%，固含量14%。
（7）脱模剂：选用两种类型脱模剂，其中水包油型脱模剂（简称水性）包括溪边XB-2610水性脱模剂与西卡水性脱模剂，油包水型脱模剂（简称油性）包括溪边油性脱模剂与新科特油性脱模剂。
1.2 试验方法
参照 JGJ/T 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》设计出C40强度等级混凝土基准配合比（表5）。将称量好的各原材料按顺序倒入双卧轴强制式搅拌锅中搅拌，搅拌150s，然后按照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》中有关规定测试新拌混凝土的含气量、坍落度及扩展度。然后将新拌混凝土倒入提前准备好的渡层漆铝模具中，一次振捣成型。铝模内部尺寸为800mm×200mm×400mm，使用前均匀涂覆脱模剂，并在室温下静置3～5h，使铝模内侧表面形成一层均匀隔膜。在温度(20±5)℃、相对湿度大于50%的环境下自然养护48h后脱模。待混凝土表面干燥后使用单反相机拍照混凝土正反两面，随后使用专业软件进行分析，以成型面表面气孔面积率、气孔尺寸分布数量与灰度平均标准差作为混凝土表观质量的评价指标。
2 试验结果与分析
2.1 不同胶凝体系对铝模混凝土表观质量的影响
使用水泥—粉煤灰、水泥—粉煤灰—矿粉、水泥—粉煤灰—石灰石粉三种胶凝体系，试验编号分别为1#、2#、3#，配合比如表6所示，试配混凝土工作性能参数见表7所示，三组混凝土工作状态相近。将制备完成的混凝土装入铝合金模具中，采用快插慢拔的方式在模具中分点振捣，每个点振捣15s，其余试验操作如§1.2节所述，对比不同胶凝体系铝模混凝土表观质量之间的差异。
（1）混凝土表观质量从好到差依次是水泥—Ⅱ灰—石粉体系＞水泥—Ⅱ灰—矿粉体系＞水泥—Ⅱ灰体系。
（2）单掺粉煤灰时，混凝土表面有较多的气孔，最大气孔为4.10mm，为肉眼可见的明显大孔洞，表面气孔面积率为0.19%；混凝土表面附着黑色的杂质颗粒，灰度标准差为11.18，灰度标准差越高，混凝土表面色泽均匀性越差，两者共同导致混凝土表观质量较差。这是因为粉煤灰中有油分、碳粉与脱硫脱硝残留的NH4+，再加上粉煤灰密度小，容易分层，故拌制和振捣混凝土时，容易产生气泡与结构实体色差[9]。
（3）使用粉煤灰与矿粉双掺时，混凝土结构表面气孔较单掺粉煤灰有所减少，最大气孔为3.05mm，表面气孔面积率比较单掺粉煤灰组降低了47%；表面颜色均匀性趋于一致，灰度标准差较单掺粉煤灰组降低了17%，表观优于单掺粉煤灰胶凝体系，混凝土表观质量显著改善。这是因为矿粉可以改善混凝土和易性，有效降低粉煤灰带来的混凝土色差，减少气泡，硬化混凝土的颜色从暗灰色变为灰白色且试件表面白度增加。
（4）使用粉煤灰和石灰石粉双掺时，混凝土表观气泡显著减少，最大气孔为2.72mm，表面气孔面积率比较单掺粉煤灰组降低了79%；表面色泽均匀性变好，灰度标准差较单掺粉煤灰组降低了19%，混凝土表观质量在三组中最优。这是因为石灰石粉对混凝土工作性能具有明显改善作用，可提高硬化混凝土的白亮度、细腻感，降低气泡量。
综上所述，粉煤灰对混凝土表观质量影响较大，石灰石粉与矿粉在一定程度上可以改善因粉煤灰带来的混凝土表观质量问题，两者与粉煤灰有协同作用，石灰石粉与粉煤灰对混凝土表观的协助作用优于矿粉。
2.2 脱模剂对铝模混凝土表观质量的影响
2.2.1 不同乳化油类脱模剂对铝模混凝土表观质量的影响
乳化油类脱模剂分为水包油水型（简称水性）和油包水型（简称油性），现选用2种不同油性脱模剂与2种不同水性脱模剂对比开展表观质量试验，配合比如表5所示，其余试验操作如§1.2节所述，对比评价油性脱模剂与水性脱模剂对铝模混凝土的表观质量的影响。
本次试验试配混凝土工作状态偏大，故试件表面部分位置有水纹，乳化油类脱模剂表观质量从优到差依次为溪边水性＞西卡＞溪边油性＞新科特，其中水性脱模剂效果明显优于油性脱模剂。溪边水性脱模剂下气孔较少，最大气孔为2.41mm，表面气孔面积率仅为0.06%，灰度平均标准差为9.9，整体表观评价较好；而新科特油性脱模剂表面气孔大且多，最大气孔达到6.89mm，表面气孔面积率比溪边水性水性高了47%，灰度平均标准差比溪边水性高了37%，试件浆体粘附在铝模板上，整体缺陷严重，已经严重影响到表观质量，出现这种情况的原因是油性脱模剂与铝模板协同效果较差，不能够有效地降低铝模板与混凝土之间的粘附力，导致混凝土试件的表观质量变差。综上所述，在铝模板脱模剂的选择上，水性明显优于油性，拥有更高的脱模效果。
2.2.2 脱模剂涂覆方式对铝模混凝土表观质量的影响
脱模剂的喷涂方式有喷涂、涂刷等方式，喷涂指的是使用喷枪等装置，将混凝土脱模剂均匀喷涂在混凝土模板表层，刷涂指的是使用毛刷等在模板表面涂抹均匀。现使用喷涂与刷涂两种方式将脱模剂涂覆于铝模板上，试验选用溪边XB-2610水性脱模剂，一个模板使用喷壶均匀喷涂，另一个模具使用毛刷均匀刷涂。混凝土配合比如表5所示，其余试验操作如§1.2节所述，对脱模剂在两种涂覆方式下的铝模混凝土表观质量进行对比，得到其对铝模混凝土表观质量的影响。
从表10与图3中可以看出，喷涂方式下混凝土表观气孔较多，表面气孔面积率为0.1%，最大气孔直径为3.48mm，灰度标准差为11.31；刷涂下混凝土表面气孔面积率为0.06%，较喷涂方式降低了40%，灰度平均标准差为9.29，较喷涂方式降低了17.9%，混凝土整体表观质量较好。喷涂处理方式下的混凝土表观质量略差于刷涂，这可能是因为喷涂在模板上的脱模剂不均匀导致的。整体来说两种处理方式的差异性不大，对混凝土的表观质量影响不大，使用喷涂方式处理简洁方便，使用刷涂方式费时但表观质量较好。
2.3 不同施工工艺对铝模混凝土表观质量的影响
2.3.1 不同工作状态下振捣时间对铝模混凝土表观质量的影响
混凝土表观质量一般并非由单因素引起，而是多种因素共同作用导致的。大量试验分开研究混凝土工作状态与振捣时间对铝模混凝土表观质量的影响，但混凝土工作状态与振捣时间之间存在关系，两者之间的变化会对混凝土表观质量产生较大的影响。本次试验两种不同工作状态混凝土分为试验1与试验2。分两次将工作状态不同的混凝土分别装入铝模具中，每个点振捣时间分别设置为10s、15s、20s，其余试验操作如§1.2节所述，对不同工作状态下不同振捣时间下的铝模混凝土表观质量进行对比，得到其对铝模混凝土表观质量的影响。
混凝土工作状态较差时，振捣10s时，表面气孔面积率为0.22%；振捣时间到20s时，表面气孔面积率为0.08%，相对下降了64%；混凝土工作状态较好时，振捣时间15s相对振捣时间10s表面气孔面积率降低了53%，然而振捣时间20s相对振捣时间15s增加了186%。由此可知混凝土工作状态较差时，随着振捣时间的增长，混凝土的表观质量逐渐变好；混凝土工作状态较好时，混凝土表观质量随振捣时间延长出现先好后差的现象，且振捣时间对混凝土表观质量的影响较大。其中灰度平均标准差与表面气孔面积率的变化规律相同。
综上所述，当混凝土工作状态降低时，可以适当延长振捣时间以提高混凝土表观；随着工作状态的增加，振捣时间对铝模混凝土表观质量影响逐渐增大，需要确定最佳振捣时间，确保气泡排除完全又不额外产生气泡。故混凝土振捣时间应随着混凝土工作状态的变化而进行适当调整，进而改善铝模混凝土表观质量。
2.3.2 雨水侵蚀脱模剂成膜铝模板对混凝土表观质量的影响研究
通常情况下，工程上混凝土铝模板待脱模剂刷涂完成后，还要等待3～4天再开展施工。夏秋季节时，气候潮湿，可能随时会降雨，涂覆脱模剂后雨水对铝模板混凝土表观质量有较大的影响。试验研究雨水侵蚀脱模剂下铝模板混凝土表观质量的影响，使用三组铝模板并选用溪边XB-2610水性脱模剂。第一组铝模板涂覆脱模剂后正常施工，第二组模拟铝模板涂覆脱模剂成膜2h后遭遇小雨侵蚀5min，第三组模拟铝模板涂覆脱模剂后2h遭遇中雨侵蚀5min。使用喷壶与花洒喷洒到铝模板上分别模拟小雨与中雨天气。混凝土配合比如表5所示，其余试验操作如§1.2节所述，对雨水侵蚀脱模剂成膜铝模板下混凝土表观质量进行对比。
雨水侵蚀后脱模剂颜色显著变淡且部分团聚，一方面脱模剂明显稀释会导致成膜效果变差，进而导致脱模效果降低；另一方面脱模剂团聚导致油分团聚，成膜有效成分不再均匀分散，导致试件表面出现缺浆与显著的色斑。结合表14和图5可以看出，小雨侵蚀5min时混凝土表面气孔面积率比较正常组提高了150%，灰度平均标准差则提高了40%；中雨侵蚀5min时混凝土表面气孔面积率较正常组提高了483%，灰度平均标准差则提高了73%。
整体来说，小雨侵蚀下的铝模混凝土表观质量稍差于正常成膜下铝模板表观质量，但也还在可控范围内，而中雨侵蚀下的混凝土表观质量较差，说明随着雨势增加与时间的推移，脱模剂的脱模效果越差，混凝土表观质量越差。原因可能当雨较小且时间短暂，小雨只在成膜的油膜表面形成一层水膜，待得烘干后，油膜并未被破坏掉；而当雨势增加时，已经成膜的脱模剂被冲散，模板表面脱模剂不再均匀且被稀释，导致脱模剂的效用降低。总之夏秋季节施工时，需要选用成膜效果好的脱模性，且准备一系列的防雨措施，确保铝模板在雨来临前得到快速安置与处理。
2.3.3 脱模剂成膜后不同浇筑时间对铝模混凝土表观质量的影响
以工程实际来说，铝模板施工速度较快，从下一层拆除到这一层浇筑之间经历多个过程，一层建筑铝模板的周转基本上都在4～6天，故脱模剂涂覆在模板上后等待浇筑的时间也是不定的。本次试验验证脱模剂涂覆后1d、3d、5d后浇筑铝模混凝土的表观质量，模拟验证脱模剂在工程实际施工下的混凝土表观质量情况。试验使用三组铝模板并选用溪边XB-2610水性脱模剂，第一组铝模板提前1d涂覆脱模剂，第二组铝模板提前3d涂覆脱模剂，第三组铝模板提前5d涂覆脱模剂，最终一起浇筑混凝土。混凝土配合比如表5所示，其余试验操作如§1.2节所述，对脱模剂成膜后不同浇筑时间下混凝土表观质量进行对比。
3 结论
（1）混凝土表观质量从好到差依次是水泥—Ⅱ灰—石粉体系＞水泥—Ⅱ灰—矿粉体系＞水泥—Ⅱ灰体系，粉煤灰对混凝土表观质量影响较大，石粉与矿粉可以改善粉煤灰带来的表观质量问题，两者与粉煤灰有协同作用，石粉与粉煤灰的协同作用优于矿粉。
（2）铝模板脱模剂的选择上，水性脱模剂的效果远高于油性脱模剂，拥有更高的脱模效果；喷涂处理方式下的混凝土表观质量差于刷涂下的表观，喷涂方式处理简洁方便，使用刷涂方式费时但表观质量较好。
（3）混凝土工作状态较差时，随着振捣时间增长，铝模混凝土表观质量逐渐变好，工作状态偏大时，铝模混凝土表观质量随振捣时间延长出现先好后差的现象，混凝土振捣时间应随着混凝土工作状态的变化而进行适当调整；随着雨势增加与时间的推移，脱模剂的脱模效果越差，铝模混凝土表观质量越差，夏秋季节施工时，需要选用成膜效果好且准备一系列的防雨设备。
（4）脱模剂涂覆后具有一定的时效性，当超出效用期后，其性能下降，进而导致铝模混凝土表观质量变差，故混凝土施工时需要检测脱模剂的成膜时效性与施工时间。
本文选自《商品混凝土》杂志2024年第6期