针对不同部位及强度等级的混凝土色泽一致性探究

Abstract：Taking the fair-faced concrete structure of a key project in Shanghai as the research object， in order to improve the appearance quality of the renovation project， the reasons for the color difference of concrete of different strength grades at the joints of beams and columns are studied， and The results of the study shows： that silica fume is the main reason for the dark color of high-strength concrete， and the gray value can be reduced by about 2%-7% by selecting silica fume with light color， and the admixture dosage of 1.5-1.7% can meet the working performance of concrete while minimizing the impact of silica fume. The gray value is reduced to 37%， which is close to the color of ordinary concrete. The unreasonable release agent and vibration method in the construction process will make the concrete darker in color， and at the same time produce water ripples and delamination. In this paper， through the control technology of raw materials and admixtures， combined with reasonable construction methods， a precise control technology for the color of fair-faced concrete is finally formed.

混凝土，这一在现代建筑中扮演着核心角色的材料，其质量优劣直接关联到建筑物的安全稳固与长久耐用。然而，在实际施工进程中，我们时常会观察到，混凝土表面往往会出现色差问题，这不仅对建筑物的美观度造成了一定程度的影响，更可能潜在地反映出其内部质量的差异[1]。混凝土浇筑过程中，若间隔时间控制不当，过长的时间间隔往往会导致冷缝或明显的印迹出现。这种施工现象不仅影响了混凝土的整体性，还使得下面的混凝土与上面新浇筑的混凝土在颜色上产生显著的差异[2][3]。具体来说，由于下面部分的混凝土在较早时间浇筑并经历了较长时间的硬化过程，其颜色通常会显得相对较深。而上面新打的混凝土，由于其浇筑时间较晚，硬化程度较低，因此颜色会偏浅一些。在混凝土浇筑过程中，这种色差问题的产生，往往与混凝土中所使用的某些材料密切相关。例如，粉煤灰、矿粉等颜料的突然变化，就可能导致混凝土的颜色发生差异。这种由材料变化引起的色差，通常不会呈现出明显的分界，而是表现为一种渐变或过渡的色泽变化。这种色差问题虽然不会对混凝土的结构性能产生直接影响，但却可能对建筑物的整体美观度造成一定影响[4]。混凝土工作性能通常用外加剂来调节[5]，在混凝土的浇筑过程中，工作性能是一个至关重要的参数，它直接影响着混凝土的工作性能和最终的外观表现。值得注意的是，混凝土工作性能的差异往往会导致其颜色上的微妙变化。具体来说，流动性适中的混凝土，由于其流动性较好，易于铺展和振捣，同时不离析不泌水，因此在硬化后其表面颜色可能会略显浅淡且色泽均匀。相反，流动性过大的混凝土，由于其外加剂掺量过高导致混凝土出现一定的泌水，振捣过程中可能出现浮浆与离析现象，导致硬化后表面颜色相对较深。然而，这种由混凝土工作性能差异引起的颜色变化通常较为显著，颜色差异较大，会在混凝土表面形成明显的色斑及分界线。

工程上常采用多种强度等级的混凝土，尤其在高大结构混凝土体系中，常采用强度等级为C60及以上的高强混凝土作为承重柱的材料，而梁则采用强度等级相对较低的C40-C50普通混凝土。现有工程中常采用相同批次的原材料与相同的施工方法及养护条件来控制混凝土的表观色差，但高强混凝土生产与施工过程中常采用硅灰作为掺合料会导致其颜色较普通混凝土深，且C60以上高强混凝土由于水胶比较低，拌合用水相对较少[6][7]，对胶凝材料的分散需要依靠大量的外加剂，而过量的外加剂会导致混凝土出现泌水，离析现象，当混凝土泌水，拌合物体系中密度相对较低的粉煤灰与硅灰等掺合料会随着自由水泌出，集中在模板与混凝土交接部位，造成混凝土表面发黑及色泽不均现象，混凝土泌水的同时，骨料出现下沉，发生离析现象则会造成混凝土上下色泽不均匀的现象。现有研究中对混凝土的表观色泽控制具有较深的研究，但针对不同强度等级的混凝土目前鲜有相关文献研究，不同强度等级的混凝土梁柱节点部位常常出现较为明显的色差。

本文基于上海东站梁柱节点不同强度等级的混凝土为研究对象，基于外加剂调控技术与清水混凝土施工控制技术，针对不同部位及强度等级的混凝土色泽一致性进行探究试验，最终形成一项清水混凝土色泽精准控制技术，并应用与上海东站清水结构中，为后期相关项目提供经验参考。

1 原材料控制

高强混凝土和普通混凝土在原材料上存在差异，如水泥、骨料、外加剂的产地和批次不同，这些原材料的化学成分、颗粒尺寸以及颜色都会有所不同。例如，不同产地的水泥所含矿物质成分的差异可能导致混凝土呈现不同的色调，因此本工程清水混凝土结构均采用相同批次原材料，并进行单独存储管理[8]。

1.1胶凝材料的控制

由于本工程涉及高强混凝土结构，因此该部位选用强度较高的P.II 52.5水泥，厂家为江西亚东，其检测指标见表1.

为保证强度后期的发展，采用活性较高的S95级矿渣粉，厂家为乐亭丰川建材有限公司，性能指标如下表2所示。

根据铁路标准要求，强度等级≥C50的混凝土，选用I级F类粉煤灰，其性能指标如下表3所示。

高强混凝土配合比中的硅灰采用北京正源益清和上海思祈建材公司提供，其检测指标见表4.其外观见图1所示。

1.2 骨料的控制

为尽量降低混凝土色差的产生，需要选用色泽稳定的粗细骨料，细骨料采用洞庭湖天然中砂，其性能指标见表5，图2 为细骨料的外观.

粗骨料采用福建凝灰岩材质的5-20mm精品碎石，其性能指标见表6，图3为粗骨料外观。

1.3 混凝土外加剂

本工程选用上海建工生产的高性能减水剂，其性能指标见表7.该外加剂由减水与保坍母液按一定比例复合而成[9][10]，且加入保水调黏功能的助剂，可使得混凝土满足大流动性条件下减少泌水与离析现象，同时该外加剂具有较低的敏感性，具有一个较大的掺量区间，该掺量区间内混凝土均可满足流动性的同时满足保坍要求且泌水较少。

2配合比与试验方法

2.1 混凝土配合比

本工程结构部位为三种不同标号的混凝土，其中结构柱采用C70，C60强度等级的混凝土，梁板采用C45强度等级的混凝土，根据标准设计混凝土试验与施工配合比如下表8所示。

2.2 试验方法

为定量表征混凝土表观色泽的差异，采用灰度卡进行灰度值测量，根据灰度值表征混凝土色差，用同一试块表观灰度值范围表征其色泽均匀性，灰度卡见下图4所示。

3 试验与结果分析

本次研究分别研究了不同硅灰对C70清水混凝土性能及表观色泽的影响，不同外加剂掺量下的C70清水混凝土性能及表观色泽的影响，不同施工条件下对C70清水混凝土成型质量与表观色泽的影响，其具体试验结果如下。

3.1 不同硅灰对C70清水混凝土的影响

硅灰作为混凝土中的活性掺合料，主要利用其火山灰效应提升混凝土力学性能。硅灰加入通常会使得混凝土颜色变深，灰度值变大，通过采用颜色较浅的硅灰可最大程度降低混凝土的灰度值，使C70混凝土接近普通混凝土外观色泽。下表9为不同硅灰对C70清水混凝土性能及表观色泽的影响，下图5为不同硅灰对混凝土表观性能的影响，其中左边四个试块为深灰色硅灰成型的混凝土试块，右边四个试块为钛白色硅灰成型的混凝土试块。

图5 不同硅灰对混凝土表观性能的影响

Fig.5 Effect of different silica fumes on the apparent properties of concrete

由上述试验可得，两种不同颜色的硅灰均可进行混凝土生产，且具有较高的工作性能，从混凝土表观色泽上看，深灰色硅灰拌制的混凝土灰度值略高于钛白色硅灰拌制的混凝土，且两种硅灰拌制的混凝土均产生了颜色的不均匀现象试块底部中心部位灰度值相对较低，而试块边缘处灰度值较高，其主要原因可能在于1.7%的外加剂掺量下，混凝土出现了一定的泌水现象，混凝土自由水发生迁移，密度相对较低的硅灰颗粒随着自由水集中于模板侧表面，使得该部位混凝土出现颜色偏深的现象，且深灰色硅灰造成的色泽不均程度要高于钛白色硅灰。为使得混凝土色泽更加均匀且色泽更接近普通混凝土，本工程选用钛白色硅灰作为C70混凝土活性矿物掺合料。

3.2 不同外加剂掺量对C70清水混凝土的影响

外加剂在高强混凝土中可以通过减少水灰比提升流动性，增强混凝土各项性能，但外加剂对混凝土的影响是多方面的，既包括改善性能的积极作用，也可能因使用不当带来负面影响。在清水混凝土中，混凝土出现一点泌水或离析现象则会导致混凝土表观出现色泽不均的现象，尤其高强度等级的混凝土中，泌水会使得深色胶凝材料颗粒在表面聚集，造成颜色较深的现象，而外加剂的精准调控解决混凝土表观色泽问题的主要手段，本文采用减水，保坍以及保水等功能外加剂母液按比例组合复配而成，探究其掺量对清水混凝土工作性能与表观性能的影响，其结果如下表10、表11所示，外观质量如图6所示。

根据上述试验结果可得，C70混凝土的扩展度随外加剂掺量的降低而减少，同时泌水现象也随着外加剂的降低而减少，可见外加剂的加入在带来流动性的同时增加了混凝土的泌水率，同时外加剂的增加会使混凝土的黏聚性降低，当外加剂掺量增加，石子与砂浆之间的作用降低，石子出现下沉，产生离析与浮浆现象。这些由外加剂带来的不良影响均会对清水混凝土造成不利的影响，混凝土泌水会使得拌合物体系中质量较轻的硅灰颗粒集中于试块表面及侧表面，而骨料下沉则会产生上下色泽不均的现象。外加剂掺量的减少对混凝土抗压强度影响不明显，6组 C70混凝土抗压强度均满足设计要求，且差异不明显。

从不同外加剂掺量对C70清水混凝土表观性能的影响上看，外加剂掺量过高必然导致混凝土离析，泌水，且制备的清水混凝土灰度值大，且色泽不均。C70-1与 C70-2 组别由于其泌水程度严重，拆模后表面出现了明显的深色现象，其灰度值达到了70%以上，而C70-3 与 C70-4的组别由于外加剂掺量的降低，混凝土泌水现象开始减少，但由于振动过程中仍产生浮浆，导致其灰度值较大且色泽均匀性不良，当掺量继续降低，达到1.3-1.7%的掺量区间时，混凝土黏聚性上升，泌水率与振后浮浆量得到大幅度降低，混凝土脱模后表观色泽一致性较高，且灰度值较小与C60，C45混凝土色泽趋于一致。结合混凝土工作性能与保坍性能综合考虑，1.5%外加剂掺量下的C70混凝土可满足色泽均匀且与普通混凝土色泽相近的表观清水效果，同时 1.5%的外加剂掺量下混凝土流动性满足施工要求，且具有一定的保坍能力，2h 扩展度损失较小，无反大现象。基于此，采用颜色较浅的白色硅灰与合理的外加剂并通过调节其掺入量可配置出表观色泽良好的清水混凝土。

3.3 清水混凝土模拟施工试验

基于上述试验结果，进行C45，C60，C70混凝土的生产与施工模拟试验，表12为混凝土生产情况及混凝土性能指标，混凝土搅拌采用双卧轴强制式搅拌机进行搅拌，搅拌至混凝土达到最佳工作性能，由混凝土罐车运输至试验现场，运输时间约1h，采用泵送方式输送混凝土至模板内，并采用三相插入式混凝土振动器进行振捣密实[11]。

试验现场分别采用0.5×0.5×0.5m的木模板与钢模板进行不同模板下的清水混凝土试验，同时进行不同类型的脱模剂试验，其结果如下表13所示，混凝土成型后表观状态见图7-9所示。

现场采用1m×1m×1.5m的木模板与钢模板进行不同振捣时间的C70清水混凝土试验，分别在模板四角，四边与中心部位进行振捣，振捣时间分别控制在30s，60s，90s，混凝土分层成型，每层厚度为50cm，脱模剂均采用油性脱模剂，其试验结果如下表14所示，混凝土成型质量见图10-12所示。

上述试验中验证了不同施工方法对清水混凝土产生的影响，由结果可得，清水混凝土的表观色泽均匀性与模板相关性较少，但木模板拼缝处漏浆会造成该部位颜色较深从而影响质量，水性脱模剂制备的清水混凝土试块表面会存在一定的黑斑，其原因可能是由于混凝土成型过程中拌合物体系中的硅灰等比重较轻的组分迁移到水性脱模剂溶液中，集中于模板与混凝土之间，形成明显的黑斑，而油性脱模剂具有隔离作用，阻碍了硅灰在拌合物中的迁移，因此采用油性脱模剂的组别其清水效果较好。

混凝土施工过程中，由于施工组织原因，常常出现过振问题，从上述混凝土振捣时间和混凝土表观质量看，过振会导致混凝土出现严重的质量问题。振捣时间30s的清水混凝土表面色泽均匀，灰度值较小，同时产生的浮浆较少，试件顶部裂缝较少；振捣时间达到60s后，混凝土出现色差，出现上下分层的情况，由于过振，拌合物出现石子下沉的情况，砂浆上浮，在试件表面形成较厚的浮浆，因此拆模后出现裂缝；当振捣时间达到90s时混凝土出现离析，表面出现明显的水纹花斑，上部出现大量浮浆，拆模后产生了较多的裂缝，严重影响了混凝土表观质量。

根据上述试验结果，选择合适的脱模剂与合理的混凝土振捣时间是实现混凝土色泽精准调控的硬性条件。

4 结语

本文针对不同部位及强度等级的混凝土色泽进行了一致性探究，导致C70混凝土与普通混凝土产生颜色差异的原因有很多，其包括原材料因素，混凝土自身性能因素以及不同的施工条件等。基于上述研究可得出以下结论：

（1）硅灰是造成C70混凝土与普通混凝土色泽差异的主要原因，采用颜色较浅的硅灰对C70混凝土灰度值的降低具有促进作用，等比例替换后C70混凝土灰度值可降低7%。

（2）外加剂掺量的不同会对混凝土工作性能造成影响，当掺量不合理导致混凝土出现泌水是C70混凝土表观发黑的首要原因，选用合理的外加剂及掺量可使C70混凝土灰度值控制在37%，与普通混凝土色泽接近。

（3）混凝土施工环境及条件的不同均会对C70混凝土色泽产生较大的影响，选用合适的模板，脱模剂及严格控制振捣时间是制备清水混凝土的前提条件。

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