杭州国家版本馆艺术肌理清水混凝土的研发和应用.pdf

新型建筑材料圆园23援110引言杭州国家版本馆是高标准、高定位的国家工程，是浙江省最大单体文化项目之一，是浙江文化建设的窗口工程。该馆总建筑面积约 10 万 m2，核心功能为保藏、展示、研究和交流，集图书馆、博物馆、档案馆、展览馆等多种功能于一体的综合性场馆，同时是中央总馆异地灾备库、江南特色版本库及华东地区版本资源集聚中心1。杭州国家版本馆体现“江南宋韵”风格，由王澍主创设计2。本项目大量应用艺术肌理清水混凝土，既有蕴含中华传统文化和江南地域特色的竹纹肌理现浇清水混凝土，又有不同于传统特色的橡木纹肌理现浇清水混凝土，整体含蓄质朴、自然雅致3-4。清水混凝土是一种在外观上不需要进行额外修饰的一次性成型混凝土5-6。相较于普通混凝土，其表面颜色更加优美。具备装饰性和实用性的清水混凝土已被广泛应用于建筑、空间的内外立面装饰，也可以用于公共场所的雕塑、路边的桌椅、室内的夹具等。清水混凝土一次现浇成型，节省涂料、饰面等化工产品的使用，减少了施工扬尘和建筑垃圾的产生，属于绿色低碳的材料7-10。杭州国家版本馆艺术肌理清水混凝土的研发和应用陈卫忠1，程海培1，顾春平2，李杭春1，瞿永明1（1.杭州余杭恒力混凝土有限公司，浙江 杭州311107；2.浙江工业大学 土木工程学院，浙江 杭州310023）摘要：杭州国家版本馆艺术肌理清水混凝土的特殊性能和外观需求，通过选择原材料和优化配合比，设计了性能达标、色泽稳定的清水混凝土。试验表明，不掺加矿物掺合料，砂率在 42%44%时，清水混凝土色泽稳定；调整清水混凝土专用萘系外加剂和消泡剂掺量可减少混凝土中气孔含量与表面缺陷，使得脱模后纹理符合设计要求。结合实际工程，总结了清水混凝土生产应用控制质量要点，为艺术肌理清水混凝土的应用提供参考。关键词：清水混凝土；艺术肌理；杭州国家版本馆中图分类号：TU528文献标识码：A文章编号：1001-702X（2023）11-0044-03Research and application of artistic texture fair-faced concrete in Hangzhou National Archives ofPublications and CultureCHEN Weizhong1，CHENG Haipei1，GU Chunping2，LI Hangchun1，QU Yongming1（1.Hangzhou Yuhang Hengli Concrete Co.Ltd.，Hangzhou 311107，China；2.College of Civil Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310023，China）Abstract：In response to the special performance and appearance requirements of artistic texture fair-faced concrete in theHangzhou branch of the National Archives of Publications and Culture，the fair-faced concrete that met properties requirements andexhibit stable texture was designed based on raw material and mixing ratio optimization.The color of fair-faced concrete can bestabilized by controlling the sand rate at 42%44%and eliminating the mineral admixture.The addition of special chemical ad原mixtures and defoamers for fair-faced concrete can reduce the pores，and no obvious defects were found on the surface after mold原ing，and the texture after demolding met the requirements.Combined with actual engineering practice，the key points of quality con原trol in the production and application of fair-faced concrete were summarized，which provided reference for the application of artis原tic texture fair-faced concrete.Key words：fair-faced concrete，artistic texture，Hangzhou National Archives of Publications and Culture收稿日期：2023-07-12；修订日期：2023-09-26作者简介：陈卫忠，男，1969 年生，高级工程师，E-mail：。中国科技核心期刊44晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂有别于以往同类工程清水混凝土，杭州国家版本馆是高标准艺术肌理清水混凝土，具体要求包括：（1）较为艺术性的肌理表达要求：总体强调自然雅致，橡木纹肌理色调需偏深，无明显凹凸纹理；木竹条纹需自然错搭、多样化排布。（2）复杂多样化的结构体系：项目各单体空间关系复杂、交叉交替，木纹/竹纹现浇清水混凝土在各单体中均有分布，具体分布范围复杂多样，涉及多层次、多元素、多肌理的墙面、梁、柱、楼梯等构造面穿插交接，存在大跨度跨山结构、双层楼盖等大量超常规工艺，极为复杂多变的交叉更替作业对清水混凝土的浇筑组织带来了莫大的挑战。针对上述特殊需求，通过选择原材料，研究了具有艺术肌理的清水混凝土，并在杭州国家版本馆成功实现了工程应用。1原材料选择及配合比优化为适应高标准清水混凝土的耐久性要求，对原材料进行了严格筛选。根据清水混凝土设计要求，参考国内外先进清水混凝土施工经验，选择原材料如下：（1）为了保持清水混凝土色泽统一，避免出现起灰现象，清水混凝土中不使用掺合料，同时为了保证色泽的稳定和早期强度符合木纹拓印的要求，选择 P 域52.5 水泥，江苏金峰水泥集团有限公司，水泥胶砂 3、28 d 抗压强度为 35、60 MPa，标准稠度用水量为 28%，比表面积为 395 m2/kg。（2）选择细度模数为 2.8 的天然中砂，河砂，含泥量约1%；细度模数为 3.5 的机制砂，石粉含量约3%；粒径 525 mm 的碎石，含泥量约0.5%。（3）选择 ZWL-II（300）型低氯高浓高效减水剂，该减水剂属于芳香族磺酸缩合物，氯离子含量臆1%，总碱量臆7%，含气量臆4.5%。（4）选择聚醚消泡剂，化学成分是环氧丙烷环氧乙烷，浓度为 90%。为达到艺术肌理清水混凝土的外观要求，通过调整外加剂品种、消泡剂掺量、混凝土砂率和坍落度，使清水混凝土试样颜色明暗、气泡数量及纹理清晰度等都有了极大的改善。清水混凝土配合比及工作性能见表 1。1#配合比水灰比为 0.39，砂率为 41%，采用普通萘系外加剂，试验结果为试样表面孔洞缺陷较多，颜色偏黄，强度偏高。2#配合比减少了 20 kg/m3的水泥用量，水灰比为 0.40，砂率提高到 45%，改用清水混凝土专用萘系外加剂，试样孔洞缺陷减少，但微气孔增多，颜色有所加深。3#配合比水灰比为0.39，采用清水混凝土专用聚羧酸外加剂，试样表面存在孔洞，微气孔减少，但颜色偏浅。4#配合比为清水混凝土专用萘系外加剂，砂率调整到 43%，木纹和颜色基本符合要求，但微表 1清水混凝土配合比及工作性能气孔仍较多。5#配合比采用清水混凝土专用外加剂，并进一步降低水泥用量，水灰比调整为 0.41，砂率调整为 44%，调整坍落度至（200依20）mm，气孔减少，颜色基本符合要求，但模板拼缝处出现起砂。6#配合比水灰比降低至 0.37，坍落度降低至（140依20）mm，木纹和颜色基本符合要求，但气孔明显增多。7#配合比水灰比为 0.40，砂率为 42%，坍落度为（200依20）mm，增加消泡剂用量后，气孔减少，木纹和颜色符合要求，但侧面出现不规则纹路。8#配合比砂率 44%，坍落度控制为（180依20）mm，增加消泡剂用量后，混凝土表面无明显气孔和缺陷，外观颜色符合要求。综上所述，采用 8#配合比制备的清水混凝土，试样的表面肌理、成型效果满足设计要求。2模板制作2.1木纹模板制作在综合考虑成本、成型效果等因素后，木纹模板采取直纹为主、山纹为辅的拼装方式。制作时，先用清水黑模板制作墙面大小的模板，在模板上按照设计要求拼装木纹板。模板制作完成后，对模板表面进行人工清理，清理后涂脱模剂。木纹模板制作过程如图 1 所示。图 1木纹模板制作过程2.2竹纹模板制作毛竹运至场地后，经过进一步筛选，对垂直度不符合要求的毛竹进行调直处理，对符合要求的毛竹进行取段。取垂直度序号材料用量/（kg/m3）水泥减水剂 河砂 机制砂碎石水1#4458.9697010001732#4257.76241509461703#4255.56241509511654#4257.75901509811685#3807.36401509911556#4007.261015010101487#4007.259015010201588#4007.2624150986158坍落度/mm220依20220依20220依20220依20200依20140依20200依20180依200.00890.00770.00550.00770.00730.00720.01440.0144消泡剂陈卫忠，等：杭州国家版本馆艺术肌理清水混凝土的研发和应用45新型建筑材料圆园23援11符合要求的竹片用于模板加工制作，进一步修平修直处理。竹纹模板制作时，先制作清水模板，在模板上参照样板拼装竹片。竹纹模板制作完成后，对模板表面进行人工擦拭清理，清理后涂脱模剂。竹纹模板制作过程如图 2 所示。图 2竹纹模板制作过程3艺术纹理清水混凝土生产小试为确保艺术纹理清水混凝土的外观效果，累计进行了 51组清水混凝土试样制作，其中木纹试样 32 组、竹纹试样 19组，木/竹纹的颜色、纹理宽度、表面工整度均按设计要求不断进行调整，其中木纹表面肌理、拼缝和混凝土色泽等符合设计要求的清水混凝土试样和试验墙分别如图 3、图 4 所示。图 3木纹清水混凝土试样及试验墙图 4竹纹清水混凝土试样及试验墙木纹清水混凝土试样墙平面呈 L 型，正立面长度（4800垣1200）mm，高度 2440 mm，厚度 200mm。墙体周圈 6 个面均为木纹面，采用橡木纹理，总体色调偏深，木纹肌理有水印感，无明显错台或凹凸肌理。竹纹清水混凝土试样墙平面呈 L 型，正立面长度（3630垣1100）mm，高度 2745mm，厚度 200mm。墙体正、背 4 个面为竹纹面，表面无明显错台或凹凸肌理。4生产质量控制及实际应用效果艺术肌理清水混凝土生产应用过程中，严格和试验条件保持一致。根据气温条件、运输时间（白天或夜天）、运输距离、砂石含水率变化、混凝土坍落度损失等情况，及时对配合比进行微调，确保同一部位的清水混凝土拌合物的制备环境、技术参数一致，制备的清水混凝土拌合物工作性能保持稳定，无泌水离析现象。每次严把出厂质量关，逐车检查坍落度和易性，检查颜色有无变化，确保每车混凝土工作性能都符合要求，混凝土运输车在装料前必须确认罐体内清洁无积水，拌合物从搅拌结束到入模时间不超过 90 min，严禁添加配合比以外的水和外加剂，确保混凝土浇筑时工作性能满足施工生产需要。所有清水混凝土均一次性浇筑成型，展现了设计的艺术效果。艺术纹理清水混凝土顺利应用于杭州国家版本馆，如图5 所示。图 5杭州国家版本馆艺术纹理清水混凝土应用实例杭州国家版本馆的各个单体空间关系复杂、交叉交替，木纹与竹纹现浇清水混凝土在各单体中均有分布，应用总量约为 12 万 m3、施工面积约 9 万 m2的艺术肌理清水混凝土。素雅的色彩和天然木纹、竹纹肌理，与杭州国家版本馆的文化气质相得益彰。5结论艺术纹理清水混凝土成功应用于杭州国家版本馆。通过选择原材料，并去除矿物掺合料，保证了艺术纹理清水混凝土的色泽稳定；通过优化配合比，使得清水混凝土试样的表面肌理、成型效果满足设计要求；设计了木纹和竹纹模板，通过原材料品质和施工工艺控制，保障了艺术纹理清水混凝土的施工质量；制得的艺术纹理清水混凝土色泽、纹理均符合设计要求，在杭州国家版本馆顺利应用。参考文献：1刘晓立.杭州国家版本馆：以项目为路径，探索版本保藏新模式N.藏书报，2023-05-08.（下转第 117 页）陈卫忠，等：杭州国家版本馆艺术肌理清水混凝土的研发和应用46晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂晕耘宰 月哉陨蕴阅陨晕郧 酝粤栽耘砸陨粤蕴杂（上接第 46 页）2陆健，叶凯昱.杭州国家版本馆：文化地标尽现“江南韵味”N.光明日报，2022-08-02.3潘映雪.探析杭州国家版本馆文化传承与建筑艺术J.美与时代（城市版），2023（4）：16-18.4朱晓博，冯明水，唐其斌，等.预制竹纹清水混凝土挂板在杭州国家版本馆中的应用J.浙江建筑，2023，40（2）：58-62.5刘伟，张君韬，谷坤鹏.矿物掺合料对高耐久性清水混凝土性能的影响J.新型建筑材料，2021，48（9）：46-49，65.6盖广清，吴奇隆.三元矿物掺合料对清水混凝土强度的影响J.吉林建筑大学学报，2021，38（3）：67-70.7汪力.预制清水混凝土饰面技术的研究与应用J.住宅科技，2022，42（1）：49-54.8刘晓勇.功能型化学外加剂对饰面清水混凝土性能的影响J.新型建筑材料，2020，47（12）：27-29，80.9李世贤，王学勇，胡琳琳等.清水混凝土建筑全生命周期解决对策J.山东农业大学学报（自然科学版），2019，50（4）：597-600.10谷邛英，钟京，杜昱霖.雄安站清水混凝土应用关键技术研究J.铁道工程学报，2022，39（8）：81-86.蒉H 凝胶上的硫酸根离子被部分释放出时，会与之再次反应形成钙矾石，引起基体产生裂缝或膨胀等不良现象11。本文研究的低碳胶凝材料在蒸养温度为 75 益时后期强度并未产生明显的降低，一方面原因在于该胶凝体系中硅酸盐水泥含量很少，另一方面，当胶凝体系中含有大量的粉煤灰和矿渣粉时，可以在一定程度上阻止或延迟钙矾石的形成。在进行 80 益蒸汽养护时，体积膨胀率并未明显提高，但是继续提高蒸养温度时，则会产生较为明显的体积膨胀现象12，这也与本文研究的低碳胶凝材料在采用 85 益蒸养温度时抗压强度有所降低相吻合。3结论对于固废基低碳胶凝材料，由于其胶凝体系中各种低活性成分的存在，非常适合使用蒸汽养护的方式提高其力学性能尤其是早期强度。进行蒸汽养护时，采用与其诱导期基本相同的静停时间时可得到较好的早期力学强度；对于蒸养温度和蒸养时间，65 益蒸养 12 h 已经足以获得较为理想的早期强度，更高的蒸养温度和更长的蒸养时间虽然对于早期强度仍有一定的提升，但结合其所增加的能耗和碳排放以及可能会出现的延迟性钙矾石生成，提升程度并不显著。参考文献：1王龙胜.工业固体废弃物资源综合利用技术现状分析J.民营科技，2016（1）：225.2高秉仕，甘海林，王贵忠，等.关于工业固体废物综合利用的探讨J.环境与发展，2020（1）：81-82.3李琴，杨岳斌，刘君，等.我国粉煤灰利用现状及展望J.能源研究与管理，2022（1）：29-34.4胡张莉.碱激发矿渣粉煤灰水泥早期水化及收缩特性研究D.长沙：湖南大学，2013.5万宗华，张文芹，刘志超.电石渣-矿渣复合胶凝材料性能研究J.硅酸盐学报，2022，41（5）：1704-1714.6赵立文，朱干宇，李少鹏，等.电石渣特性及综合利用研究进展J.洁净煤技术，2021，27（3）：13-26.7蒋正龙，徐海源，王培铭，等.蒸养条件下复合胶凝材料水化过程J.硅酸盐学报，2013，38（7）：1702-1706.8杨腾宇.高温蒸汽养护时间对超高性能混凝土力学性能的影响J.工程技术研究，2022（17）：85-87.9赵晶，于一鸣，荀武举，等.蒸养制度对混凝土抗压强度及抗渗性能影响的研究J.低温建筑技术，2020，42（7）：36-39.10贺智敏.蒸养混凝土的热损伤效应及其改善措施研究D.长沙：中南大学，2012.11李贝贝.延迟钙矾石生成的研究进展J.散装水泥，2021（1）：115-117.12黎梦圆.大掺量矿物掺合料在蒸养混凝土中的应用研究D.北京：清华大学，2015.蒉周祎，等：蒸养制度对固废基低碳胶凝材料抗压强度的影响研究117