「砼 · 美学」艺术装饰混凝土工艺与成本分析

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谈到混凝土起源要追朔到数千年前的古希腊罗马时代，罗马人用火山灰混合石灰、砂与水，真正意义上坚固有效的混凝土终于诞生了。天然混凝土具有凝结力强，坚固耐久，不透水等特性，使之得到广泛的应用，大大促进了罗马建筑结构的发展。

自19世纪20年代出现了波特兰水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的强度和耐久性，因而用途极为广泛，自此混凝土材料也开始飞速发展。

发展至今，混凝土在现代审美与艺术的熏陶下已不仅仅只是做为建筑结构材料，还可以利用它作为建筑作品的室内外饰面材料，来展现混凝土的艺术性，本文将针对艺术装饰混凝土工艺与成本进行介绍。

• 常见的艺术装饰混凝土种类与原理:
• 造型混凝土

顾名思义就是将混凝土表面以各种造型来呈现，透过把模板塑造成我们要的各种造型，进而将混凝土浇置上去反打出形状。因此模板材质的选择相当重要，需满足可塑性高、韧性好等要求，故以橡胶成型做成的模板就是个很好的选择，其可做到如劈裂纹(图1)、波浪纹(图2)、木纹(图3)等等甚至搭配CNC雕刻可以做到更复杂的造型。

图1-a.劈裂纹造型           图1-b.劈裂纹造型细部

图2.波浪纹造型        图3.木纹造型

光影成像混凝土

光影成像混凝土的成像原理是在混凝土上生成线条的宽窄与不同深度的V型槽，因深度与宽度的不同，侧面点光线在其反面产生的投影宽窄不同，形成画面。在逆光位置，就能看到清晰的画面，随着光线的变化，画面呈现不同的浓淡效果。(图4)

其与造型混凝土同为使用橡胶模做为模板，但需先对图片平面数字处理，将原有彩色图片生成条形灰度位图文件，再将处理好的平面图像生成CNC雕刻路径，从而雕刻出宽窄与深度不同的线条。此外对混凝土配比的要求更严格些，由于表面的线条非常细致故需和易性高、粒径较小的配比能更好的填充模板上的线条。

图4-a.光影成像混凝土(正面)     图4-b.光影成像混凝土(逆光)

 洗石子混凝土

洗石子混凝土是利用缓凝剂的一种艺术装饰混凝土做法，通过所需求外露骨材粒径与颜色的筛选再搭配不同洗入深度的缓凝剂使用于钢模上，可使混凝土表面的浆水在脱模时得以冲洗掉仅外露出骨材部份，如此便可展现出骨材的机理之美。(图5)

图5-a.洗石子混凝土         图5-b.洗石子混凝土细部

缓凝剂贴模混凝土

此种艺术装饰混凝土工艺与洗石子混凝土相似，皆需使用缓凝剂作为艺术成型的材料。与洗石子混凝土不同处在于其运用如同打印机的原理，将喷墨改为缓凝剂，设计师将需求图案发送到图形混凝土生成机器上，图形混凝土生成机器再将图案用缓凝剂打印到箔片模上。制造时将喷涂了缓凝剂的箔片贴在钢模表面与混凝土一同浇置，于脱模之后进行表面浆体冲洗把所设计的图案冲洗出来，并且可使用不同的砂浆或混凝土配比冲洗出来的效果也有所不同。(图6)

图6-a.设计需求图案并发送至机器    图6-b.机器将图案打印箔模上

(图6-a.，图6-b.截取于GraphicConcrete公司网站)

图6-a.古画缓凝剂贴模混凝土    图6-b.贾伯斯缓凝剂贴模混凝土

除了上述的机器自动化方法，亦可使用手工制成来制作缓凝剂贴模。先将欲冲洗出来的图案在模板上进行镂空处理，再把箔片模放置于其下。之后在上面的模板上刷涂缓凝剂，缓凝剂便会仅由镂空渗透至下方箔片模上，待其干燥后我们所需要图案的缓凝剂贴模即制作完成。需注意所选择的箔片模纸张要具备吸收缓凝剂后不易晕开的特性，避免缓凝剂拓散到图案以外的区域。(图7-清明上河图缓凝剂贴模手工制作)

图7-a.图案镂空模板        图7-b.模板刷涂缓凝剂

图7-c.缓凝剂贴模制作完成     图7-d.缓凝剂贴模(细部)

• 做法工艺:
• 橡胶模做法(造型混凝土，光影成像混凝土)，以润泰台湾中和地政项目进行说明。

i. 墙板图形分割规划

将设计图案平面数字处理，把原有彩色图片生成条形灰度位图文件，并针对板片大小进行分割成施工图。本项目将树影图案分为四片墙板一单元循环，并且为美观考量凸显各单元于每片墙板四周置作2CM的收边留白。(图8)

       设计图                           施工图

图8-a.墙板图形设计图     图8-b.墙板图形施工图

ii.公模雕刻和组合

将处理好的平面图像生成CNC雕刻路径，从而雕刻出宽窄与深度不同的线条。本项目使用亚克力板当作雕刻的公模材料，因CNC雕刻机加工面积有限，故每片墙板的图案还需分割成五块进行拼接(图9)。注:如像劈裂纹等使用混凝土做为公模的造型混凝土时，形状要较尖锐则混凝土强度需求越高，越弱则反之。完成混凝土公模后还需等待至少2~3天让混凝土中的水分减少方可做胶模浇置。

图9-a.公模CNC雕刻          图9-b.公模拼接组合

iii. 橡胶模制作与修饰

一块墙板大小的公模拼接组合完成即可进行橡胶模制作。先将离型剂均匀喷撒于公模上等待干燥，再将橡胶材料AB剂按比例配好，使用低转速高扭力搅拌机并加上搅拌棒减少气泡产生。搅拌完成后倒入四边封好的公模中，同时使用干净扫把推动底层的胶，此动作能有效消除底部的气泡，该步骤需注意橡胶的均匀性与平整度。注:胶模宜选用硅橡胶或聚氨酯胶，硬度45-60之间(硬度越高则越脆且韧性不足脱模易损坏)、抗撕裂强度16以上、变形量0.3%以下、固化时间30分钟以上。待静置24小时后即可脱模，橡胶模脱模后需对橡胶模的收边与接缝处以研磨机进行修饰，去除多余的残胶。(图10)

图10-a.橡胶模制作         图10-b.橡胶模接缝与收边处

iv. 墙板混凝土浇置、板片成品(图11)

对修饰完成的橡胶模封模、下钢筋笼并浇置混凝土。需注意重点为避免钢筋保护层垫块外露影响成品外观质量，可采用将钢筋笼悬吊或先行浇置底层混凝土再下钢筋笼等方式来克服。  

图11.板片成品

 v. 天然材料制作胶模

除了上述CNC雕刻与自行对混凝土进行劈凿出形状来当做公模以外，也可采用天然材料的纹路来翻做公模并制成橡胶模。如木纹路，树皮纹等等。(图12)

图12-a.木纹路木板筛选     图12-b.木纹模组装

图12-c.木纹橡胶模制作完成   图12-d.木纹板成品

1.缓凝剂做法(洗石子混凝土，缓凝剂贴模混凝土)，以润泰台湾雲来别苑项目进行说明。

i.洗石子配比决定

可根据需求来使用不同外露石子的配比，包含粒径与颜色和各种石子的比例等。本项目所使用的外露洗石子配比颗粒均为一分(1/8inch)且无棱角卵石，由深灰、浅灰、白灰三种石子颜色所组成，并按(深灰：淺灰：白灰＝1：7：2)比例进行搭配。(图13)

 图13.洗石子配比决定

ii.缓凝剂涂布与洗石子材料拌合

将缓凝剂涂布在钢模表面，为了之后冲洗出来的美观需注意缓凝剂要均匀涂布且避免有漏涂部份，此外并先行将洗石子材料与水泥浆进行拌合。(图14)

图14-a.缓凝剂涂布      图14-b.洗石子材料拌合

iii.洗石子材料振动抹平与钢筋笼入模

拌合好的材料倒入已涂布缓凝剂的钢模中，将底层洗石子材料抹平后使用振动棒或钢模振动进行振捣使其分布均匀。洗石子振动完成后放入钢筋龙，需注意钢筋笼垫块是否外漏影响美观，同样可使用悬吊的方式来避免或挑选外露面积极小的垫块。(图15)

图15-a.洗石子材料振动抹平     图15-b.钢筋笼悬吊

iv.混凝土浇置与脱模表面冲洗

钢筋笼入模后浇置顶层混凝土且确实振捣。于隔天养护完成后进行构件脱模翻板，并对表面使用高压水枪进行冲洗将因使用缓凝剂未凝固的水泥浆冲洗掉，使石子材料显露出来。(图16)

图16-a.脱模表面冲洗       图16-b.洗石子板片成品

• 色差与气泡控制:

不管是橡胶模的艺术装饰混凝土或是缓凝剂贴模的艺术装饰混凝土外观质量都尤其重要，其中色差与气泡的控制是重点所在，直接影响成品与整个项目的美观。

 1. 气泡控制

对装配式艺术装饰混凝土而言，艺术墙板构件大多为躺打、外露面朝下，气泡不易在底部形成，自然气泡的控制要容易许多但仍不可轻忽，可由脱模剂的选用喷涂与振捣方式来控制。

 i.脱模剂

建议选用排汽泡功能较佳的水性脱模剂，并测试各稀释比例以选择最合适的比例，需专责人员调配避免工人私自改变比例，使用机器气动喷涂均匀，避免淤积于胶模上，达到看似无油、摸来有油标准，以确保成型外观质量。

 ii. 振动捣实

严格要求混凝土坍落度，现场测试差异大的批次予以退车，并规范振捣标准动作、次数与时间以排出气泡。振捣过程中可使用大棒搭配小棒，大棒先行小棒在后并使用快插慢拔的方式以确实排出气泡。

另需注意若是橡胶模做法的艺术装饰混凝土，因橡胶本身具有吸收振动、振波传递较短的特性，所以振动棒振捣间距需缩短保证振捣确实。

若是现浇的艺术装饰混凝土，由于为立式浇置、气泡排出困难，可以搭配辅助工具如插尺等沿着外露面边缘插捣，配合振动棒来排出气泡，但要小心避免插尺损坏胶模或缓凝剂贴模。(图17)

图17-a.插尺辅助振捣         图17-b.效果比较(左:插尺、右:无插尺)

2.   色差控制

艺术装饰混凝土排除部份为后上涂料或颜色的设计，大部份皆为清水面，因此色差控制尤为重要。与清水混凝土相似，主要的重点有胶模的清洁、漏浆的预防、混凝土材料的管控、环境温度以及成品的保护等方面着手。

 i. 胶模清洁

于模具清洁时需对刚脱模的橡胶模进行混凝土渣与脏污的清除，避免污染艺术装饰混凝土成品表面，可使用清水或是搭配软性清洁剂彻底清洗，再以干湿布进行擦拭。清洁者要脱鞋或用鞋套才可踩进胶模内以防鞋子二次污染。

 ii.漏浆的预防

防止漏浆可由组模时预防。在胶模与模具拼接处贴上止漏泡绵条与施打中性玻璃胶。为确保施打脱模后外观质量，需将多余的玻璃胶刮除干净，且控制施打完后到浇置混凝土的时间，防止玻璃胶未干情况下的剥落。

iii.混凝土材料管控

混凝土材料为色差控制的难点。首先是配比的决定，与清水混凝土相同，建议采用纯水泥配比以减少材料变异性。而在工作性与表面呈色方面可以使用较高的胶结材料与砂率并提高工作性，降低振动捣实时的生产影响因子。此外，原材料的稳定性为关键所在，需控制每批原料与相同生产设备并采用大批量生产存放，以降低总生产批次减少差异发生的概率。除了这些，所有批次的材料使用前皆需经过比对，如此方可对材料变因加以管控。

iv.环境温度

环境温度为影响混凝土成色的原因，不同温度下的混凝土成色深浅存在差异。一般而言，温度越高的话由于前期水泥水化越完全，混凝土的颜色会较白。因此，严格控制蒸养温度是不可避免的，不管冬天或是夏天都需维持相同的蒸养历程。

 v.成品保护

平面存放板片时为避免枕木与板片直接接触造成板片吸油污染，以及存放时间长受压处水汽无法排出造成的垫痕，需采用橡胶垫搭配透气泡棉垫方式来减轻问题。出货前采立式存放整理对平放已久的板片表面进行清洗并喷涂保护漆。在平放与立式的转换过程中使用空中翻版，避免碰触造成板片表面损伤。

(图18)

图18-a.脱鞋清洁胶模      图18-b.防漏玻璃胶施打

图18-c.原材料比对         图18-d.相同蒸养历程

图18-e.立式存放整理板片与防护

• 成本分析:

艺术装饰混凝土成本主要来自于混凝土以外用作表面成型的辅材部份，如橡胶模、缓凝剂贴模、洗石子筛选的石子等皆为高成本材料，但从这些材料中亦可藉由循环翻转的方式来降低每片板片的摊销成本。

橡胶模成本

橡胶模成本主要分为两个部份: 一是橡胶材料，二是制作成模的费用。如果购买厂家直接成型的橡胶模将无法对橡胶材料和制作成本加以节约，所以根据需求寻找适用且价格较低的橡胶材料及拥有自行加工成模的技术成为了降低成本的关键之一。(图19)

图19.自行加工橡胶模

此外橡胶模还可从设计角度进行成本节约，一是藉由设计循环翻转次数多的方法来将每块橡胶模的成本分摊到每块板片上，并减少橡胶模数(台湾中和地政树影项目即为使用4片板片循环出来的效果)。二是在设计许可下尽量避免设计凹凸高度过大的造型，如此便可减小橡胶模厚度大幅减少橡胶材料的用量进而降低成本。

缓凝剂贴模成本

缓凝剂贴模成本分为开板制模费用以及缓凝剂箔片费用，此两者皆为昂贵费用。虽然不同厂家可能费用高低有所不同，但效果也不尽相同，故欲降低此成本唯有从设计的图案与避免生产时的损耗着手。

同样图案的开板制模费用为固定一次成本，因此减少开板制模数量、多使用相同模板翻制缓凝剂箔片才可有效降低成本。另外生产时可由工人的训练与过程的品检制度，来避免做错、损耗、缺失等减少报废重做控制额外增加的成本。

• 艺术装饰混凝土项目展示:

本节主要分享润泰艺术装饰混凝土项目成果的展示。（图20）

图20-a.润泰中和地政项目(树影)   图20-b.润泰中和地政项目(劈裂纹)

图20-c.润泰中研院宿舍项目   图20-d.润泰中研院宿舍项目(波浪纹)

Graphic Concrete公司样品        Reckli公司样品

图20-e.润泰试做缓凝剂贴模混凝土

 结语 

随着预制行业的蓬勃发展与现代建筑美学的催化下，传统混凝土已无法满足建筑设计师对艺术的追求，艺术与混凝土相结合也非今日才出现的工艺。本文藉由润泰曾经做过的项目进行说明，介绍常见的艺术装饰混凝土与生产工艺重点。文末也提及，如何在追求艺术的道路上对成本进行节约是我们每个人关心的问题，从设计规划与加工、生产的角度来有效降低制作成本。预制混凝土的发展中，文中所分享的艺术装饰混凝土仅为冰山一角，还有更多领域值得我们去探索开发。

来源｜润铸建筑工程  混凝土与水泥制品杂志

编辑｜谢明君

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