李永軍

（中鐵六局集團(tuán)廣州工程有限公司，廣東 廣州 511442）

1 工程概述

廣州南沙區(qū)地處珠江出海口和粵港澳大灣區(qū)地理幾何中心，是廣州市唯一的出海通道，也是連接珠江口兩岸城市群和港澳地區(qū)的重要樞紐性節(jié)點(diǎn)。南沙港鐵路 5標(biāo)位于廣東省境內(nèi)，地跨中山市、南沙區(qū)兩地；標(biāo)段起點(diǎn)位于中山市黃圃鎮(zhèn)（里程：DK47+504），終點(diǎn)位于廣州市南沙區(qū)珠江街道（里程：DK65+304），正線17.8km。本標(biāo)段施工內(nèi)容主要包括：洪奇瀝水道特大橋13.54km，龍穴南水道特大橋 2.072km。由于工程地理位置的重要性，控制好混凝土外觀質(zhì)量必將會(huì)成為宣傳企業(yè)形象的名片，所以對(duì)混凝土的控制提出了更高的要求。

施工前期因?yàn)槎罩炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)不合理，主要表現(xiàn)為石子外露和孔洞、色差、蜂窩麻面、砂線和砂斑等現(xiàn)象。筆者到施工現(xiàn)場(chǎng)查找原因，最終通過(guò)配合比調(diào)試和施工工藝的改進(jìn)混凝土外觀得到改善，達(dá)到了清水混凝土的標(biāo)準(zhǔn)，得到監(jiān)理和業(yè)主的認(rèn)可，并安排其它標(biāo)段過(guò)來(lái)觀摩、學(xué)習(xí)?，F(xiàn)將控制過(guò)程進(jìn)行歸納和總結(jié)。

2 混凝土缺陷原因分析及解決方法

2.1 混凝土石子外露和孔洞問(wèn)題

該工程混凝土的外觀質(zhì)量問(wèn)題主要體現(xiàn)為石子外露、有較大的孔洞（如圖1 和圖2）。主要原因?yàn)榛炷梁鸵仔院土鲃?dòng)性較差，配合比坍落度較小，澆筑厚度不均勻，振搗不規(guī)范。

解決方法：要想達(dá)到混凝土良好的和易性，就必須求得最佳的砂率。本次使用朱效榮的理論：用細(xì)骨料的最大緊密密度乘以碎石的松散堆積孔隙率。

細(xì)骨料的最大堆積密度的參數(shù)確定方法（如圖3）：取一個(gè)體積約為 1L 的容量桶，為了使用的容器為電動(dòng)擊實(shí)儀的附件內(nèi)徑約為 10cm 的擊實(shí)試驗(yàn)筒，在筒內(nèi)裝滿河砂，高度應(yīng)比護(hù)筒低 5mm，分二層裝完，每層用手背輕輕壓實(shí)即可，然后置于壓力試驗(yàn)機(jī)上逐漸加壓，加壓速率為 3～5kN/s。加壓到 200kN，卸載后計(jì)算出河砂的最大堆積密度，將河砂從筒中倒出要通過(guò)5mm 的砂石篩，通過(guò)篩余計(jì)算出細(xì)骨料的含石率。在計(jì)算砂子用量時(shí)必須去除含石率。

圖1 石子外露

圖2 孔洞

碎石的最大堆積密度的參數(shù)確定方法（如圖4）：取一個(gè)體積為 10L 的容量桶，往里裝滿石子，分二層填滿，每層左右晃動(dòng) 15 下，在晃動(dòng)時(shí)筒的兩邊不得著地，之后用直尺刮平桶口，往裝滿石子的桶中緩慢加水至剛好完全浸泡石子為止，加入水的重量除以筒的體積便是碎石的孔隙率。

通過(guò)數(shù)據(jù)觀察原配合比混凝土的砂率為 40%，調(diào)整后的砂率為 43%，砂率有所提高，通過(guò)試驗(yàn)?zāi)途眯灾笜?biāo)及混凝土強(qiáng)度檢測(cè)均滿足設(shè)計(jì)要求。通過(guò)觀察原配合比砂率偏低，因?yàn)榛炷恋木|(zhì)性是以和易性為前提的，和易性包括混凝土拌合物流動(dòng)性、粘聚性和保水性，而這些性能還在于混凝土中有足夠的水泥砂漿起主要作用，適當(dāng)?shù)纳奥?，不僅混凝土澆筑、振搗塑性明顯改善，混凝土成型后粗骨料被砂漿包裹覆蓋層厚均勻，可避免出現(xiàn)碎石與河砂的不均勻造成的過(guò)渡面孔洞。

圖3 河砂堆積密度試驗(yàn)

圖4 碎石堆積密度試驗(yàn)

2.2 混凝土色差

混凝土的另一缺陷是色差嚴(yán)重（圖5）。橋梁設(shè)計(jì)使用年限一般超過(guò) 100 年，對(duì)混凝土的耐久性提出了較高的要求，需摻用大量礦物摻合料，同時(shí)要求混凝土在滿足高流態(tài)的同時(shí)還需具備良好的粘聚性。水泥的密度一般為 3.1t/m3，而粉煤灰的密度一般為 1.1～2.4t/m3，如果無(wú)良好的粘聚性，密度較輕的礦物摻合料易上浮，使混凝土外觀產(chǎn)生色差，影響清水混凝土的外觀效果。

微珠是一種幾乎不含多孔狀物質(zhì)的全球狀顆粒，粒徑極細(xì)，這就為混凝土帶來(lái)極好的填充和“滾珠潤(rùn)滑”效應(yīng)。由于微珠有著連續(xù)且均勻的粒徑分布，粒徑一般在0.1～5mm 之間，這使得混凝土級(jí)配在微觀層面上得到了極好的優(yōu)化，所以微珠也是一種混凝土級(jí)配優(yōu)化劑。Ⅰ級(jí)粉煤灰中微珠的含量較Ⅱ級(jí)粉煤灰高。在重新設(shè)計(jì)配合比時(shí)選用含微珠豐富的Ⅰ級(jí)粉煤灰代替Ⅱ級(jí)粉煤灰，在其它原材料不變的情況下，將兩種粉煤灰互換做試驗(yàn)對(duì)比，出機(jī)后的立即將混凝土裝入 20L 塑料桶中，再放在混凝土振動(dòng)臺(tái)上震動(dòng) 30s 后觀察：摻量為 30% 的Ⅱ級(jí)粉煤灰時(shí)拌制的混凝土，成型后觀察混凝土上面漂浮著部分黑色雜質(zhì)（如圖6 所示）；摻量為30%Ⅰ級(jí)粉煤灰，觀察混凝土顏色均勻、沒(méi)有色差出現(xiàn)（如圖7 所示）。試驗(yàn)證明了選用Ⅰ級(jí)粉煤灰可以消除混凝土色差的方法可行性。

圖5 混凝土色差

圖6 Ⅱ級(jí)粉煤灰拌制

圖7 Ⅰ級(jí)粉煤灰拌制

2.3 混凝土蜂窩麻面

此墩柱混凝土氣泡較多，影響混凝土外觀質(zhì)量（如圖8）。

混凝土的泡狀缺陷分為“水泡”和“氣泡”的兩種形態(tài)，水泡表現(xiàn)內(nèi)部表面無(wú)漿，呈干凈內(nèi)表面，氣泡其內(nèi)部其泡內(nèi)表面有漿痕。產(chǎn)生原因及處理方法如下：

（1）因?yàn)榛炷涟韬蠒r(shí)間較短、搗固不到位和混凝土澆筑層過(guò)厚，混凝土中產(chǎn)生氣體未排出，吸附在模板表面，則會(huì)形成氣泡。

（2）外加劑質(zhì)量的原因：一般要求外加劑引入的氣泡尺寸應(yīng)控制在 20～50μm，最大尺寸＜200μm，可是供應(yīng)商為了降低成本未提供優(yōu)質(zhì)的引氣劑。要使混凝土氣泡得到控制，在設(shè)計(jì)單位沒(méi)有要求情況下，含氣量不得超過(guò) 2.5%。外加劑在調(diào)試配方應(yīng)該采用“先消后引”的方案，消除大氣泡，引出小氣泡。

在重新設(shè)計(jì)配合比時(shí)嚴(yán)格控制混凝土的含氣量，由外加劑廠家現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，要求含氣量不得大于 2.5%，同時(shí)規(guī)定混凝土拌和時(shí)間不低于 2min，在試塊成型時(shí)加強(qiáng)振搗（10cm2內(nèi)不少于插搗不少于 12 次）。圖9 為在同一個(gè)配合比情況在下，在降低混凝土的含氣量前后兩種情況的對(duì)比，其中圖左側(cè)為含氣量 3.4%，圖右側(cè)為含氣量為 2.3%。通過(guò)觀察氣泡明顯的減少。

圖8 混凝土泡狀缺陷

圖9 調(diào)整前后混凝土氣泡對(duì)比

2.4 混凝土砂線及砂斑

此墩柱外觀缺陷還表現(xiàn)為“砂線”和“露砂”情況嚴(yán)重（如圖10）。砂線主要原因，是由于混凝土“泌水”造成的，如果混凝土和易性差、砂率低，則混凝土的保水性差。由于混凝土是不均質(zhì)材料，澆筑施工中內(nèi)部應(yīng)力不一致，總會(huì)在某個(gè)路線上有弱面，則水路就會(huì)打通，多余的水聚集并從此路流動(dòng)，被擠壓的水向上走，將漿液帶走，這樣就形成了露砂現(xiàn)象。當(dāng)過(guò)振和離析時(shí)會(huì)形成“砂斑”。在原材料方面主要表現(xiàn)為膠凝材料細(xì)度指標(biāo)較大或膠凝材料偏少時(shí)，鎖不住水分，游離態(tài)的自由水滲到表面洗掉粘結(jié)在砂子上粉料，潔凈的砂子才會(huì)裸露到混凝土外面。

更換不同的膠凝材料在 20L 塑料筒中成型，脫膜后的效果對(duì)比：如圖11 采用了Ⅱ級(jí)粉煤灰，砂線明顯；圖12 采用了 20% 的粉煤灰加 10% 的礦粉砂線明顯消失（注：礦粉通過(guò)用0.045m 篩的篩余為 4.7%），但氣泡較多，圖13 采改用Ⅰ級(jí)粉煤灰，沒(méi)有砂線、并且表面光滑，鏡面效果明顯。所以通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果得出優(yōu)選采用Ⅰ級(jí)粉煤灰。

圖10 砂線

圖11 使用Ⅱ級(jí)粉煤灰

圖12 礦粉與粉煤灰復(fù)合

圖13 使用Ⅰ級(jí)粉煤灰

3 觀察判定混凝土質(zhì)量的方法

混凝土配合比設(shè)計(jì)，關(guān)鍵是從混凝土更加密實(shí)、均勻、更適合施工現(xiàn)場(chǎng)振搗密實(shí)為主。這也就是混凝土配合比設(shè)計(jì)的終級(jí)目標(biāo)。要使混凝土達(dá)到最佳狀態(tài)，在做到上一節(jié)要求的基礎(chǔ)上，還要懂得通過(guò)觀察法確定混凝土的質(zhì)量，一般通過(guò)以下兩個(gè)步驟進(jìn)行：

3.1 通過(guò)觀察混凝土的狀態(tài)確定外加劑和水的用量

如果混凝土顏色發(fā)亮，證明外加劑減水成分已經(jīng)夠了，主要是因?yàn)橛盟坎蛔?，如果坍落度不滿足要求，可以用增加水的方法調(diào)整，不會(huì)影響混凝土強(qiáng)度。如果混凝土無(wú)光澤、觀察很澀的感覺(jué)，應(yīng)該采用提高外加劑減水率或增加外加劑摻量的方法調(diào)整。配合比不是不成不變的，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況確定，如果混凝土缺水就要加水，如果缺少外加劑就要增加外加劑，只要各方面材料達(dá)到相對(duì)均衡，混凝土才會(huì)顯現(xiàn)最佳狀態(tài)。

3.2 通過(guò)兩種方法判定混凝土是否達(dá)到最佳砂率

3.2.1 用鐵鍬鏟起混凝土判定質(zhì)量

好的混凝土用鐵鍬鏟起上提時(shí)會(huì)很輕、比較松軟，向上提起時(shí)如棉花糖一樣，感受不到阻力，如果提起感受四周混凝土對(duì)它產(chǎn)生較強(qiáng)的阻力，這就是混凝土的“把地”現(xiàn)象，這樣混凝土泵送時(shí)阻力較大，經(jīng)常阻管。因?yàn)槟０彘g的阻力增加，拆模后的混凝土?xí)a(chǎn)生鱗狀色斑的缺陷，還會(huì)伴有較大的空洞。

3.2.2 用排空試驗(yàn)檢測(cè)判定混凝土性能

本方法可以同時(shí)檢測(cè)混凝土的流動(dòng)度和粘聚性（試驗(yàn)方法見(jiàn)圖14）。在做倒置坍落度筒試驗(yàn)時(shí)，操作人員應(yīng)在打開(kāi)密封蓋后，由上至下觀察拌合物的下降情況，當(dāng)由上至下觀察混凝土拌合物開(kāi)始透光，即視為倒置坍落度筒中混凝土拌合物全部排空，此時(shí)記錄下排空時(shí)間；優(yōu)質(zhì)的混凝土在 4s 內(nèi)可以排空，一般質(zhì)量的混凝土在 12s 內(nèi)排空，如果在 15s 以上混凝土就流動(dòng)性較差，混凝土已經(jīng)很粘，原配合比混凝土排空時(shí)間為 22s，所以成品混凝土外觀會(huì)有各種缺陷，通過(guò)試驗(yàn)找到“最佳砂率”后，混凝土排空時(shí)間也達(dá)到了 4s 左右，混凝土性能得到進(jìn)一步的改善。

圖14 倒置坍落度筒試驗(yàn)

4 施工工藝方面的改進(jìn)

以上要求僅是在試驗(yàn)室內(nèi)做了部分調(diào)整，可是真正用于結(jié)構(gòu)物中時(shí)，如果現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有得到有效控制，就不會(huì)從根本杜絕外觀缺陷的發(fā)生，所以還要從脫膜劑選用與涂刷和振搗方面加強(qiáng)控制，現(xiàn)將控制方法介紹如下：

4.1 脫模劑選用與涂刷方法

4.1.1 脫模劑的種類及優(yōu)缺點(diǎn)

（1）油類脫模劑：該類脫模劑容易涂刷，施工后易清除，但是模不受銹蝕，可長(zhǎng)期存放。

（2）水性脫模劑：該類脫模劑性價(jià)比高，涂刷一定時(shí)間內(nèi)可自行分解，不需清理模板，省時(shí)省工，優(yōu)于傳統(tǒng)的油脂脫模劑。

（3）固體類脫模劑：如地板蠟，該類脫模漆對(duì)氣泡排出輔助作用較明顯，且使用后易清理，但是其使用時(shí)工作量較大，且經(jīng)濟(jì)性較差。

（4）樹(shù)脂漆類脫模劑：樹(shù)脂漆與模板之間形成一層隔離層，對(duì)排出氣泡有積極作用，并能夠提高混凝土的鏡面效果，且有利于模板的保護(hù)和重復(fù)使用。

綜合以上原因，鑒于墩柱混凝土氣泡較多，所以最終優(yōu)先選用的脫模劑為樹(shù)脂漆類。

4.1.2 脫模劑的涂刷注意事項(xiàng)

（1）模板應(yīng)清理干凈、不留殘漿、無(wú)銹斑，再涂刷脫模劑，在脫模劑應(yīng)用前，應(yīng)先成型混凝土小構(gòu)件觀察其表面光澤度，滿足要求后再應(yīng)用于工程。

（2）脫模劑涂膜厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，并經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證后確定，脫模劑的涂刷厚度應(yīng)均勻，不漏刷、不積存、不流淌。

脫模漆涂刷太薄或漏刷會(huì)影響混凝土的鏡面效果，甚至造成模板銹蝕，涂刷過(guò)厚混凝土脫模后會(huì)留下凹槽，此外脫模劑涂刷后需避免放在高溫環(huán)境下暴曬，防止脫模漆起泡。

4.2 混凝土振搗的注意事項(xiàng)

（1）混凝土振搗時(shí)應(yīng)符合以下要求：采用插入式振搗器時(shí)，最大攤鋪厚度為 60cm，移動(dòng)間距不宜大于其作用半徑的 1.5 倍（一般為 30～40cm）。振動(dòng)棒的前端應(yīng)插入前一層混凝土中，插入深度為 5～10cm，加強(qiáng)層間結(jié)合。與側(cè)模保持 5～10cm 的距離，混凝土振搗必須按照順序由外到內(nèi)（先模板后中間）依次振搗，當(dāng)需要變換水平位置時(shí)，應(yīng)邊振動(dòng)邊豎向緩慢提出振動(dòng)棒，不得在混凝土內(nèi)平拖，不得用振動(dòng)棒驅(qū)趕混凝土。插點(diǎn)要均勻排列，逐點(diǎn)移動(dòng)，順序進(jìn)行，不得遺漏，做到均勻振實(shí)。

（2）為了達(dá)混凝土的均勻密度性，“澆”與“振”要協(xié)調(diào)配合，切忌早振、欠振和過(guò)振。早振現(xiàn)象，一是指本層混凝土厚度未鋪?zhàn)慊驖蹭伈坏轿唬椿炷涟韬臀飳哟尾磺?，順序零亂；二是指對(duì)本層混凝土澆鋪段前沿臨空部分，不等下段澆鋪銜接，就過(guò)早振搗；不要急于振搗，待下一節(jié)段混凝土澆鋪接茬后再振。早振的后果是：1）混凝土拌合物有流動(dòng)現(xiàn)象，砂漿與骨料分離或水泥砂漿流向低處；2）再澆筑混凝土?xí)r，隨混凝土澆筑面增高，混凝土液面上升，則富水泥漿上浮，緊靠側(cè)模，形成色差帶。欠振會(huì)造成混凝土表面不實(shí)，表面無(wú)漿而麻面。所謂過(guò)振是指混凝土延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，容易產(chǎn)生離析、泌水、較重的骨料分離，顯露砂石或出現(xiàn)水波紋的云斑或鱗狀色斑。輕的出現(xiàn)泌水、砂斑、砂線。

（3）用“二次振搗”的方法更利于排出表面氣泡。第一次振搗在混凝土澆注入模后，振搗時(shí)間應(yīng)在20～30s 之間。第二次振搗在第二層混凝土澆注前進(jìn)行，頂層混凝土一般在澆注完0.5h 后進(jìn)行，振搗棒插入下一層混凝土的深度不少于 10cm，振搗時(shí)間以混凝土泛漿不再下沉和表面無(wú)氣泡泛起為止，一般時(shí)間為不超過(guò) 15s。

5 結(jié)論

通過(guò)以上措施，現(xiàn)在澆筑的混凝土外觀達(dá)到徹底的改變，如圖15 所示：下段有色差段為配合比調(diào)試前的外觀，上段為混凝土調(diào)試后的效果，通過(guò)本圖片的顏色分?jǐn)嗲逦梢钥闯龌炷琳{(diào)試前后效果非常明顯。圖16 為混凝土調(diào)試后墩柱外觀，無(wú)砂線、氣泡和色差等缺陷，鏡面效果明顯，已經(jīng)達(dá)到了清水混凝土的要求。

在本次混凝土調(diào)整中主要從以下方面進(jìn)行：通過(guò)墩柱混凝土外觀質(zhì)量的缺陷分析，找到原因并提出解決方法。一是確定混凝土的最佳砂率，可避免出現(xiàn)碎石與河砂的不均勻造成的過(guò)渡面空洞；二是利用Ⅰ級(jí)粉煤灰代替Ⅱ級(jí)粉煤灰的方法，可以使混凝土增加粘聚性，避免了密度較輕的礦物摻合料上浮，消除了混凝土色差，也避免了混凝土泌水造成的露砂現(xiàn)象；三是通過(guò)控制混凝土含氣量，減少了混凝土的蜂窩麻面。在試驗(yàn)室調(diào)試配合比時(shí)介紹了確定最佳混凝土的方法，包括通過(guò)觀察如何確定外加劑和水的用量，用鐵鍬鏟起混凝土的方法和通過(guò)排氣試驗(yàn)檢測(cè)混凝土的性能；在施工現(xiàn)場(chǎng)中介紹了脫膜劑的選用和使用方法，在振搗時(shí)介紹了如何布料和振搗棒的移動(dòng)間距，如何嚴(yán)防早振、欠振和過(guò)振現(xiàn)象，如何用“二次振搗”的方法排出表面氣泡等。通過(guò)使用以上措施，使墩柱混凝土達(dá)到了清水混凝土的標(biāo)準(zhǔn)。

隨著技術(shù)積累和科技創(chuàng)新，在解決混凝土外觀質(zhì)量這個(gè)難題上會(huì)產(chǎn)生更多實(shí)用方法，本文只是通過(guò)自己的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)混凝土工程的理解，使墩柱混凝土外觀達(dá)到了滿意效果；希望我的這些施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)混凝土工作者在控制混凝土外觀質(zhì)量時(shí)有所幫助。

圖15 墩柱上下段色差對(duì)比

圖16 調(diào)試后外觀