謝華偉

（中交四航局第一工程有限公司 廣州510420）

0 引言

預(yù)制混凝土構(gòu)件的外觀質(zhì)量一直都受到大眾的關(guān)注，尤其是對(duì)于大型構(gòu)件，如橋梁的墩柱和梁體等，混凝土的外觀質(zhì)量好壞不僅影響結(jié)構(gòu)的美感，還會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的耐久性降低，且與交通運(yùn)輸部明確提出打造“品質(zhì)工程”的新理念不符。當(dāng)前在混凝土制備生產(chǎn)與施工質(zhì)量控制方面的研究已有很多成果，不過(guò)在打造“品質(zhì)工程”的公路工程過(guò)程中，在混凝土外觀質(zhì)量方面仍然存在一定的技術(shù)問(wèn)題，混凝土外觀不僅影響美感，同時(shí)也會(huì)影響混凝土的耐久性和結(jié)構(gòu)安全。影響混凝土外觀質(zhì)量的因素很多，尤其對(duì)于高性能混凝土，摻粉煤灰、礦渣粉等活性摻合料、采用高性能外加劑等，造成影響混凝土外觀的材料因素也更為復(fù)雜。另外，在模板與脫模劑的適應(yīng)性、澆筑振搗工藝等方面也有較大影響［1-6］。本文針對(duì)某高速某標(biāo)段首件C50機(jī)制砂T梁混凝土外觀不佳的問(wèn)題，從原材料、混凝土配合比、模板選擇、澆筑工藝等環(huán)節(jié)分析了氣泡產(chǎn)生的原因，并針對(duì)性地提出了解決措施，最終改善了混凝土的外觀質(zhì)量，為類(lèi)似工程的推廣應(yīng)用提供了借鑒意義。

1 機(jī)制砂混凝土T梁表面產(chǎn)生氣泡原因分析

針對(duì)首件預(yù)制T 梁表面出現(xiàn)的氣泡較多問(wèn)題，經(jīng)多方查找資料和對(duì)施工工藝探討，認(rèn)為T(mén) 梁表面產(chǎn)生氣泡問(wèn)題的原因主要有以下幾方面：

⑴原材料質(zhì)量，包括水泥品種和細(xì)度以及燒失量等指標(biāo)，集料的品質(zhì)和級(jí)配等。

通常水泥品種不同，則水泥的化學(xué)組份和比表面積等參數(shù)也不盡相同，采用比表面積較小的水泥拌制混凝土?xí)r，混凝土內(nèi)的氣泡很難上升逸出，最終在混凝土內(nèi)部和表面形成氣泡。某些水泥與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生大量的水化熱和氣泡，因此，應(yīng)對(duì)多種水泥通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)選，來(lái)選用產(chǎn)生氣泡較少的水泥。

骨料級(jí)配對(duì)混凝土外觀的影響主要體現(xiàn)在幾個(gè)方面。首先，粗集料的級(jí)配和粒徑不好會(huì)增加混凝土內(nèi)部的空隙，導(dǎo)致工作性不佳，不僅會(huì)降低混凝土強(qiáng)度還會(huì)導(dǎo)致混凝土收縮和滲透性等指標(biāo)增加。尤其是T 梁腹板厚度較小，腹板鋼筋間距和預(yù)埋波紋管的制約下，大粒徑的粗骨料在澆筑過(guò)程中容易形成阻塞，容易在結(jié)構(gòu)內(nèi)部或者表面形成空洞，導(dǎo)致混凝土的外觀欠佳［7，8］。還有碎石中針片狀顆粒含量多，施工過(guò)程中使用的砂率與試驗(yàn)室提供的砂率不一致等，也會(huì)導(dǎo)致混凝土工作性欠佳，內(nèi)部缺陷較多，容易使混凝土表面出現(xiàn)氣泡。因此，在拌合混凝土之前要嚴(yán)格控制好骨料級(jí)配，粒徑大小的選擇須根據(jù)相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，并根據(jù)實(shí)際情況做合適的調(diào)整。集料的優(yōu)劣也直接影響氣泡的排出，含泥量高的集料拌制的混凝土粘性很強(qiáng)，和易性較差，振搗時(shí)振動(dòng)棒插入困難也不利于氣泡排出。

在選定外加劑時(shí)，要謹(jǐn)慎選擇引氣劑的品種，多選幾種引氣劑做相應(yīng)的試驗(yàn)，選出施工當(dāng)?shù)厥┕げ牧虾凸に嚨囊龤鈩╊?lèi)型。

⑵機(jī)制砂混凝土配合比問(wèn)題，包括了膠凝材料用量、砂率，混凝土工作性和入模坍落度控制等。

混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)需要滿足施工工藝和強(qiáng)度兩方面要求，在配合比設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，如果水膠比較大會(huì)增加水分蒸發(fā)過(guò)程中自由水形成的氣泡量；相反，降低膠凝材料用量也會(huì)導(dǎo)致參與水化反應(yīng)的水量減少，相對(duì)自由水較多也會(huì)增加氣泡形成的機(jī)率，合理確定膠凝材料用量和水膠比也可以改善混凝土的外觀［9-11］。

混凝土和易性對(duì)表面氣泡的影響主要為混凝土的流動(dòng)性和粘聚性是否合適，混凝土流動(dòng)性不佳或混凝土過(guò)粘，施工時(shí)氣泡都很難從混凝土內(nèi)部排出，且排出的氣泡容易在模板上聚集。T 梁腹板較窄，鋼筋與模板、預(yù)埋波紋管與鋼筋之間間距較小，在混凝土坍落度較小的情況下，混凝土的流動(dòng)性較差，導(dǎo)致在振搗過(guò)程中，振動(dòng)能損失較快，有效工作面積縮小，使混凝土不夠密實(shí)，不能充分填充所有空隙，為氣泡的形成提供了條件。

⑶選用合適的鋼模面板以及脫模劑，降低模板表面氣泡的黏滯力。

選用鋼模板時(shí)不能選用剛度較小的鋼板，且模板也要有一定的彈性。因?yàn)樵诟哳l的振動(dòng)力、混凝土的收縮變形和拆模的長(zhǎng)期作用下，鋼模板容易變形，導(dǎo)致模面凹凸不平，不利于混凝土表面氣泡排出，但模板的選用又不能剛度太大，剛度太大則附著式振動(dòng)器的振動(dòng)力不足以帶動(dòng)整個(gè)模面的振動(dòng)，導(dǎo)致混凝土的密實(shí)性不夠，所以選擇的模板剛度要滿足施工要求。如果模板彈性不足，則附著式振動(dòng)器工作時(shí)不會(huì)有足夠的振動(dòng)力使整個(gè)模面的振動(dòng)效果達(dá)到最佳。此外，鋼模板上的振動(dòng)器布置要合理，防止產(chǎn)生共振和不必要的振能浪費(fèi)，充分利用振動(dòng)器的振能才會(huì)有足夠的振動(dòng)力帶動(dòng)剛模面的振動(dòng)，達(dá)到理想效果。鋼模面板的清潔度不夠也會(huì)導(dǎo)致混凝土表面質(zhì)量較差。鋼模板表面打磨后涂脫模劑要均勻，不可過(guò)厚或局部積油，且脫模劑的品種和性能需要與混凝土、施工工藝以及結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)方式等相匹配。若面板光潔度不夠，容易使氣泡在面板凹凸處和積油處聚集而不能逸出，在混凝土表面產(chǎn)生密布的氣泡眼。使用的脫模劑類(lèi)型不合適，黏滯力過(guò)大也容易使氣泡聚集在內(nèi)模板表面無(wú)法逸出，或形成更大的氣泡影響表面質(zhì)量。

⑷混凝土攪拌時(shí)間及振搗過(guò)程是否充分均勻等。

混凝土攪拌時(shí)間不夠，則混凝土不均勻?qū)е鹿ぷ餍圆荒芡耆l(fā)揮，容易出現(xiàn)坍落度不均、流動(dòng)性差等現(xiàn)象，不利于氣泡排出。攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)又會(huì)在混凝土拌制過(guò)程中夾帶進(jìn)入較多的空氣，使混凝土中的含氣量增大，導(dǎo)致混凝土表面氣泡增加?；炷恋恼駬v的效果取決于兩方面：一是分層振搗的厚度，二是振搗的時(shí)間。當(dāng)混凝土粘度較大或分層厚度越厚時(shí)其內(nèi)部氣泡就越不容易逸出；振搗時(shí)間不夠，欠振和漏振都會(huì)導(dǎo)致混凝土不密實(shí)，形成不規(guī)則的空洞或氣泡。施工中振搗效果越好，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)越密實(shí)，空隙越少產(chǎn)生氣泡的機(jī)率就越小。

2 解決方案和工程應(yīng)用

2.1 選擇合適的原材料并控制質(zhì)量

選用數(shù)種強(qiáng)度等級(jí)相同的水泥進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，在各項(xiàng)參數(shù)都不變的情況下成型小型試件對(duì)混凝土的外觀進(jìn)行比較，兩種典型水泥混凝土試件拆模后外觀如圖1所示。

圖1 兩種典型水泥混凝土試件拆模后外觀圖Fig.1 Appearance of Two Typical Cement Concrete Specimens after Demoulding

由圖1 可見(jiàn)，水泥品種對(duì)混凝土外觀質(zhì)量有較大的影響，所以經(jīng)過(guò)篩選后選用南方水泥作為T(mén) 梁機(jī)制砂混凝土配合比的水泥。考慮到機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高，機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)宜為中砂，且石粉含量不宜過(guò)高，并需要控制碎石的針片狀含量和級(jí)配，所以在砂石料的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，合理地改變了篩孔孔徑并引入除塵裝置，將機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)控制到約3.0，石粉含量也降低到了8%～10%，碎石的針片狀含量也顯著降低。

2.2 配合比優(yōu)化

在確保混凝土強(qiáng)度和施工性能的前提下，對(duì)C50機(jī)制砂混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化，首先是將外加劑摻量由1.2%降低到1.1%，根據(jù)細(xì)骨料的粒徑適當(dāng)提高混凝土的砂率，由原來(lái)的40%提高到41%來(lái)保證混凝土的和易性；并摻入約膠凝材料用量10%的粉煤灰調(diào)節(jié)混凝土的和易性，減少水泥用量；根據(jù)施工和外界環(huán)境條件，混凝土入模坍落度調(diào)整為160±20 mm。

2.3 施工工藝措施改善

鋼模板使用前要用打磨機(jī)進(jìn)行打磨，使其表面清潔光亮，模板上的脫模劑要涂刷均勻且薄，刷多時(shí)要用海綿吸干后方可合模。

針對(duì)倒角部位氣泡較難排出的現(xiàn)象，增加附著式振動(dòng)器的數(shù)量并對(duì)振動(dòng)器的位置進(jìn)行調(diào)整，在倒角部位、梁肋中、上部各布置一排附著式振動(dòng)器，附著式振動(dòng)器的排布由以前的1 層布置變?yōu)? 層布置，單排鋼板間距約1.5 m，按一定規(guī)律排列來(lái)增強(qiáng)振動(dòng)器的振動(dòng)效果，配合施工時(shí)控制混凝土分層厚度，強(qiáng)化對(duì)倒角部位的振搗。同時(shí)在澆筑倒角部位時(shí)，利用鐵錘在模板外側(cè)敲擊該部位，便于該部位氣泡排出。

混凝土的分層厚度與振搗方式及時(shí)長(zhǎng)也進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，混凝土在放料時(shí)就打開(kāi)附著式振動(dòng)器進(jìn)行輔助振搗，其振動(dòng)時(shí)間根據(jù)混凝土坍落度來(lái)確定，再配合插入式振搗器振動(dòng)，插入點(diǎn)均勻排列，插入式振搗設(shè)備功率、最佳振搗時(shí)間、合理的振搗半徑以及振搗棒的移動(dòng)軌跡等都需要進(jìn)行嚴(yán)格控制，每次移動(dòng)的距離都在插入式振搗棒的作用半徑內(nèi)，振動(dòng)棒插入速度要快，拔出時(shí)速度要慢，振動(dòng)棒插入下層混凝土?xí)r，其插入深度宜為約50 mm，且在下層混凝土中的振動(dòng)時(shí)間不宜過(guò)短，需要將上下2 層混凝土的接觸面振搗為一個(gè)均勻界面，此外，振動(dòng)棒與側(cè)模應(yīng)保持一個(gè)適宜的距離，振動(dòng)棒不能碰到側(cè)模板。

2.4 工程應(yīng)用

在基于當(dāng)?shù)卦牧犀F(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過(guò)更換水泥品種、改善砂石料的生產(chǎn)工藝以控制砂石料質(zhì)量、優(yōu)化混凝土配合比并調(diào)整外加劑組份和混凝土凝結(jié)時(shí)間等手段，并結(jié)合施工工藝和流程的優(yōu)化，逐步形成了C50機(jī)制砂T 梁混凝土的施工工藝方案。混凝土的澆筑工藝按以下方式：布料方式按照斜向分層、縱向分段的澆筑方法，每層的厚度都嚴(yán)格控制在30～40 cm。根據(jù)30 m梁的結(jié)構(gòu)形式，縱向按照橫隔板位置分4 段進(jìn)行布料澆筑。布料時(shí)根據(jù)T 梁倒角尺寸特點(diǎn)，先由一端的梁肋倒角開(kāi)始逐漸向另一端推進(jìn)，每次推進(jìn)長(zhǎng)度約20～30 cm（倒角的拐點(diǎn)位置），澆筑到第1 段終點(diǎn)（兩相鄰橫隔板距離）后由先澆筑的一端開(kāi)始進(jìn)行梁肋的斜分層澆筑（第2 層的布料厚度也控制為約20～30 cm），然后進(jìn)行第2 段混凝土澆筑。以此類(lèi)推，在澆筑到第3 段完成后，為避免梁端混凝土產(chǎn)生蜂窩等不密實(shí)現(xiàn)象，改成另一端向相反方向投料，且分層厚度跟前面一樣。梁肋布料完成后進(jìn)行頂板、翼緣板的布料。采用該方法不僅可以連續(xù)澆筑，又可在下層混凝土初凝前澆筑完成上層混凝土，可以避免施工縫和減少氣泡孔的形成，還可避免混凝土在振搗過(guò)程中由于流動(dòng)距離過(guò)長(zhǎng)而造成的離析。

此外，根據(jù)入?；炷恋奶涠戎?，附著式振動(dòng)器振動(dòng)時(shí)斷續(xù)的振動(dòng)時(shí)間一般控制在70±10 s，同時(shí)在每層布料完成后，再配合插入式振搗器振動(dòng)，每一振點(diǎn)的振搗時(shí)間一般為20～30 s。T 梁拆模后外觀得到很大改善，表面光滑無(wú)明顯氣泡，外觀如圖2所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)機(jī)制砂混凝土構(gòu)件易產(chǎn)生表面氣泡的問(wèn)題，結(jié)合某高速某標(biāo)段C50 機(jī)制砂T 梁混凝土施工存在的外觀質(zhì)量問(wèn)題，從原材料比選及質(zhì)量控制、混凝土配合比優(yōu)化、模板的設(shè)計(jì)與選擇、澆筑振搗工藝等幾方面分析了產(chǎn)生氣泡的原因，并提出了針對(duì)性的技術(shù)應(yīng)對(duì)措施，有效地改善了C50 機(jī)制砂T 梁混凝土表面氣泡較多的質(zhì)量問(wèn)題，取得了很好的效果，對(duì)類(lèi)似工程混凝土外觀質(zhì)量的控制具有一定的借鑒意義。

圖2 T梁拆模后外觀Fig.2 T-beam Appearance after Demolding