鄭 熙，方修春，冉成捷，羅華平

(1.重慶高速公路集團(tuán)有限公司，重慶 401121； 2.重慶雷薩科技有限公司，重慶 400062；3.四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，成都 610041)

預(yù)制T梁混凝土?xí)r氣泡和密實性問題在施工中時常發(fā)生，尤其是在T梁腹板及馬蹄位置更易出現(xiàn)。目前國內(nèi)外高速公路項目建設(shè)施工中解決方式多采用以下措施：1) 調(diào)整施工工藝(如加強(qiáng)振搗、改善養(yǎng)生條件等)；2) 調(diào)整混凝土配合比；3) 改善水泥、砂石等原材料本身性能指標(biāo)。但以上措施較復(fù)雜且投入高，解決問題的時間周期較長，影響項目建設(shè)的時間和成本，因此需找到一種相對便捷且成本增加不多的方法。通過在重慶城開高速公路上的反復(fù)研究實踐，找到了T梁預(yù)制過程中氣泡產(chǎn)生并導(dǎo)致混凝土不密實的基本原理后，初步探索出通過調(diào)整外加劑性能，并配合使用脫模劑的方案來解決這一問題，既可減少成本投入，又能在較短時間內(nèi)取得明顯成效。

1 工程概況

重慶城口(陜渝界)至開州的高速公路是國家高速G69(銀川至百色)的重要路段，雙向4車道，設(shè)計行車速度80 km/h,線路全長128.5 km，總概算約234億元，單公里造價約1.8億元。橋隧比高達(dá)77%，其中橋梁共66座，是重慶在建高速公路中施工難度最大的項目之一。

全線已開工的7個合同段預(yù)制T梁共計8 556片，其中40 m長的有4 436片、30 m長的有2 801片、20 m長的有1 319片，T梁混凝土方量約38萬m3，T梁混凝土的強(qiáng)度等級為C50。由7個合同段的14個梁場集中預(yù)制施工，自建混凝土拌合站供應(yīng)混凝土。梁體混凝土標(biāo)號高、數(shù)量多，是橋梁結(jié)構(gòu)中主要承重結(jié)構(gòu)，關(guān)系橋梁的結(jié)構(gòu)安全和使用功能。

2 T梁密實性現(xiàn)狀調(diào)查及原因分析

2.1 現(xiàn)狀調(diào)查

近5年來，隨著環(huán)保管控越來越嚴(yán)，砂石等地材供應(yīng)越來越緊，其物理性能指標(biāo)(級配、細(xì)度、含粉量等)、化學(xué)性能指標(biāo)(材質(zhì)、有害物質(zhì)含量、MB值等)參差不齊，公路工程又多處于郊野山區(qū)，砂石加工行業(yè)水平更是整體偏低[1]。T梁混凝土質(zhì)量控制是高速公路建設(shè)中一大管理難點(diǎn)。城開高速公路業(yè)主、監(jiān)理、施工單位對T梁施工質(zhì)量進(jìn)行全面排查，發(fā)現(xiàn)部分T梁混凝土外觀差、氣泡多，特別是11月份進(jìn)入冬季以來，氣溫降低使得氣泡越發(fā)密集。T梁外觀見圖1。

圖1 氣泡密集的T梁外觀(11月澆筑)

為核查梁體混凝土內(nèi)部的密實性，對T梁進(jìn)行了鉆芯檢測，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部混凝土氣泡也較密集，見圖2，并隨機(jī)抽取2片T梁進(jìn)行靜載試驗[2]，以確認(rèn)該批次T梁的結(jié)構(gòu)力學(xué)安全性。裸梁靜載試驗結(jié)果見表1。

圖2 T梁鉆芯

表1 裸梁靜載試驗結(jié)果

由表1可知，梁體承載力滿足規(guī)范要求，但T梁混凝土表觀氣泡多、內(nèi)部空隙大，后期會因氣蝕、水蝕引起混凝土碳化加深、剝落，甚至出現(xiàn)結(jié)構(gòu)物提前破壞、失效的風(fēng)險[3]，將影響橋梁結(jié)構(gòu)耐久性，須快速找到并行之有效的消減這種密實性缺陷的辦法。

2.2 密實性原因分析

經(jīng)初步分析，引起T梁混凝土密實性問題的原因[4]大致為以下5個方面：

1) 配合比設(shè)計不當(dāng)。砂子細(xì)度、級配選用不當(dāng)、石子級配斷檔及砂、石摻配比例不合理，致使混凝土孔隙率高、密實性差、氣泡多[5]。

2) 原材料指標(biāo)問題。水泥、砂石、外加劑等某些技術(shù)參數(shù)不達(dá)標(biāo)或超標(biāo)。

3) 施工工藝。施工振搗不到位，欠振、漏振、過振；模板表面粗糙、不平滑[5]。

4) 混凝土黏度過大。T梁混凝土的水膠比普遍較低，黏度過大，氣泡難以溢出。

5) 氣候溫度變化。

2.3 篩查及確定影響主因

1) 配合比檢查。 混凝土主材見表2，報驗配合比和施工配合比分別見表3、表4。

表2 混凝土主材

表3 報驗配合比 kg/m3

表4 施工配合比 kg/m3

從表3、表4可知，砂率提高了2%、外加劑摻量提高了0.06%，大小石子摻配比例從7∶3變?yōu)?8∶2。施工中由于增大了砂子的細(xì)度，因此提高了砂率，降低了小石子用量，以改善混凝土的包裹性，同時砂率提高需增加外加劑用量以保證混凝土流動性。施工配合比上的這些調(diào)整符合GB 50164—2011《混凝土質(zhì)量控制》的相關(guān)規(guī)定，故施工配合比是合理的。

2) 混凝土主材檢查

采用排除法對混凝土各主材進(jìn)行檢查。

(1) 外加劑性能

外加劑RS-2的性能見表5。

表5 外加劑RS-2主要性能指標(biāo)

在實驗室對2個批次外加劑的混凝土工作性能進(jìn)行平行對比試驗，結(jié)果見表6。

表6 平行對比試驗的混凝土工作性能

從表5、表6可看出，2個批次的外加劑性能是一致的：1) RS-2外加劑減水率沒有變化；2) 表5的抗壓強(qiáng)度比對比和表6的含氣量對比，都表征出外加劑引氣性能沒有發(fā)生變化，數(shù)據(jù)波動在GB 8076—2008《混凝土外加劑》規(guī)定范圍內(nèi)?？膳懦蛲饧觿p水性能、引氣性能變化引起T梁氣泡、密實性問題的可能性。

新拌混凝土狀態(tài)見圖3。由圖3可以看出，混凝土含氣量不高(實測含氣量為2.2%)，但表面泛出的氣泡多，氣泡表面張力大、難破裂，部分氣泡破裂后，混凝土漿體也不能愈合，形成孔洞如框圖A所示，其中框圖A是相對氣泡較少、較小部位B的細(xì)部放大。

圖3 T梁新拌混凝土狀態(tài)

Fig.3 Fresh concrete status of T-beam

(2) 水泥性能

水泥采用重慶梁平某公司生產(chǎn)的P·O 42.5水泥，性能指標(biāo)見表7。

表7 水泥性能指標(biāo)

水泥引起混凝土氣泡問題的可能原因有[7]：①堿含量過高；②水泥助磨劑表面活性過大；③水泥細(xì)度過小。這3點(diǎn)都會造成混凝土需水量劇增、流變性能變差。由表7可知：水泥的堿含量有較大提高(一般水泥堿含量0.6%左右)，且比表面積增大，細(xì)度降低。經(jīng)調(diào)查，水泥廠家從11月開始更改冬季配方。一般水泥廠家為提高冬季水泥的早期強(qiáng)度，多通過降低水泥的細(xì)度及提高堿含量來實現(xiàn)。

(3) 天然砂技術(shù)指標(biāo)

天然砂的技術(shù)指標(biāo)變化對混凝土性能影響主要表現(xiàn)在需水量和包裹性上，2個批次的技術(shù)指標(biāo)見表8。

表8 天然砂的技術(shù)指標(biāo)

砂子的MB值、壓碎值、吸水率的增大是減水劑摻量劇增的重要因素之一[8]。砂子的細(xì)度和級配變化也會對混凝土的流動性能和孔隙率產(chǎn)生影響，但因砂子細(xì)度大、級配不良所產(chǎn)生的氣泡是物理形態(tài)、易破的，氣泡破裂后，混凝土漿體能較快愈合，不會形成孔洞。

由表5～表8的數(shù)據(jù)可知，對混凝土性能影響較大的砂、外加劑材料的大部分性能、技術(shù)指標(biāo)都在其相關(guān)規(guī)范要求內(nèi)，變化較大的是水泥的堿含量指標(biāo)，從1.96%增加到3.24%，堿含量增加了65%。根據(jù)閻培渝等[9]的研究表明：水泥中堿含量過高抑制了水化初期鈣礬石的生成，過渡性水化產(chǎn)物鉀石膏生成量增加，尤其是低C3A含量的水泥漿體中迅速出現(xiàn)大量板狀鉀石膏晶體，導(dǎo)致其流變性能急劇下降。據(jù)此，該項目預(yù)制T梁表觀氣泡陡然劇增、內(nèi)部不密實的主因是水泥堿含量增高所致。其影響機(jī)理為：水泥堿含量的增高，致使水泥漿體的流變性能變差，混凝土在生產(chǎn)、流動、振搗的過程中，裹入的氣體受拌和水、水泥顆粒的摩擦，產(chǎn)生表面張力較大的氣泡，因水泥漿體的流變性能差，水泥漿體不易排擠出其中裹入的氣泡，致使混凝土內(nèi)部孔洞多、不密實[10]；與模板接觸的混凝土表面，內(nèi)部氣泡受振搗后向模板聚集，因水泥漿體的流變性差，受振破裂后，水泥漿體不易愈合，形成密集的孔洞、氣泡[11]。另外，進(jìn)入冬季，氣溫降低會降低水化進(jìn)程[12]，并使脫模油的黏度變大，使氣泡難以溢出，更易造成氣泡在模板聚集。

3 解決方案及實施效果

3.1 制定方案

因水泥市場地位及變更水泥配方周期較長，特別是水泥的性能檢測指標(biāo)依據(jù)規(guī)范GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》對水泥堿含量這個指標(biāo)又沒有提出具體限制；砂子屬于資源性地材，可選擇性小。從經(jīng)濟(jì)性上考量，需盡快恢復(fù)正常生產(chǎn)，就得短、平、快地解決這種因水泥流變性能差而造成的混凝土氣泡多、密實性差的問題，在盡可能保持現(xiàn)有工藝前提下，提出了從外加劑和脫模介質(zhì)2方面進(jìn)行調(diào)整的方案，主要措施如下：

1) 調(diào)整外加劑，以適應(yīng)當(dāng)前材料性能變化。通過外加劑來消泡、引氣[13]，以改善T梁混凝土的流變性能。消泡使有害、多害氣泡數(shù)量減少、氣泡表面張力減小；引氣是引入小粒徑的無害氣泡，使混凝土流動性能更好。

2) 優(yōu)化砂、石級配[14]，以降低混凝土的孔隙率。

3) 比較不同脫模介質(zhì)(脫模劑和機(jī)油)對氣泡消除、溢出的效果[15]。

3.2 實施情況及效果

方案調(diào)整后的混凝土狀態(tài)見圖4。從圖4可知，框圖A是氣泡相對較多的B部位的細(xì)部放大。混凝土表面的氣泡少、粒徑小、易破裂，整體上流變性能好。

圖4 新方案后的混凝土狀態(tài)

對試驗梁的模板分別涂刷脫模劑和機(jī)油進(jìn)行對比，試驗梁腹板混凝土表觀見圖5。由圖5(a)可以看出，刷脫模劑后，基本無氣泡，只有馬蹄部位有些許；由圖5(b)可以看出，刷機(jī)油，有個別異常不規(guī)格的大氣孔。試驗梁內(nèi)部混凝土致密、氣泡少，鉆芯取樣見圖6。

(a) 澆筑模板使用脫模劑

(b) 澆筑模板使用機(jī)油

圖6 試驗梁鉆芯

綜上，通過外加劑消泡、引氣能改善混凝土的流變性能，消減了T梁混凝土的內(nèi)部氣泡；在低溫下使用機(jī)油，混凝土表面易形成油泡、水泡，但使用脫模劑能大大改善混凝土表觀。

按照調(diào)整后的方案進(jìn)行實體梁澆筑，其表面光潔、致密，基本無氣孔，見圖7。

圖7 新方案后T梁外觀

4 結(jié)束語

通過以上研究，得出以下結(jié)論：

1) 研究和實踐表明，高堿含量的水泥通過影響混凝土的流變性能，從而引起T梁表觀多泡、內(nèi)部不密實的問題。

2) 通過優(yōu)化調(diào)整外加劑的性能，能消減部分砂、石級配不良引起的孔隙率，改善了因水泥流變性能差引起的表觀氣泡、內(nèi)部密實性問題。

3) 在冬季使用脫模劑可防止因溫度降低致使油品變稠而出現(xiàn)的混凝土表觀油泡、水泡問題，減少T梁表觀氣泡，延緩有害物質(zhì)對T梁的滲透。

4) 重慶城開高速通過對原材料的調(diào)查、選用，對配合比設(shè)計比選和研究，并反復(fù)試驗和實踐，找出了混凝土氣泡產(chǎn)生的根源，并提出了有效的解決措施，從本源上提高了工程的施工質(zhì)量，提高了經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約了社會成本。