預(yù)制T梁混凝土表面氣泡成因分析與防治

封期光

(湖南雁揚(yáng)交通建設(shè)咨詢(xún)監(jiān)理有限公司)

1 工程概況

湖南省新化至溆浦高速公路第8 合同段，主線(xiàn)全長(zhǎng)2.7 km。合同段有40 mT 梁190 片，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50;于2010年7月24 日開(kāi)始預(yù)制，計(jì)劃2011年4月底全部預(yù)制完成。在施工中采用泵送商品混凝土、機(jī)械振搗的方式進(jìn)行澆筑。

2 問(wèn)題的提出

2.1 問(wèn)題現(xiàn)象

通過(guò)對(duì)該合同段2010年7月24 日至2010年8月31 日期間預(yù)制的17 片40 mT 梁混凝土進(jìn)行檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)該17片T 梁混凝土表面存在氣泡偏多現(xiàn)象。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，T 梁混凝土表面氣泡含量平均值為46 個(gè)/m2。當(dāng)混凝土表面出現(xiàn)的氣泡大于規(guī)范要求時(shí)，則會(huì)降低混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度:由于氣泡較大，減少了混凝土的斷面體積，致使混凝土內(nèi)部不密實(shí)，從而降低混凝土的強(qiáng)度;降低混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能:由于混凝土表面出現(xiàn)了大量的氣泡，減少了鋼筋保護(hù)層的有效厚度，加速了混凝土表面碳化的進(jìn)程;嚴(yán)重影響了混凝土的外觀(guān)。因此，需要分析預(yù)制橋梁混凝土結(jié)構(gòu)表面氣泡的成因，減少混凝土表面氣泡含量。

2.2 原因分析

氣泡缺陷的產(chǎn)生原因是多方面的，從骨料、外加劑、水泥、混凝土澆注過(guò)程中的振搗，以及澆注后的脫模養(yǎng)護(hù)等方面都可能混凝土產(chǎn)生氣泡缺陷。

(1)原材料

水泥在混凝土拌合中采用較小水泥用量或比表面積較小的水泥則最終拌合物內(nèi)氣泡則較難上升逸出。

模板施工所用模板表面不光滑或由于模板表面脫模劑粘結(jié)度太大而可將氣泡黏住也會(huì)導(dǎo)致氣泡不宜逸出;若施工采用剛模板則需采用油性脫模劑，在振搗過(guò)程中內(nèi)部自由水和氣泡向兩側(cè)及上部走動(dòng)導(dǎo)致鋼模與混凝土接觸部位水、氣量較大，且由于采用的油性脫模劑具有一定粘滯力造成該部分水和氣泡不易逸出而在混凝土表面形成氣泡;而木模板則采用水性脫模劑，其粘滯力較小則利于內(nèi)部氣泡排出。

骨料級(jí)配施工中若采用的骨料級(jí)配不合理，如粗骨料用量較大或骨料大小不當(dāng)以及粗骨料內(nèi)針片狀顆粒含量較大和拌合中實(shí)際采用的砂率小于實(shí)驗(yàn)室提供砂率，最終導(dǎo)致細(xì)骨料用量不足以填充粗骨料間隙，最終導(dǎo)致骨料不密實(shí)而在內(nèi)部形成自由空隙，則大大增加了氣泡產(chǎn)生的可能性。

水灰比混凝土內(nèi)水泥的作用主要起保證混凝土強(qiáng)度作用，在滿(mǎn)足其強(qiáng)度的前提下增加水泥用量且減少水的用量，則多余的水泥凈漿可將由于集料級(jí)配不合理或其他因素導(dǎo)致的空隙填塞，同時(shí)水量減小可減少水分蒸發(fā)過(guò)程中自由水形成氣泡的量，因而可在一定程度上減小氣泡產(chǎn)生;拌合過(guò)程中水泥用量較少則水和水泥水化反應(yīng)消耗的水量較少，則相對(duì)自由水部分較多因而氣泡形成機(jī)率增大，因而合理確定水灰比對(duì)氣泡產(chǎn)生起著決定性作用。

摻合料混凝土拌合中在保證其強(qiáng)度的前提下一般采取添加粉煤灰等作為摻合料代替部分水泥以改善混凝土的和易性，便于其曾好的填塞骨料間隙減少氣泡產(chǎn)生，并可在一定程度降低成本，但若摻合料用量過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致混凝土粘度過(guò)大而影響氣泡外排而形成墻體表面氣泡。

外加劑為了保證泵送混凝土的可泵性通常在攪拌過(guò)程中引氣劑，但不同的引氣劑在混凝土內(nèi)存在狀態(tài)也不同，部分引氣劑可在混凝土內(nèi)形成較大氣泡，且該類(lèi)氣泡表面能很低容易形成連通性較大的氣泡，在混凝土振搗時(shí)一旦振搗不充分則很容易導(dǎo)致表面氣泡產(chǎn)生;或摻加木質(zhì)素磺酸鹽、腐植酸鹽等減水劑，其可降低液氣界面張力并具有一定的引氣作用，即其可吸附于固液界面并可吸附于液氣界面，因而宜在混凝土內(nèi)形成微小氣泡，但該氣泡在混凝土運(yùn)送過(guò)程中不沁水、不離析因而在澆筑后不易外排而導(dǎo)致混凝土表面氣泡產(chǎn)生。

(2)攪拌時(shí)間

攪拌時(shí)間是混凝土拌和工作中最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，如果在攪拌的時(shí)候時(shí)間過(guò)短的化，則很容易導(dǎo)致混凝土材料攪拌不均勻，這就使得內(nèi)部氣泡的密集程度也存在著一定的不同，因而不利于氣泡的排放，若是攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則容易引起混凝土內(nèi)部含有氣泡的增加。因此在施工的時(shí)候做好攪拌時(shí)間的合理控制便顯得十分重要。

(3)溫度變化

一般而言，在混凝土澆筑完成之后，混凝土在硬化的時(shí)候必然會(huì)受到水泥水化熱的影響而產(chǎn)生溫度變動(dòng)。同時(shí)在這個(gè)環(huán)節(jié)也極容易受到周?chē)鷾囟?、濕度的影響而產(chǎn)生收縮和膨脹問(wèn)題，這些問(wèn)題的產(chǎn)生不僅容易造成混凝土表面產(chǎn)生大量的氣泡，同時(shí)還會(huì)造成混凝土出現(xiàn)收縮或者是膨脹裂縫，且該類(lèi)氣泡是一種隨著溫度變化而擴(kuò)張和合攏的特征。在這些氣泡擴(kuò)張和收縮的時(shí)候，如果環(huán)境溫度過(guò)低，那么氣泡體積會(huì)變小，承載力變大且不容易形成聯(lián)通氣泡破裂，當(dāng)混凝土面層水泥漿體強(qiáng)度小于氣泡強(qiáng)度則氣泡體積隨環(huán)境溫度而變化，導(dǎo)致周?chē)酀{體也隨之變化，但當(dāng)水泥漿體強(qiáng)度達(dá)到一定值時(shí)則不在隨氣泡體積變化而變化，若此時(shí)恰逢氣泡體積最大則將導(dǎo)致在混凝土表面產(chǎn)生氣泡，且該類(lèi)現(xiàn)象在大體積混凝土表面或溫差變化較大的環(huán)境中更為明顯。

3 減少預(yù)制T 梁混凝土表面氣泡對(duì)策

針對(duì)此次17 片T 梁混凝土表面氣泡缺陷過(guò)多的種種影響因素，提出以下預(yù)防和改進(jìn)措施。

3.1 通過(guò)對(duì)減水劑摻入一定量的消泡劑，以降低混凝土中的氣泡含量

(1)通過(guò)在減水劑中摻不同劑量的消泡劑，并同步檢測(cè)相應(yīng)混凝土中的含氣量。

在0‰～9‰的摻量?jī)?nèi)按每1‰的遞增摻量，對(duì)LNK－G300 聚酸高效減水劑中添加SH × PJMP－317 型消泡劑。并采用混凝土含氣量測(cè)定儀對(duì)混凝土含氣量進(jìn)行檢測(cè)。

(2)測(cè)試不同含氣量混凝土的抗壓強(qiáng)度、工作性能等指標(biāo)，確定最佳消泡劑摻量。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)表明:混凝土中摻加一定量的消泡劑，可以改善混凝土的含氣量，隨著消泡劑摻量的增加，混凝土的含氣量先減小后增大，并且在此過(guò)程中，混凝土的強(qiáng)度和工作性能也隨之變化(見(jiàn)圖1)。

圖1 消泡劑摻入量與混凝土含氣量折線(xiàn)圖

根據(jù)圖1 對(duì)比分析確定消泡劑最佳摻量為3‰，在保證混凝土抗壓強(qiáng)度、工作性能的前提下，使混凝土的含氣量控制在2.5%。

3.2 改善原來(lái)的插入式振動(dòng)棒振搗方法，提高振搗效果

插入式振搗方法為垂直振搗，即插入式振動(dòng)棒與混凝土表面垂直，操作要做到“快插慢拔”;混凝土分層灌注時(shí)，每層混凝土的厚度應(yīng)不超過(guò)插入式振動(dòng)棒長(zhǎng)的1.25 倍;每一插點(diǎn)要掌握好振搗時(shí)間，一般每一振搗點(diǎn)的振搗時(shí)間為20～30 s 為宜，以混凝土表面不再顯下沉、不再出現(xiàn)氣泡、表面泛出灰漿為準(zhǔn);插入式振動(dòng)器插點(diǎn)要均勻排列，可采用“行列式”或“交錯(cuò)式”的次序移動(dòng)，但不可混用，以免漏振，每次移動(dòng)的距離不得超出插入式振動(dòng)棒的作用半徑。

3.3 精確控制附著式高頻振動(dòng)器振動(dòng)時(shí)間

(1)選定、安裝萬(wàn)用自控高頻機(jī)。

通過(guò)對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，選定ZE150D 萬(wàn)用自控高頻機(jī)對(duì)附著式高頻振動(dòng)器進(jìn)行自動(dòng)控制。

(2)確定附著式高頻振動(dòng)器的振動(dòng)時(shí)間。

由施工技術(shù)人員對(duì)附著式高頻振動(dòng)器振動(dòng)時(shí)間與T 梁混凝土表面氣泡含量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(圖2)。

圖2 振動(dòng)時(shí)間與混凝土表面氣泡折線(xiàn)圖

通過(guò)對(duì)高頻振動(dòng)器振動(dòng)時(shí)間與氣泡數(shù)量統(tǒng)計(jì)表分析發(fā)現(xiàn):振動(dòng)時(shí)間在50 s 時(shí)，T 梁混凝土表面出現(xiàn)砂線(xiàn)，氣泡數(shù)量減少，但是，隨著振動(dòng)時(shí)間的增加，砂線(xiàn)漸趨嚴(yán)重。根據(jù)附著式高頻振動(dòng)器振動(dòng)時(shí)間與T 梁混凝土表面氣泡含量折線(xiàn)圖，確定附著式高頻振動(dòng)器的最佳振動(dòng)時(shí)間:45 s。

3.4 調(diào)整附著式高頻振動(dòng)器位置和布設(shè)

在原有附著式高頻振動(dòng)器布設(shè)位置基礎(chǔ)上，參考其他項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出新的T 梁模板附著式高頻振動(dòng)器布置設(shè)計(jì)圖;并將所有T 梁模板附著式高頻振動(dòng)器位置按新圖紙進(jìn)行了改裝。通過(guò)該對(duì)策的實(shí)施，附著式高振動(dòng)器的位置得到了改進(jìn)，能夠確保T 梁混凝土表面全部振實(shí)到位。

4 改進(jìn)效果

通過(guò)以上對(duì)策實(shí)施完成以后，對(duì)2010年12月1 日～27日期間生產(chǎn)的20 片T 梁混凝土表面氣泡含量進(jìn)行了檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明T 梁混凝土表面氣泡平均含量由原來(lái)的46 m2降至12 m2。

5 結(jié) 論

(1)通過(guò)對(duì)減水劑摻入一定量的消泡劑，以降低混凝土中的氣泡含量;(2)改善原來(lái)的插入式振動(dòng)棒振搗方法，提高振搗效果;(3)選擇適當(dāng)?shù)恼駬v設(shè)備、最佳的振搗時(shí)間、合理的振搗半徑和頻率;(4)調(diào)整附著式高頻振動(dòng)器位置和布設(shè)。

［1］中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程(JGJ55－2000)［S］.北京，2001.

［2］公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG/T F50－2011))［S］.人民交通出版社，2011.

［3］劉秉京.混凝土技術(shù)［M］.人民交通出版社，2004.