公路預(yù)應(yīng)力混凝土空心板表面氣泡成因及對(duì)策

裘智輝

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

由于工廠化生產(chǎn)在質(zhì)量控制、進(jìn)度保障和文明施工等方面較現(xiàn)澆混凝土具有明顯的優(yōu)越性，場(chǎng)地預(yù)制已成為我國(guó)在建高速公路梁板生產(chǎn)的主要形式。預(yù)應(yīng)力混凝土空心板具有自重輕、建筑高度小、施工工藝簡(jiǎn)便、吊裝運(yùn)輸安全、易工廠化生產(chǎn)等特點(diǎn)，在我國(guó)新建、改擴(kuò)建高速公路橋梁建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于預(yù)應(yīng)力混凝土空心板的腹板厚度小，且腹板下部多設(shè)計(jì)為“馬蹄”結(jié)構(gòu)，造成了振搗時(shí)混凝土中氣泡不易排出，拆模后腹板尤其是“馬蹄”斜坡面表面氣泡較多且集中，影響混凝土外觀質(zhì)量。隨著混凝土新技術(shù)、新工藝的發(fā)展，人們對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)混凝土外觀質(zhì)量的要求越來(lái)越高，公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中也將外觀質(zhì)量作為質(zhì)量評(píng)定的一項(xiàng)重要指標(biāo)［1］。過(guò)多氣泡的存在和集中不僅影響混凝土的外觀，而且一定程度上降低混凝土表面的密實(shí)度，加速混凝土表面碳化的進(jìn)程，從而降低混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性［2］。因此，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土空心板氣泡的成因進(jìn)行分析并確定減少氣泡產(chǎn)生的應(yīng)對(duì)措施，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 成因分析

在混凝土的攪拌均化過(guò)程中，大量的空氣以大小不一的氣泡形式被包裹在混凝土內(nèi)部。對(duì)混凝土進(jìn)行振搗，就是排出這些空氣以達(dá)到密實(shí)混凝土的目的。因此，混凝土表面氣泡的形成原因應(yīng)從結(jié)構(gòu)構(gòu)造、振搗工藝和混凝土質(zhì)量穩(wěn)定等因素進(jìn)行分析。

1.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)造的影響

根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，空心板分為中板和邊板兩種形式，跨中斷面圖如圖1及圖2所示。從圖中可以看出，中板和邊板下腹板部位均設(shè)計(jì)為“馬蹄”形，混凝土振搗時(shí)氣泡上浮至“馬蹄”斜坡面時(shí)受到模板阻隔，氣泡不能被順利排出而發(fā)生積聚。同時(shí)，由于腹板內(nèi)預(yù)設(shè)有數(shù)量較多的預(yù)應(yīng)力管道，對(duì)混凝土的有效振搗增加了難度，進(jìn)一步加劇了“馬蹄”斜坡面氣泡的堆積。

1.2 施工工藝的影響

由于空心板建筑高度低，混凝土用量少，部分施工單位未嚴(yán)格執(zhí)行分層分段澆筑工藝，工藝控制比較隨意。多數(shù)施工單位在底板混凝土澆筑完成后，將腹板和頂板混凝土一次澆筑成型，個(gè)別施工單位甚至將底板、腹板和頂板混凝土一次澆筑成型。隨意性較大的澆筑工藝，一方面導(dǎo)致混凝土分層澆筑厚度過(guò)大，振搗時(shí)混凝土氣泡溢出行程較長(zhǎng)，排出困難;另一方面，使得充分振搗發(fā)生困難，無(wú)法避免出現(xiàn)漏振現(xiàn)象。脫模劑的類型也是造成混凝土產(chǎn)生氣泡，尤其是針眼式小氣泡的一個(gè)因素。油性脫模劑粘度大，對(duì)氣泡具有極大的吸附性，氣泡一旦與之接觸便被吸附在模板上并成型于混凝土表面;水性脫模劑粘度小，對(duì)氣泡的吸附較弱，不會(huì)因吸附氣泡造成氣泡在機(jī)械振搗作用下不易排出［3］。

圖1 邊板跨中斷面圖

圖2 中板跨中斷面圖

1.3 混凝土質(zhì)量的影響

混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定也是混凝土表面產(chǎn)生氣泡的另一原因［4］?；炷临|(zhì)量不穩(wěn)定包括混凝土坍落度和含氣量的過(guò)大波動(dòng)、混凝土離析導(dǎo)致的漿骨分離等。造成混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定的主要因素有:原材料質(zhì)量不穩(wěn)定，未嚴(yán)格按配合比混凝土，現(xiàn)場(chǎng)澆筑及振搗工藝隨意變更等。

2 應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)空心板混凝土表面氣泡的成因分析，從設(shè)計(jì)、施工和混凝土材料三個(gè)方面確定降低空心板混凝土表面氣泡的基本措施。技術(shù)思路是:

1)減小“馬蹄”變截面的角度或者設(shè)置排氣孔;2)采用表面光滑的模板并涂刷水性脫模劑;3)采用水平分層的布料工藝。根據(jù)空心板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分層布料，避免混凝土封閉“馬蹄”面并選用合適的振搗器;4)提高混凝土材料的均勻性。按照顆粒緊密嵌擠的原則進(jìn)行混凝土配合比的設(shè)計(jì)，重視混凝土生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制混凝土的入模坍落度。空心板“馬蹄”形的結(jié)構(gòu)形式是造成混凝土澆筑成型時(shí)阻礙氣泡上浮溢出的主要原因。因此，施工和混凝土材料方面的技術(shù)措施不能完全有效地解決“馬蹄”斜坡面混凝土氣泡較多的問(wèn)題，應(yīng)進(jìn)一步尋求其他技術(shù)途徑。

透水模板布在解決混凝土表面氣泡問(wèn)題上的應(yīng)用逐漸興起［5，6］，其作用機(jī)理是:澆筑混凝土后，在混凝土內(nèi)部壓力、振搗棒機(jī)械振搗和透水模板布的毛細(xì)作用共同作用下，混凝土中的氣泡以及表面部分游離的水分由混凝土內(nèi)部向表面遷移，并通過(guò)透水模板布中間層排出，可以有效減少混凝土表面的氣泡，同時(shí)增強(qiáng)混凝土表面的密實(shí)程度。作用機(jī)理如圖3所示。使用時(shí)將透水模板布通過(guò)強(qiáng)力膠粘貼于鋼模板表面從而使模板具有透水和透氣的功能，拆模時(shí)透水模板布隨模板一起脫離混凝土結(jié)構(gòu)。

3 工程實(shí)例

某高速公路改擴(kuò)建工程二標(biāo)梁場(chǎng)場(chǎng)地預(yù)制的中板混凝土表面氣泡較多，尤其是“馬蹄”斜坡面氣泡較集中，見(jiàn)圖4。在該梁場(chǎng)開(kāi)展透水模板布的對(duì)比應(yīng)用試驗(yàn)。

圖3 透水模板布作用機(jī)理

圖4“馬蹄”斜坡面氣泡積聚

3.1 試驗(yàn)方案

采用比對(duì)試驗(yàn)的方式，在一側(cè)腹板模板內(nèi)襯透水模板布，另一側(cè)按照傳統(tǒng)的方法涂刷脫模劑，比較透水模板布的效果;板高80 cm，采取分兩層的布料方式，第一層布料高度控制在“馬蹄”面以下，第二層布到頂板;嚴(yán)格控制混凝土的入模坍落度在180 mm以內(nèi)。

3.2 混凝土配合比的驗(yàn)證

應(yīng)用試驗(yàn)前，在試驗(yàn)室對(duì)混凝土配合比進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，混凝土配合比見(jiàn)表1。

表1 混凝土配合比

經(jīng)驗(yàn)證，拌合物和易性較理想、含氣量適宜，見(jiàn)圖5。

3.3 應(yīng)用試驗(yàn)

混凝土到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，抽查坍落度為180 mm，含氣量為2.8%，符合設(shè)計(jì)要求。按照設(shè)定的試驗(yàn)方案開(kāi)始澆筑混凝土。

圖5 拌合物狀態(tài)和含氣量試驗(yàn)示意圖

3.4 效果及結(jié)論

內(nèi)襯透水模板布和涂刷脫模劑的混凝土外觀質(zhì)量如圖6，圖7所示。

圖6 內(nèi)襯透水模板布的混凝土外觀質(zhì)量示意圖

圖7 涂刷脫模劑的混凝土外觀質(zhì)量示意圖

從圖6，圖7可以看出，拆模后兩側(cè)混凝土的外觀有顯著的差別，內(nèi)襯透水模板布的一側(cè)混凝土表面光滑，沒(méi)有氣泡;涂刷脫模劑的一側(cè)混凝土表面存在大小不一的氣泡。應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表明，透水模板布在消除中板混凝土表面的氣泡有顯著效果。

4 結(jié)語(yǔ)

空心板混凝土表面氣泡是預(yù)制空心板外觀質(zhì)量常見(jiàn)的問(wèn)題，空心板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、混凝土澆筑工藝不嚴(yán)格，以及混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定是表面氣泡產(chǎn)生的主要原因。應(yīng)用試驗(yàn)表明，采用透水模板布襯里技術(shù)，并嚴(yán)格控制混凝土的澆筑工藝和質(zhì)量穩(wěn)定，可大幅度的降低空心板混凝土表面氣泡產(chǎn)生的幾率，有效提高混凝土的表觀質(zhì)量，值得推廣應(yīng)用。

［1］JTG F80/1-2004，公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］馮乃謙，刑 鋒.混凝土與混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009:106-107.

［3］張 童，胡 楊.泵送混凝土墻體表面氣泡產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施［J］.建筑技術(shù)，2010(1):45-46.

［4］陳建奎.混凝土外加劑原理與應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2004:612-613.

［5］田正宏，百凱國(guó)，朱 靜.透水模板布改善混凝土表層質(zhì)量試驗(yàn)研究［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008(1):146-150.

［6］秦明強(qiáng)，雷宇芳，汪發(fā)紅.透水模板布對(duì)海工混凝土性能影響研究［J］.施工技術(shù)，2008(12):23-27.