裝配式混凝土構(gòu)件表面氣泡影響因素的研究分析Study and Analysison Bubbles Influential Factorson Prefabricated Concrete ComponentSurface

董恒瑞，李　城，石從黎，林宗浩（重慶建工新型建材有限公司，重慶4022；2重慶市建筑材料與制品工程技術(shù)研究中心，重慶4022）

裝配式混凝土構(gòu)件表面氣泡影響因素的研究分析
Study and Analysison Bubbles Influential Factorson Prefabricated Concrete ComponentSurface

董恒瑞1，2，李城1，2，石從黎1，林宗浩1
（1重慶建工新型建材有限公司，重慶401122；2重慶市建筑材料與制品工程技術(shù)研究中心，重慶401122）

隨著裝配式建筑的大力推廣，“高強(qiáng)、耐久、經(jīng)濟(jì)、美觀”的裝配式混凝土構(gòu)件必將廣泛應(yīng)用于房建及市政工程中。該文針對(duì)某車(chē)間生產(chǎn)的裝配式混凝土構(gòu)件表面出現(xiàn)的不同程度的氣泡問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)分析和中試試驗(yàn)驗(yàn)證，指出了裝配式混凝土構(gòu)件表面氣泡問(wèn)題產(chǎn)生的原因、技術(shù)角度和生產(chǎn)環(huán)節(jié)改善的關(guān)鍵。

裝配式混凝土構(gòu)件；表面氣泡；工作性；成型制度；脫模劑

0　引言

政府工作報(bào)告提出“要積極推廣綠色建筑和建材，大力發(fā)展裝配式建筑，提高建筑技術(shù)水平和工程質(zhì)量”的重要目標(biāo)。裝配式混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)是發(fā)展裝配式建筑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

車(chē)間生產(chǎn)裝配式構(gòu)件過(guò)程中部分構(gòu)件表面存在大量尺寸不等的表面氣泡：（1）從構(gòu)件類別：預(yù)制樓梯板和梁出現(xiàn)表面氣泡的概率和數(shù)量較多，部分氣泡直徑達(dá)到10mm以上并能看到裸露的粗骨料，裝配墻板表面出現(xiàn)氣泡較少；（2）從氣泡分布：樓梯板多出現(xiàn)在垂直澆筑方向偏上部、踏板和踢板處以及兩端梯段休息平臺(tái)處，梁多出現(xiàn)在兩端鋼筋加密處及預(yù)埋線管密集處，部分出現(xiàn)在中上部，隔墻板主要集中在兩端及榫口處。這些氣泡不僅嚴(yán)重影響構(gòu)件的美觀，還會(huì)降低混凝土的耐久性，為此，研究和解決構(gòu)件表面氣泡問(wèn)題，具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1　試驗(yàn)研究對(duì)象及分析

混凝土構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中表面氣泡的產(chǎn)生主要分兩個(gè)階段：第一階段是新拌混凝土內(nèi)部的引氣氣泡和包裹的空氣氣泡經(jīng)動(dòng)力壓實(shí)作用匯聚成大氣泡振動(dòng)上浮逸出到表面；第二階段是逸出到表面的氣泡未能獲得更大的能量突破模板的束縛排出到空氣中而附著在模板上［1］，在混凝土硬化后氣泡破裂形成表面缺陷。因此，要解決混凝土表面氣泡問(wèn)題一方面要優(yōu)化原材料和配合比設(shè)計(jì)，改善混凝土工作性能；另一方面是改善生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，如選用表面光滑的模板、親水性脫模劑、最佳的成型制度等以利于氣泡的排出。

1.1考察混凝土自身因素的影響

混凝土是生產(chǎn)裝配式構(gòu)件的最主要材料，其工作性能不良可能是導(dǎo)致氣泡不易排出的主要兇手?；炷帘砻鏆馀萑毕莓a(chǎn)生的現(xiàn)象級(jí)原因是在模板的束縛下，附在模板表面的大氣泡破裂產(chǎn)生諸多尺寸不一的氣孔，更深層的原因與混凝土本身的特性有關(guān)，如流動(dòng)性、粘聚性等工作性能、配合比和組成材料的變化等［2］。

試驗(yàn)選取生產(chǎn)車(chē)間具有代表性的三種不同工作性能的混凝土（編號(hào)分別為SY-1、SY-2、SY-3），采用車(chē)間工藝澆筑預(yù)制疊合梁，將表面氣泡情況進(jìn)行對(duì)比。三種混凝土的生產(chǎn)配合比分別見(jiàn)表1，所用原材料、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)均一致。

表1　混凝土配合比

（a）SY-1混凝土預(yù)制梁

SY-1混凝土初始坍落度T為160mm，SY-2混凝土初始坍落度T為195mm，SY-3混凝土初始坍落度T為225mm；車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程中每罐混凝土材料從攪拌運(yùn)至生產(chǎn)線到澆筑完畢大約需要1～1.5h，采用車(chē)間所用的插入式振搗方式進(jìn)行振搗成型，至表面無(wú)明顯氣泡冒出為止。三種工作性能不同的混凝土所制備的預(yù)制梁構(gòu)件見(jiàn)圖1。

由圖1可知：隨著混凝土坍落度的增大，構(gòu)件出現(xiàn)表面氣泡的數(shù)量減少、平均氣泡尺寸降低，說(shuō)明混凝土工作性能增大可降低構(gòu)件表面出現(xiàn)氣泡的概率，工作性提高對(duì)混凝土平均氣泡直徑及比表面積、氣泡的孔徑分布等特征產(chǎn)生較顯著的影響。另外、結(jié)合SY-1、SY-2、SY-3混凝土配合比和表面情況對(duì)比可知：增加膠材用量，可減少混凝土構(gòu)件出現(xiàn)“泛砂”、“砂線”情況發(fā)生，進(jìn)一步提高混凝土表面密實(shí)度，降低氣泡遇阻滯留情況的發(fā)生。

圖1　不同混凝土預(yù)制梁表面氣泡分布情況

1.2考察成型制度因素的影響

新拌混凝土振搗的過(guò)程也是內(nèi)部氣泡匯聚排出的過(guò)程，振搗效果直接影響混凝土構(gòu)件的表面質(zhì)量。在車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)考察不同成型方法、不同振實(shí)時(shí)間等因素對(duì)混凝土表面氣泡的影響。

1.2.1振動(dòng)成型和振搗成型

試驗(yàn)隨機(jī)選取車(chē)間生產(chǎn)構(gòu)件用的混凝土，其中坍落度190mm、粘聚性良好、保水性良好，試驗(yàn)選用與模板相同材質(zhì)的鑄鐵試模，尺寸150× 150×150mm，模擬澆筑成型過(guò)程。拆模后標(biāo)記表面氣泡并統(tǒng)計(jì)表面氣泡尺寸和數(shù)量，如圖2-圖4所示。

圖2　試件表面氣泡標(biāo)記

圖3　振動(dòng)時(shí)間對(duì)試樣表面氣泡數(shù)量的影響

圖4　振搗時(shí)間對(duì)試樣表面氣泡數(shù)量的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明：混凝土表面5mm以上的氣泡數(shù)量先減少后增多，2mm以上的總氣泡數(shù)量呈現(xiàn)先增多后減少，考慮到表面有害氣泡直徑一般在5mm以上，故認(rèn)為5mm以上氣泡數(shù)量最少的成型時(shí)間即是最佳成型時(shí)間，該試驗(yàn)是40s；振動(dòng)時(shí)間小于最佳時(shí)間將導(dǎo)致試件表面氣泡數(shù)量增加，大于最佳成型時(shí)間導(dǎo)致5mm以上的大氣泡也增加?；炷琳駬v成型時(shí)，也存在一個(gè)最佳的成型時(shí)間，該試驗(yàn)是50s；在振搗成型50s時(shí)試件表面總氣泡數(shù)最少，但振搗成型40s時(shí)的5mm及以上的氣泡數(shù)量反而少于50s時(shí)同尺寸的氣泡數(shù)量。

在混凝土預(yù)制構(gòu)件成型時(shí)，外界振動(dòng)波對(duì)氣泡排放作用不同，作用力效應(yīng)半徑的不同對(duì)不同半徑氣泡的破壞力也不同［3］，振搗和振動(dòng)成型均可有效排出氣泡，但存在一個(gè)最佳成型制度。

1.2.2浮漿層及內(nèi)部氣泡情況

將振搗成型的試件劈開(kāi)后觀察內(nèi)部浮漿層厚度及內(nèi)部氣泡的分布，見(jiàn)圖5-圖8所示。

圖5　振搗10s時(shí)混凝土內(nèi)部形貌

圖6　振搗20s時(shí)混凝土內(nèi)部形貌

圖7　振搗40s時(shí)混凝土內(nèi)部形貌

圖8　振搗60s時(shí)混凝土內(nèi)部形貌

對(duì)比可知：試件內(nèi)部氣泡數(shù)量與表面數(shù)量的變化規(guī)律是一致的；但振搗時(shí)間越長(zhǎng)，試件浮漿層越厚。

以試件“表面氣泡”、“內(nèi)部氣泡”和“浮漿層厚度”三項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)判依據(jù)，可知：振動(dòng)成型或者振搗成型時(shí)均存在最佳時(shí)間，伏文勇［4］也認(rèn)為存在一個(gè)最佳振動(dòng)時(shí)間T，大于或小于最佳成型時(shí)間都將影響混凝土的表面質(zhì)量和均勻性，所以在構(gòu)件生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)混凝土流動(dòng)性的不同、鋼筋疏密不同，選擇合適的振搗或振動(dòng)成型時(shí)間，振搗時(shí)間不足將導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件排氣不充分表面氣泡數(shù)量較多，振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也易造成表面氣泡數(shù)量增多并引起浮漿層增厚。

1.3考察脫模材料因素的影響

由于模板的材質(zhì)、平整度、脫模劑種類等對(duì)混凝土氣泡排出也有影響，在成型時(shí)附著在模板表面的混凝土經(jīng)振搗器動(dòng)力壓實(shí)作用氣泡匯集、破裂在模板位置產(chǎn)生凹凸不平的氣孔并上浮。

試驗(yàn)采用200×200×500mm透明立柱體試模觀察表面噴涂水性脫模劑和油性脫模油對(duì)混凝土表面排氣過(guò)程的影響，試驗(yàn)用混凝土從車(chē)間生產(chǎn)線隨機(jī)選取。表面排氣情況見(jiàn)圖9。

圖9　混凝土振搗成型時(shí)排氣情況

從圖9表面氣泡分布直觀情況看出：采用水性脫模劑更有利于氣泡的排出，成型過(guò)程中混凝土表面氣泡直徑小、氣泡少、外觀質(zhì)量好。使用脫模油時(shí)則試塊表面氣泡直徑較大，分布較密集，外觀質(zhì)量差。使用水性脫模劑能有效解決混凝土表面氣泡的問(wèn)題。

水性脫模劑是一種親水性聚合物，能夠均勻地涂刷在模板表面，降低混凝土與模板之間的界面結(jié)合力，使氣泡容易逸出破滅，減少混凝土表面氣泡數(shù)量［5］；脫模劑中含有一定的消泡成分，有利于氣泡的破滅或向內(nèi)部移動(dòng)，減小混凝土表面氣泡直徑，并降低氣泡數(shù)量；脫模劑附著于成型物和模具之間直接起到隔離作用有利于改善混凝土表觀質(zhì)量［6］。

2　中試試驗(yàn)驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證車(chē)間試驗(yàn)結(jié)論的準(zhǔn)確性、適用性，在上述試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行中試模擬試驗(yàn)，進(jìn)一步論證其可行性。

隨機(jī)選用車(chē)間C20、C30、C40混凝土澆筑350×400×2000mm預(yù)制梁，混凝土坍落度控制在190～210mm，采用西卡水性脫模劑，在研發(fā)中心成型室進(jìn)行制作，采用插入式振搗成型，所制備梁構(gòu)件見(jiàn)圖10，三組預(yù)制梁表面均未出現(xiàn)大面積氣泡。

圖10　中試混凝土預(yù)制梁構(gòu)件

3　結(jié)論

在車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的裝配式混凝土構(gòu)件表面氣泡問(wèn)題的原因是多方面的，本文通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比和中試驗(yàn)證認(rèn)為改善上述情況的措施包括：

（1）增大混凝土的工作性，適當(dāng)提高膠凝材料用量可明顯降低表面氣泡出現(xiàn)的概率。

（2）成型制度影響混凝土內(nèi)部氣泡的排放進(jìn)程，振搗時(shí)間不足不利于氣泡的排放，振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將增大浮漿層層厚，影響裝配構(gòu)件結(jié)構(gòu)安全。

（3）脫模材料影響氣泡在模板上的排出效果，水性脫模劑效果優(yōu)于脫模油。

［1］王迎春，陳柏連，嚴(yán)建軍，等.三峽工程混凝土表面氣泡形成原因分析［J］.材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，21（1）：41-43.

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責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

With the tremendouspromotion of prefabricated construction,theprefabricated concrete componentsof"high strength,long durability,economy,and beauty"are definitely largely applied in residentialbuildingsandmunicipalengineering.Thispaper summaries,analyzes and verifies thebubble problems of differentdegreeson prefabricated concrete componentssurface in aworkshop,and pointsout the causesand improvementkey pointsat technicaland production stages.

prefabricated concrete component;surfacebubbles;workability;molding system;mold discharging agent

TU 528

A

1671-9107（2016）10-0054-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2016.10.54

2016-07-22

董恒瑞（1988-），男，河南商丘人，本科，初級(jí)工程師，主要從事混凝土相關(guān)技術(shù)研究與管理。