橋梁墩臺(tái)身混凝土表面泛砂和氣泡成因分析與控制

范劍雄 上海鐵路局南京鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部

橋梁墩臺(tái)身混凝土表面泛砂和氣泡成因分析與控制

范劍雄 上海鐵路局南京鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部

橋梁墩臺(tái)身混凝土表面出現(xiàn)泛砂和氣泡，是橋梁混凝土施工的常見(jiàn)現(xiàn)象。通過(guò)以海洋鐵路跨沿海高速特大橋墩臺(tái)身施工為例，分析原因并根據(jù)實(shí)際情況提出解決辦法和控制措施。

墩臺(tái)混凝土；泛砂氣泡；成因分析；控制措施

混凝土在澆筑過(guò)程中，由于受到施工工藝、原材料、級(jí)配和水灰比等的影響，混凝土表面易產(chǎn)生泛砂和氣泡等看得見(jiàn)的現(xiàn)象，輕者影響混凝土的美觀，重者影響到整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)的性能。泛砂就是墩身表面混凝土缺少水泥，好像砂子堆積起來(lái)，即砂粒集中現(xiàn)象；氣泡就是混凝土骨料之間的氣體未及時(shí)排出而形成的氣囊。

1 背景

新建海洋鐵路跨沿海高速特大橋，橋跨布置為21-32m+2-24m+2-32m+1-64m鋼桁梁+12-32 m+1-24 m+10-32 m簡(jiǎn)支梁，鉆孔樁基礎(chǔ)，圓端形實(shí)體橋墩，其中墩身最高8.85 m，最低為5.2 m?；炷敛捎冒韬险炯邪韬?，混凝土運(yùn)送車(chē)運(yùn)輸，泵送入模，插入式振動(dòng)器振搗密實(shí)，每墩臺(tái)采用分層連續(xù)澆筑。剛開(kāi)始施工橋墩時(shí)拆模后發(fā)現(xiàn)有些墩身表面皆有不同程度的泛砂和氣泡，外觀質(zhì)量不美觀，雖在規(guī)范允許范圍內(nèi)，不影響墩身內(nèi)在質(zhì)量，但如果不及時(shí)控制，將影響墩臺(tái)身的外觀質(zhì)量和耐久性。

2 泛砂、氣泡的形成原因

針對(duì)該橋墩身出現(xiàn)的泛砂和氣泡現(xiàn)象，參建單位組織有關(guān)人員進(jìn)行研究分析，查找有關(guān)資料并與現(xiàn)場(chǎng)工人、技術(shù)人員進(jìn)行討論交流，制定了切實(shí)有效的控制措施，達(dá)到了理想的效果。

橋墩臺(tái)身混凝土泛砂和氣泡形成的主要原因主要有以下幾個(gè)方面：

2.1 混凝土滯后泌水

混凝土施工是采用泵送工藝，為了能順利泵送，不發(fā)生堵管，混凝土坍落度為160 mm左右，比較大，混凝土澆筑和振搗后，在其初凝前固體骨料顆粒在重力擠壓作用下下沉，水泥漿和水上升，其頂面出現(xiàn)泌水現(xiàn)象（滯后泌水），泌出的水從混凝土內(nèi)部向模板間隙滲出并且把混凝土表面的水泥漿沖走而僅留下細(xì)砂附于混凝土表面而形成泛砂。

2.2 混凝土搗固方式及時(shí)間

墩身施工時(shí)混凝土振搗過(guò)度，產(chǎn)生離析現(xiàn)象，離析產(chǎn)生的水從模板內(nèi)側(cè)流下會(huì)帶走水泥漿出現(xiàn)泛砂；振搗人員在振搗過(guò)程中振搗時(shí)間不足或離模板距離偏大，混凝土內(nèi)氣體未能及時(shí)排出而導(dǎo)致出現(xiàn)氣泡。

2.3 模板脫模劑

現(xiàn)場(chǎng)使用廢機(jī)油或水性脫模劑作為模板脫模劑，廢機(jī)油對(duì)氣泡具有極大的吸附性，混凝土內(nèi)存在的氣泡與之接觸，便會(huì)吸附在模板上也即成型于混凝土結(jié)構(gòu)的表面；水性脫模劑對(duì)混凝土內(nèi)產(chǎn)生的氣泡有吸附的作用，使混凝土內(nèi)的氣泡無(wú)法隨機(jī)械振搗而順著模板的接觸面逐步上升，從而無(wú)法排出混凝土內(nèi)部所產(chǎn)生出來(lái)的氣泡。

2.4 墩身模板間接縫不嚴(yán)密

墩身模板拼裝，沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)定的施工工藝施工，出現(xiàn)模板間接縫不嚴(yán)密，混凝土振搗后水泥漿液從縫隙處流出，導(dǎo)致墩身混凝土表面缺少水泥漿而出現(xiàn)泛砂。

2.5 雨季墩身施工

南通地區(qū)雨季較長(zhǎng)且雨量充沛，有的墩身澆筑過(guò)程中下雨，雨水進(jìn)入墩身模板后致使水泥漿變稀，被稀釋的水泥漿沿墩身模板內(nèi)側(cè)向下流，帶走混凝土表面的水泥漿，不可避免的出現(xiàn)泛砂。

3 泛砂和氣泡施工質(zhì)量控制措施

3.1 對(duì)混凝土滯后泌水的控制措施

對(duì)于混凝土滯后泌水造成的墩身混凝土表面泛砂和氣泡現(xiàn)象，通過(guò)分析認(rèn)為提高混凝土保水性是關(guān)鍵，決定采用調(diào)整骨料級(jí)配比重、增加摻合料用量、調(diào)整水灰比、含砂率以及外加劑等方法來(lái)控制，具體措施如下：

3.1.1 調(diào)整骨料顆粒級(jí)配比重

自建的混凝土拌合站的骨料是采用二級(jí)級(jí)配，5 mm～16 mm粒徑比重65%，16 mm～31.5 mm粒徑比重35%，混合后篩分后雖然符合5 mm～31.5 mm連續(xù)級(jí)配指標(biāo)的要求，但是這種混合配合比，孔隙率較大，漿體上浮，造成混凝土粘聚性和保水性不良，因此根據(jù)試驗(yàn)重新調(diào)整配比為5 mm～16 mm粒徑比重為45%，16 mm～31.5 mm粒徑比重位55%，這樣降低了孔隙率，減少混凝土的泌水現(xiàn)象。

3.1.2 適當(dāng)增加摻合料用量。

摻合材料用量增加，會(huì)使混凝土的粘聚性增加、保水性改善，對(duì)減少泌水有利。細(xì)顆粒對(duì)控制混凝土的泌水有好處，適當(dāng)增加摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰用量是一個(gè)好方法，因?yàn)榉勖夯抑泻星驙畈Ａw和硅酸鹽玻璃微珠，表面光滑，在混凝土拌合物中類(lèi)似軸承滾珠，減小摩擦，有效地改善混凝土的和易性，并增加混凝土的粘聚性和澆筑密實(shí)性。粉煤灰的細(xì)微顆粒在水泥漿中能較好地吸附水并擴(kuò)散水層，形成凝聚結(jié)構(gòu)，從而限制固體顆粒下沉和水上升，減少混凝土的泌水現(xiàn)象。3.1.3適當(dāng)提高混凝土的砂率。

砂是用來(lái)填充石子的空隙的，砂率偏低或砂子中細(xì)顆粒含量少，水泥砂漿量就較少，粗骨料較多，不能保證在粗骨料之間有足夠的砂漿層起潤(rùn)滑和填充作用，降低混凝土拌合物的流動(dòng)性，使混凝土保水性降低，砂子含泥量大易產(chǎn)生漿體沉降。提高砂率，降低砂中含泥量，能保證混凝土的工作性和強(qiáng)度。

3.1.4 調(diào)整水灰比，降低混凝土坍落度

混凝土輸送泵車(chē)允許最低的坍落度為8 cm～10 cm，由于該橋橋墩在5 cm～ 10 m之間，不是很高，因此將混凝土的坍落度由14 cm～16 cm降低為9 cm～10 cm。水灰比決定水泥漿的稠度，如果用水量大，混凝土拌合物流動(dòng)性較大、粘聚性降低，此時(shí)混凝土拌合物有泌水傾向，會(huì)造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良而產(chǎn)生流漿、離析，成型的混凝土表面易出現(xiàn)泛砂現(xiàn)象。在實(shí)際施工過(guò)程中，水灰比一般控制在0.4～0.7，在水泥用量不改變的情況下，水灰比控制0.45以下，減少了混凝土滯后泌水。

3.1.5 使用加入含有引氣劑的外加劑

使用優(yōu)質(zhì)含有引氣劑的減水劑，有利于改善混凝土的和易性，減少混凝土的泌水等現(xiàn)象。引氣劑由于在混凝土中引入微小獨(dú)立氣泡，這些氣泡如滾珠一樣使混凝土的和易性得到很大改善。由于氣泡增加了水泥漿的體積，并對(duì)拌合料起潤(rùn)滑作用。它引起的微小氣泡如同微細(xì)集料，對(duì)微小集料缺少的有補(bǔ)償作用，阻斷或減少了集料周?chē)亩嘤嗨?，減少混凝土的泌水、沉降和離析。

3.2 對(duì)混凝土振搗要求及時(shí)間的控制

混凝土灌注振搗時(shí)易混進(jìn)空氣，混凝土拌和物中的氣泡既不能自行逸出，也不會(huì)靠自身的重量將氣泡擠出。所以振搗是混凝土密實(shí)、排除氣泡的重要手段。但振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使混凝土內(nèi)部的微小氣泡在機(jī)械作用下出現(xiàn)破滅重組由小變大，氣泡的排除與振搗時(shí)間的長(zhǎng)短有直接的關(guān)系?？梢酝ㄟ^(guò)提高工人操作技能，減少混凝土振搗時(shí)間來(lái)控制。

培養(yǎng)熟練的振搗技術(shù)工人，實(shí)行專(zhuān)業(yè)人員專(zhuān)業(yè)化振搗。振搗器緩慢自然垂直插入混凝土中，避免觸碰模板、鋼筋，管道、預(yù)埋件；振搗器與模板距離控制在10 cm～20 cm，振搗器插入點(diǎn)均勻排列，振動(dòng)作用半徑隨振搗器功率、混凝土坍落度大小控制，長(zhǎng)時(shí)間摸索確定為作用半徑30 cm～50 cm；振搗器緩慢拔出使插孔閉合不留空隙 。

混凝土振搗時(shí)間要使混凝土表面呈現(xiàn)水平及出現(xiàn)浮漿并將模板邊角部位填滿(mǎn)，混凝土不再顯著下沉及出現(xiàn)氣泡，一般每一振搗點(diǎn)的振搗時(shí)間控制在20 s～30 s。

3.3 脫模劑的使用

施工中采用多種脫模劑，一是模板漆，成品混凝土外觀呈仿大理石狀，表面細(xì)膩、平整光滑，具有清水混凝土的效果，還可以有效減少混凝土表面的氣泡。二是透水模板布，混凝土透水模板布不僅能消除混凝土表面的氣泡、砂線(xiàn)、砂斑，使混凝土表面致密，提高表觀質(zhì)量。幅寬1 600 mm、2 000 mm，以改性高分子聚合纖維為主要原料,結(jié)構(gòu)分為表層、中間層、粘附層，粘貼于模板表面。澆筑混凝土?xí)r，在混凝土內(nèi)部壓力、模板布的毛細(xì)作用及振搗等共同作用下，混凝土中的氣泡及部分游離水由混凝土內(nèi)部向外部遷移，通過(guò)模板部中間層排出，產(chǎn)生以下效果：

①有效減少構(gòu)件表面混凝土的氣泡，使混凝土更加致密；

②使混凝土中的部分水分排出，水泥顆粒留在混凝土表層，使厚度數(shù)毫米范圍混凝土表層水灰比顯著降低；

③模板布具有均勻分布的孔隙，游離水通過(guò)滲透和毛細(xì)作用經(jīng)中間層排出，不會(huì)形成集聚，有效減少混凝土表面砂線(xiàn)、砂斑現(xiàn)象；

④模板布的保水作用，為混凝土養(yǎng)護(hù)提供了良好條件，減少表面細(xì)微裂縫的產(chǎn)生。

3.4 模板縫隙控制

選用大塊模板，優(yōu)選信譽(yù)好的生產(chǎn)廠家，嚴(yán)格驗(yàn)收，避免模板和模板之間錯(cuò)臺(tái)。

3.5 雨季施工控制措施

在施工前與南通氣象部門(mén)取得聯(lián)系，及時(shí)掌握天氣情況，根據(jù)天氣情況合理安排施工，并搭移動(dòng)式防雨棚，避免雨水進(jìn)入墩身內(nèi)。

4 泛砂、氣泡補(bǔ)救措施

拆除模板后，及時(shí)用同標(biāo)號(hào)的配合比，注意剔除碎石，砂子要篩細(xì)（粒徑一般在0.7 mm～1.5 mm），比例不能變，加水拌合均勻后，再將拌好的砂漿用膩鏟涂抹于氣泡和泛砂處，然后用細(xì)紗布磨光。按此方法抹擦幾遍，最后用塑料薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

橋梁墩臺(tái)身混凝土表面的泛砂和氣泡現(xiàn)象，在混凝土施工中是普遍現(xiàn)象，所以在工程實(shí)際中，只要能夠認(rèn)真對(duì)待，根據(jù)具體情況采取有效的措施和行之有效的方法，分析產(chǎn)生泛砂和氣泡的內(nèi)因和外因，綜合考慮辨別施治，就可使混凝土表面平整、光潔、色澤一致。

[1]《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》TB10424-2010.中國(guó)鐵道出版社.

[2]侯建立.《墩身混凝土表面“泛砂”的排查及防治措施》科技傳播2010-3（下）.

[3]《透水模板布改善混凝土表面質(zhì)量試驗(yàn)研究》東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版[2008]第1期.

責(zé)任編輯：許耀元 張建強(qiáng)

來(lái)稿日期：2015-11-13