C50機制砂T梁混凝土表面質(zhì)量提升措施及工程應(yīng)用

謝華偉

（中交四航局第一工程有限公司 廣州510420）

0 引言

預(yù)制混凝土構(gòu)件的外觀質(zhì)量一直都受到大眾的關(guān)注，尤其是對于大型構(gòu)件，如橋梁的墩柱和梁體等，混凝土的外觀質(zhì)量好壞不僅影響結(jié)構(gòu)的美感，還會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的耐久性降低，且與交通運輸部明確提出打造“品質(zhì)工程”的新理念不符。當(dāng)前在混凝土制備生產(chǎn)與施工質(zhì)量控制方面的研究已有很多成果，不過在打造“品質(zhì)工程”的公路工程過程中，在混凝土外觀質(zhì)量方面仍然存在一定的技術(shù)問題，混凝土外觀不僅影響美感，同時也會影響混凝土的耐久性和結(jié)構(gòu)安全。影響混凝土外觀質(zhì)量的因素很多，尤其對于高性能混凝土，摻粉煤灰、礦渣粉等活性摻合料、采用高性能外加劑等，造成影響混凝土外觀的材料因素也更為復(fù)雜。另外，在模板與脫模劑的適應(yīng)性、澆筑振搗工藝等方面也有較大影響［1-6］。本文針對某高速某標段首件C50機制砂T梁混凝土外觀不佳的問題，從原材料、混凝土配合比、模板選擇、澆筑工藝等環(huán)節(jié)分析了氣泡產(chǎn)生的原因，并針對性地提出了解決措施，最終改善了混凝土的外觀質(zhì)量，為類似工程的推廣應(yīng)用提供了借鑒意義。

1 機制砂混凝土T梁表面產(chǎn)生氣泡原因分析

針對首件預(yù)制T 梁表面出現(xiàn)的氣泡較多問題，經(jīng)多方查找資料和對施工工藝探討，認為T 梁表面產(chǎn)生氣泡問題的原因主要有以下幾方面：

⑴原材料質(zhì)量，包括水泥品種和細度以及燒失量等指標，集料的品質(zhì)和級配等。

通常水泥品種不同，則水泥的化學(xué)組份和比表面積等參數(shù)也不盡相同，采用比表面積較小的水泥拌制混凝土?xí)r，混凝土內(nèi)的氣泡很難上升逸出，最終在混凝土內(nèi)部和表面形成氣泡。某些水泥與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時產(chǎn)生大量的水化熱和氣泡，因此，應(yīng)對多種水泥通過試驗優(yōu)選，來選用產(chǎn)生氣泡較少的水泥。

骨料級配對混凝土外觀的影響主要體現(xiàn)在幾個方面。首先，粗集料的級配和粒徑不好會增加混凝土內(nèi)部的空隙，導(dǎo)致工作性不佳，不僅會降低混凝土強度還會導(dǎo)致混凝土收縮和滲透性等指標增加。尤其是T 梁腹板厚度較小，腹板鋼筋間距和預(yù)埋波紋管的制約下，大粒徑的粗骨料在澆筑過程中容易形成阻塞，容易在結(jié)構(gòu)內(nèi)部或者表面形成空洞，導(dǎo)致混凝土的外觀欠佳［7，8］。還有碎石中針片狀顆粒含量多，施工過程中使用的砂率與試驗室提供的砂率不一致等，也會導(dǎo)致混凝土工作性欠佳，內(nèi)部缺陷較多，容易使混凝土表面出現(xiàn)氣泡。因此，在拌合混凝土之前要嚴格控制好骨料級配，粒徑大小的選擇須根據(jù)相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，并根據(jù)實際情況做合適的調(diào)整。集料的優(yōu)劣也直接影響氣泡的排出，含泥量高的集料拌制的混凝土粘性很強，和易性較差，振搗時振動棒插入困難也不利于氣泡排出。

在選定外加劑時，要謹慎選擇引氣劑的品種，多選幾種引氣劑做相應(yīng)的試驗，選出施工當(dāng)?shù)厥┕げ牧虾凸に嚨囊龤鈩╊愋汀?/p>

⑵機制砂混凝土配合比問題，包括了膠凝材料用量、砂率，混凝土工作性和入模坍落度控制等。

混凝土配合比設(shè)計時需要滿足施工工藝和強度兩方面要求，在配合比設(shè)計環(huán)節(jié)，如果水膠比較大會增加水分蒸發(fā)過程中自由水形成的氣泡量；相反，降低膠凝材料用量也會導(dǎo)致參與水化反應(yīng)的水量減少，相對自由水較多也會增加氣泡形成的機率，合理確定膠凝材料用量和水膠比也可以改善混凝土的外觀［9-11］。

混凝土和易性對表面氣泡的影響主要為混凝土的流動性和粘聚性是否合適，混凝土流動性不佳或混凝土過粘，施工時氣泡都很難從混凝土內(nèi)部排出，且排出的氣泡容易在模板上聚集。T 梁腹板較窄，鋼筋與模板、預(yù)埋波紋管與鋼筋之間間距較小，在混凝土坍落度較小的情況下，混凝土的流動性較差，導(dǎo)致在振搗過程中，振動能損失較快，有效工作面積縮小，使混凝土不夠密實，不能充分填充所有空隙，為氣泡的形成提供了條件。

⑶選用合適的鋼模面板以及脫模劑，降低模板表面氣泡的黏滯力。

選用鋼模板時不能選用剛度較小的鋼板，且模板也要有一定的彈性。因為在高頻的振動力、混凝土的收縮變形和拆模的長期作用下，鋼模板容易變形，導(dǎo)致模面凹凸不平，不利于混凝土表面氣泡排出，但模板的選用又不能剛度太大，剛度太大則附著式振動器的振動力不足以帶動整個模面的振動，導(dǎo)致混凝土的密實性不夠，所以選擇的模板剛度要滿足施工要求。如果模板彈性不足，則附著式振動器工作時不會有足夠的振動力使整個模面的振動效果達到最佳。此外，鋼模板上的振動器布置要合理，防止產(chǎn)生共振和不必要的振能浪費，充分利用振動器的振能才會有足夠的振動力帶動剛模面的振動，達到理想效果。鋼模面板的清潔度不夠也會導(dǎo)致混凝土表面質(zhì)量較差。鋼模板表面打磨后涂脫模劑要均勻，不可過厚或局部積油，且脫模劑的品種和性能需要與混凝土、施工工藝以及結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護方式等相匹配。若面板光潔度不夠，容易使氣泡在面板凹凸處和積油處聚集而不能逸出，在混凝土表面產(chǎn)生密布的氣泡眼。使用的脫模劑類型不合適，黏滯力過大也容易使氣泡聚集在內(nèi)模板表面無法逸出，或形成更大的氣泡影響表面質(zhì)量。

⑷混凝土攪拌時間及振搗過程是否充分均勻等。

混凝土攪拌時間不夠，則混凝土不均勻?qū)е鹿ぷ餍圆荒芡耆l(fā)揮，容易出現(xiàn)坍落度不均、流動性差等現(xiàn)象，不利于氣泡排出。攪拌時間過長又會在混凝土拌制過程中夾帶進入較多的空氣，使混凝土中的含氣量增大，導(dǎo)致混凝土表面氣泡增加?；炷恋恼駬v的效果取決于兩方面：一是分層振搗的厚度，二是振搗的時間。當(dāng)混凝土粘度較大或分層厚度越厚時其內(nèi)部氣泡就越不容易逸出；振搗時間不夠，欠振和漏振都會導(dǎo)致混凝土不密實，形成不規(guī)則的空洞或氣泡。施工中振搗效果越好，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)越密實，空隙越少產(chǎn)生氣泡的機率就越小。

2 解決方案和工程應(yīng)用

2.1 選擇合適的原材料并控制質(zhì)量

選用數(shù)種強度等級相同的水泥進行對照試驗，在各項參數(shù)都不變的情況下成型小型試件對混凝土的外觀進行比較，兩種典型水泥混凝土試件拆模后外觀如圖1所示。

圖1 兩種典型水泥混凝土試件拆模后外觀圖Fig.1 Appearance of Two Typical Cement Concrete Specimens after Demoulding

由圖1 可見，水泥品種對混凝土外觀質(zhì)量有較大的影響，所以經(jīng)過篩選后選用南方水泥作為T 梁機制砂混凝土配合比的水泥。考慮到機制砂混凝土強度等級較高，機制砂的細度模數(shù)宜為中砂，且石粉含量不宜過高，并需要控制碎石的針片狀含量和級配，所以在砂石料的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，合理地改變了篩孔孔徑并引入除塵裝置，將機制砂的細度模數(shù)控制到約3.0，石粉含量也降低到了8%～10%，碎石的針片狀含量也顯著降低。

2.2 配合比優(yōu)化

在確保混凝土強度和施工性能的前提下，對C50機制砂混凝土配合比進行優(yōu)化，首先是將外加劑摻量由1.2%降低到1.1%，根據(jù)細骨料的粒徑適當(dāng)提高混凝土的砂率，由原來的40%提高到41%來保證混凝土的和易性；并摻入約膠凝材料用量10%的粉煤灰調(diào)節(jié)混凝土的和易性，減少水泥用量；根據(jù)施工和外界環(huán)境條件，混凝土入模坍落度調(diào)整為160±20 mm。

2.3 施工工藝措施改善

鋼模板使用前要用打磨機進行打磨，使其表面清潔光亮，模板上的脫模劑要涂刷均勻且薄，刷多時要用海綿吸干后方可合模。

針對倒角部位氣泡較難排出的現(xiàn)象，增加附著式振動器的數(shù)量并對振動器的位置進行調(diào)整，在倒角部位、梁肋中、上部各布置一排附著式振動器，附著式振動器的排布由以前的1 層布置變?yōu)? 層布置，單排鋼板間距約1.5 m，按一定規(guī)律排列來增強振動器的振動效果，配合施工時控制混凝土分層厚度，強化對倒角部位的振搗。同時在澆筑倒角部位時，利用鐵錘在模板外側(cè)敲擊該部位，便于該部位氣泡排出。

混凝土的分層厚度與振搗方式及時長也進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，混凝土在放料時就打開附著式振動器進行輔助振搗，其振動時間根據(jù)混凝土坍落度來確定，再配合插入式振搗器振動，插入點均勻排列，插入式振搗設(shè)備功率、最佳振搗時間、合理的振搗半徑以及振搗棒的移動軌跡等都需要進行嚴格控制，每次移動的距離都在插入式振搗棒的作用半徑內(nèi)，振動棒插入速度要快，拔出時速度要慢，振動棒插入下層混凝土?xí)r，其插入深度宜為約50 mm，且在下層混凝土中的振動時間不宜過短，需要將上下2 層混凝土的接觸面振搗為一個均勻界面，此外，振動棒與側(cè)模應(yīng)保持一個適宜的距離，振動棒不能碰到側(cè)模板。

2.4 工程應(yīng)用

在基于當(dāng)?shù)卦牧犀F(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過更換水泥品種、改善砂石料的生產(chǎn)工藝以控制砂石料質(zhì)量、優(yōu)化混凝土配合比并調(diào)整外加劑組份和混凝土凝結(jié)時間等手段，并結(jié)合施工工藝和流程的優(yōu)化，逐步形成了C50機制砂T 梁混凝土的施工工藝方案。混凝土的澆筑工藝按以下方式：布料方式按照斜向分層、縱向分段的澆筑方法，每層的厚度都嚴格控制在30～40 cm。根據(jù)30 m梁的結(jié)構(gòu)形式，縱向按照橫隔板位置分4 段進行布料澆筑。布料時根據(jù)T 梁倒角尺寸特點，先由一端的梁肋倒角開始逐漸向另一端推進，每次推進長度約20～30 cm（倒角的拐點位置），澆筑到第1 段終點（兩相鄰橫隔板距離）后由先澆筑的一端開始進行梁肋的斜分層澆筑（第2 層的布料厚度也控制為約20～30 cm），然后進行第2 段混凝土澆筑。以此類推，在澆筑到第3 段完成后，為避免梁端混凝土產(chǎn)生蜂窩等不密實現(xiàn)象，改成另一端向相反方向投料，且分層厚度跟前面一樣。梁肋布料完成后進行頂板、翼緣板的布料。采用該方法不僅可以連續(xù)澆筑，又可在下層混凝土初凝前澆筑完成上層混凝土，可以避免施工縫和減少氣泡孔的形成，還可避免混凝土在振搗過程中由于流動距離過長而造成的離析。

此外，根據(jù)入?；炷恋奶涠戎?，附著式振動器振動時斷續(xù)的振動時間一般控制在70±10 s，同時在每層布料完成后，再配合插入式振搗器振動，每一振點的振搗時間一般為20～30 s。T 梁拆模后外觀得到很大改善，表面光滑無明顯氣泡，外觀如圖2所示。

3 結(jié)語

本文針對機制砂混凝土構(gòu)件易產(chǎn)生表面氣泡的問題，結(jié)合某高速某標段C50 機制砂T 梁混凝土施工存在的外觀質(zhì)量問題，從原材料比選及質(zhì)量控制、混凝土配合比優(yōu)化、模板的設(shè)計與選擇、澆筑振搗工藝等幾方面分析了產(chǎn)生氣泡的原因，并提出了針對性的技術(shù)應(yīng)對措施，有效地改善了C50 機制砂T 梁混凝土表面氣泡較多的質(zhì)量問題，取得了很好的效果，對類似工程混凝土外觀質(zhì)量的控制具有一定的借鑒意義。

圖2 T梁拆模后外觀Fig.2 T-beam Appearance after Demolding