節(jié)段梁混凝土外觀質(zhì)量控制措施淺析

祁劍鋒

（常州市交通運輸綜合行政執(zhí)法支隊,江蘇 常州 213000）

0 引言

短線法是將梁體劃分為若干連段，借助固定端模和匹配梁，在臺座上逐節(jié)匹配，直至預(yù)制完成所有梁段。節(jié)段梁的施工采用“短線法”匹配澆筑，將整垮橋梁劃分為若干個節(jié)段，采用工廠化集中預(yù)制生產(chǎn)，將預(yù)制好的節(jié)段梁運輸?shù)浆F(xiàn)場采用吊裝拼裝粘接、整聯(lián)張拉。短線法節(jié)段生產(chǎn)周期短，適用于直線橋梁和各種跨徑的橋梁，對節(jié)段數(shù)量很大的多跨長橋和有水平曲線的橋梁尤其適合，是我國目前大型橋梁工程廣泛應(yīng)用的一種工藝。節(jié)段梁生產(chǎn)采用工廠化集中預(yù)制，將預(yù)制好的節(jié)段梁運輸?shù)浆F(xiàn)場采用吊裝拼裝粘接、整聯(lián)張拉。其特點是節(jié)段短、幅寬大、整體扁平、模版設(shè)計異于箱梁，澆筑工藝與小箱梁差別較大。從澆筑工藝角度來說，節(jié)段梁的預(yù)制工藝與掛籃懸澆有較多相似點。工程實踐中，節(jié)段梁亦存在傳統(tǒng)工藝混凝土類似結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量病害。文章將從節(jié)段梁模板結(jié)構(gòu)、澆筑工藝、膠凝材料、混凝土性能等方面進行分析，論述影響節(jié)段梁混凝土外觀質(zhì)量影響因素及控制措施。

1 節(jié)段梁實體外觀現(xiàn)狀情況調(diào)查

文章依托某跨江大橋引橋施工項目，針對節(jié)段梁存在的外觀質(zhì)量問題進行了調(diào)查和分析。具體情況如下：2022年4月，預(yù)制梁場現(xiàn)存梁板總數(shù)132榀，其中分層現(xiàn)象的梁板數(shù)有10榀，占總數(shù)的7.6%；存在色差現(xiàn)象梁板數(shù)有23榀，占總數(shù)的17.4%；存在其他外觀質(zhì)量影響梁板數(shù)有1榀，占總數(shù)的0.8%（脫模劑污染、墊塊印記）；外觀質(zhì)量較好的梁板數(shù)有98榀，占總數(shù)的74.2%?？傮w來看，節(jié)段梁外觀質(zhì)量水平有較大提升空間。

2 影響因素原因分析

針對節(jié)段梁外觀質(zhì)量存在的主要問題——分層、色差、其他污染問題。同時，結(jié)合前期在澆筑過程中總結(jié)摸索出的經(jīng)驗和結(jié)論，從模板、澆筑工藝、膠凝材料及混凝土性能等方面對外觀質(zhì)量產(chǎn)生的原因進行了分析。

2.1 模板設(shè)計缺陷的影響

節(jié)段梁預(yù)制模板設(shè)計存在缺陷：該項目節(jié)段梁底板內(nèi)倒角的水平長度過短，平均只有60 cm左右。箱式內(nèi)部下倒角水平長度過短，在澆筑下倒角時，其對混凝土的阻滯作用較小，不利于下倒角的及時封堵。通過現(xiàn)場檢測和跟蹤觀察，當(dāng)混凝土拌和物坍落度達到200 mm、擴展度為490 mm左右時，不利于現(xiàn)場節(jié)段梁下倒角的施工，經(jīng)常會出現(xiàn)下底板翻漿現(xiàn)象，會延長單榀梁板澆筑間歇時間，影響施工進度，增加色差出現(xiàn)頻率。模板的此種設(shè)計，雖在施工方面有一定便利、節(jié)約了模板的制作成本，但不利于節(jié)段梁混凝土整體狀態(tài)的統(tǒng)一，會增加分層色差出現(xiàn)的頻率[1]。

2.2 澆筑工藝的影響

以一級公路梁為例：一級公路梁大約方量為50 m3，澆筑一片梁需要5.5 h，平均每10 m3混凝土的澆筑時間在1 h，單側(cè)腹板相鄰澆筑層的時間間隔在45 min左右，較長的時間間隔導(dǎo)致界面混凝土已出現(xiàn)狀態(tài)損失或者初步硬化情況（較嚴重情況下），下層澆筑時，上層混凝土活性已失去，不利于兩層混凝土的充分混合從而導(dǎo)致出現(xiàn)分層、色差的概率增加。

混凝土澆筑采用龍門吊吊裝澆筑，澆筑前期使用的料斗容積為2.5 m3。從以往澆筑小箱梁或者T梁的經(jīng)驗來分析，料斗容積并不小，完全滿足現(xiàn)場施工間歇要求。但由于混凝土澆筑需要提升到8 m以上高度，水平位移距離至少6 m，加上龍門吊提升速度較慢，混凝土一次吊裝循環(huán)需要15~20 min，正常情況下一車10 m3的混凝土需要循環(huán)吊裝4次，時間近1.5 h。較長吊裝時間導(dǎo)致外腹板相鄰兩層澆筑間歇較長，易產(chǎn)生色差分層。

在澆筑順序上（以一級公路梁為例），其澆筑順序（見圖1）：封左外腹板倒角→封右外腹板倒角→封中間腹板倒角→澆筑左腹板至3/4高度的位置→澆筑右腹板至3/4高度的位置→澆筑中腹板至3/4高度的位置→澆筑底板剩余部分→從左翼板兩端和頂板向兩腹板中澆筑混凝土→澆筑頂板混凝土。兩邊外腹板間隙時間過長，易產(chǎn)生色差分層。

圖1 改良前澆筑順序

2.3 膠凝材料的影響

膠凝材料顏色直接影響到混凝土的外觀效果，膠凝材料顏色不穩(wěn)定，會造成混凝土質(zhì)量和顏色的不穩(wěn)定，也同樣會造成混凝土外觀質(zhì)量（最明顯是顏色）的不均勻穩(wěn)定。通過對水泥、粉煤灰、礦渣粉進行每車次取樣檢測留樣觀察，發(fā)現(xiàn)水泥和礦渣粉顏色變化并不大。但對粉煤灰進行顏色對比時，發(fā)現(xiàn)粉煤灰顏色變化較大。因粉煤灰摻量本來較小，且通過長期觀察與“微模型試件”試驗，發(fā)現(xiàn)粉煤灰顏色的變化與現(xiàn)場實體出現(xiàn)的色差情況并不對應(yīng)，且選取了顏色差別較大的粉煤灰進行“微模型試件”的澆筑，并未發(fā)現(xiàn)較大色差出現(xiàn)。

2.4 混凝土性能的影響

混凝土性能對節(jié)段梁實體外觀質(zhì)量亦有一定影響，包括每榀梁板整體混凝土狀態(tài)的不統(tǒng)一、混凝土活性較差等情況，都會對實體外觀造成一定的影響。第一，由于節(jié)段梁模板設(shè)計的缺陷，同時考慮到現(xiàn)場隊伍的施工要求，澆筑節(jié)段梁的底板、腹板、頂板混凝土無法達到基本一致的情況，故此種情況對外觀的影響依舊較大。第二，經(jīng)過現(xiàn)場取樣試驗，對混凝土拌和物各項物理性能進行檢測。檢查現(xiàn)場振搗后，在下一層混凝土澆筑時，發(fā)現(xiàn)上一層混凝土整體活性較差，保水性相對一般。此時該拌合物的含氣量在2.0%~2.3%之間，坍落度200 mm時倒坍時間在45 s左右，倒坍時混凝土拌和物整體連續(xù)性較差，插搗混凝土拌和物時有明顯的阻滯感。狀態(tài)放大后，振搗易出稀漿且振搗后的混凝土整體狀態(tài)比較黏稠且發(fā)硬，不利于上下層混凝土的混合。

2.5 其他影響因素

其他影響因素主要體現(xiàn)在墊塊印跡和脫模劑使用的影響。

通過對比不同形狀墊塊對印跡出現(xiàn)頻率的影響時發(fā)現(xiàn)：前期使用的梅花形墊塊兩端與模板接觸面太大，會吸收混凝土拌和物表面水分，導(dǎo)致局部混凝土漿體水灰比大幅降低，從而增加結(jié)構(gòu)物表面出現(xiàn)墊塊印跡頻率。

在脫模劑的影響方面，通過對不同種類脫模劑對比發(fā)現(xiàn)：在選擇機油摻柴油作為脫模劑時，脫模劑不易涂抹均勻，且該類型脫模劑不會像水性脫模劑一樣，涂抹一段時間后會失水成膜，而是極易出現(xiàn)涂刷不均勻造成模板油富集，拆模后會在新混凝土表面出現(xiàn)發(fā)黃、發(fā)黑現(xiàn)象，對結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生較大污染，造成整體外觀色澤不均。

3 節(jié)段梁混凝土外觀質(zhì)量控制措施

通過上述的現(xiàn)狀調(diào)查和對節(jié)段梁外觀質(zhì)量影響因素的分析，特制定了以下控制措施。措施實施后整體效果顯著，節(jié)段梁外觀質(zhì)量提升明顯。

3.1 積極創(chuàng)新，彌補硬件“不足”

（1）提升料斗容積，減少混凝土提升次數(shù)，縮短澆筑時間。將料斗容積由2.5 m3提升為3.5 m3，10 m3混凝土吊裝次數(shù)有4次降低為3次，可節(jié)約25%的提升時間，以彌補龍門吊提升速度的缺陷。這樣一來，一片一級公路梁的澆筑時間可由最初的5.5 h縮短為約4.33 h，3 m高速澆筑時間縮短為3 h左右，2 m高速澆筑時間縮短為2.5 h，大大縮短了節(jié)段梁混凝土的澆筑時間，也減小了對混凝土狀態(tài)保持的要求。

（2）要求現(xiàn)場工人在澆筑之前對節(jié)段梁底板靠近下倒角的位置增加“下壓板”，人工延長底板模板長度，增加混凝土在底板上的流動阻力，以彌補底板倒角模板較短的缺陷，減小整榀節(jié)段梁混凝土狀態(tài)的差別，有利于外觀質(zhì)量的統(tǒng)一。

3.2 因材施教，制定“專屬”澆筑工藝

針對不同梁型制定“專屬”的澆筑工藝。以一級公路梁為例。由前述可知，若按之前順序澆筑會造成邊腹板上下兩層混凝土間隔時間較長，不利于混凝土的振搗與混合，從而易在外腹板出現(xiàn)分層和色差現(xiàn)象。施工布料順序優(yōu)化（見圖2）：封中間腹板倒角→澆筑中腹板至頂板3/4高度位置（外腹板振搗間歇可補齊剩余混凝土）→封左外腹板倒角→封右外腹板倒角→澆筑左腹板至3/4高度的位置→澆筑右腹板至3/4高度的位置→澆筑底板剩余部分→從左右翼板兩端和頂板向兩腹板中澆筑混凝土→澆筑頂板混凝土。這樣可大幅降低外腹板混凝土的澆筑間隔，有利于消除外腹板色差、分層的質(zhì)量病害。

圖2 改良后澆筑順序

3.3 集中攻關(guān)，制備“高活性、高保水、大保坍”節(jié)段梁混凝土

針對混凝土拌和物性能的現(xiàn)狀，提出制備“高活性、高保水、大保坍”的混凝土要求。邀請外加劑廠家技術(shù)人員駐場對外加劑的適應(yīng)性進行調(diào)整試拌。

（1）通過對外加劑與配合比中膠凝材料凈漿試驗尋找適應(yīng)性最好的外加劑母液。4系（RT型高和易性母液）、6系（引氣型）、消引結(jié)合型、高減水高流動型等多種高性能減水劑配方中試拌。最終確定高減水高流動性母液純8系母液（之前用的是4系復(fù)配6系母液）與目前的膠材體系適應(yīng)性最好[2]。

（2）對混凝土進行“降粘”，提高混凝土活性。通過嘗試對比“適當(dāng)增加水灰比降低含氣量”和“對混凝土拌和物進行適當(dāng)引氣”的方式對混凝土進行降粘，最終確定采取“適當(dāng)引氣”的降粘方式。經(jīng)過配合比試拌試驗，當(dāng)水膠比0.29、含氣量增大到3.0%~3.5%時，坍落度在200 mm時倒坍時間為18 s左右，混凝土總體松軟，“棍度”極好，粘聚性、保水性好，混凝土活性有較大提高。

3.4 其他細節(jié)的優(yōu)化

（1）混凝土振搗工藝優(yōu)化。①在50 mm振搗棒上每30 cm纏一圈黃色膠帶作為標(biāo)記，可通過此標(biāo)記確定本層澆筑厚度，同時也能確認振搗棒插入深度是否達到下一層，確保分層澆筑時層與層之間混凝土的混合，減少漏振、過振情況。②在鋼筋比較密集的地方使用鋼槽輔助下棒，保證振搗效果。

（2）更換墊塊結(jié)構(gòu)。①通過墊塊結(jié)構(gòu)的比對，最終將原來的梅花形墊塊替換成錐形墊塊，錐形墊塊更有利于減小與模板的接觸面。②在綁扎墊塊前，把墊塊放在水中浸泡24 h，使墊塊充分吸水達到飽和狀態(tài)，減少墊塊的吸水性。

（3）脫模劑效果的對比。通過反復(fù)嘗試不同類型的脫模劑，最終確定為金華達EP-1型水性脫模劑，脫模劑與水充分攪拌融合（1∶6）通過噴霧方式涂抹更均勻，不但減少了浪費，還增加了工作效率，有效地改善了結(jié)構(gòu)物表面發(fā)黃、發(fā)黑的污染問題。

3.5 措施實施后的效果

通過嚴格執(zhí)行上述各項控制措施后，節(jié)段梁外觀質(zhì)量有較大提升，完全達到預(yù)期的外觀質(zhì)量要求。統(tǒng)計了2022年06月10日至2022年07月10日之間生產(chǎn)的節(jié)段梁外觀情況。共生產(chǎn)節(jié)段梁158榀，外觀良好節(jié)段梁155榀，占比98.1%。

4 結(jié)論

（1）模板的設(shè)計需考慮在澆筑各階段對混凝土拌和物性能的要求，盡量保證整榀梁板上下混凝土狀態(tài)的一致。

（2）混凝土配合比設(shè)計需要多考慮混凝土的活性，不能一味地降低水膠和含氣量來確?；炷翉姸群湍途眯砸螅瑥亩鴮?dǎo)致混凝土活性的缺失。

（3）針對不同結(jié)構(gòu)類型的梁板，研究合適的澆筑工藝，可有效降低節(jié)段梁分層色差出現(xiàn)的概率。

（4）膠凝材料的考察不僅要關(guān)注其強度和活性，更要關(guān)注其適應(yīng)性的市場口碑。原材料適應(yīng)性的穩(wěn)定，更利于現(xiàn)場混凝土的質(zhì)量把控和外觀提升。