40 m/1000 t 級預(yù)制箱梁外觀色差成因與對策

王中華，姜騫

（江蘇蘇博特新材料股份有限公司 高性能土木工程材料國家重點實驗室，江蘇 南京 211103）

0 引言

我國時速350 km 的高鐵建設(shè)大多采用無砟32 m 簡支箱梁，梁體重量900 t。近年來，由于設(shè)計的改進，一種40 m 簡支箱梁逐漸被推廣使用。

40 m 簡支箱梁相對于既有無砟32 m 簡支梁最大變化為梁體全長增加8 m，跨度增加7.8 m，梁高增加20 cm，截面尺寸較32 m 梁更薄。 因此，新型箱梁對混凝土的性能要求更高， 客觀上也對混凝土澆筑施工工藝提出更嚴格要求。

某制梁場承擔(dān)著40 m 新型箱梁的生產(chǎn)任務(wù)，然而在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)箱梁普遍存在外觀質(zhì)量問題， 箱梁腹板位置1/3～2/3 高度位置存在分層色差，且在分層線附近往往伴隨著混凝土顏色偏深、甚至發(fā)黑現(xiàn)象，嚴重影響外觀質(zhì)量。

為了深入分析40 m/1 000 t 級預(yù)制箱梁外觀缺陷的成因并提出質(zhì)量控制措施， 通過調(diào)研生產(chǎn)與施工全過程，結(jié)合以往既有類似案例經(jīng)驗，設(shè)計試驗研究本工程外觀缺陷產(chǎn)生的關(guān)鍵影響因素，并從混凝土材料品質(zhì)控制、生產(chǎn)與澆筑工藝優(yōu)化等方面提出改善建議。

1 調(diào)研分析

1.1 混凝土材料

表1 是C50 預(yù)制箱梁混凝土配合比，所用原材料主要技術(shù)指標均滿足施工圖紙要求。根據(jù)理論配合比分別在室內(nèi)試拌和機臺生產(chǎn)試驗的混凝土拌合物工作狀態(tài)，混凝土拌合物各項工作性能指標均滿足設(shè)計要求，拌合物兼具流動性與粘聚性。

表1 C50 預(yù)制箱梁混凝土配合比 單位：kg/m3

1.2 混凝土施工工藝

澆筑一榀40 m 箱梁需要約370 m3混凝土，其所使用物料遠少于現(xiàn)場原材料儲存量，實際生產(chǎn)過程中，出于保障混凝土強度的目的，普遍出現(xiàn)在原有配合比基礎(chǔ)上扣除10 kg/m3用水量并增加減水劑摻量的現(xiàn)象。雖然通過降低用水量和提高減水劑摻量可以使混凝土達到相同的坍落度，但將導(dǎo)致其漿體黏度增大，混凝土通過泵送后易粘附在鋼筋表面，造成布料困難。

澆筑施工時， 按底板→腹板→頂板順序施工，其中底板處混凝土主要通過腹板位置下料澆筑，振搗以插入式振動棒為主， 偶爾使用附著式振搗器。由于梁高增加、截面尺寸減薄，因此造成施工時工人對振動棒插入腹板深度和位置的掌控難度加大，存在振動棒緊貼腹板外側(cè)鋼筋振搗現(xiàn)象，造成局部過振。

2 試驗研究

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果， 設(shè)計了表2 中的C50 箱梁混凝土試驗方案， 通過成型100 mm×100 mm×100 mm 混凝土試件觀察在相同振動時間下不同坍落度對外觀色差的影響（1#、2#和3#），以及通過扣水提高減水劑摻量制備混凝土在相同振動時間下不同坍落度對外觀色差的影響（4#、5#和6#）。

表2 C50 箱梁混凝土試驗方案

通過對比同一配合比的混凝土分別以不同坍落度澆筑后硬化混凝土的色差，隨著兩層澆筑混凝土坍落度之間的差異變大，硬化混凝土表面的色差也愈發(fā)明顯。 為了避免肉眼觀察誤差， 試驗采用Image-Pro Plus 軟件對圖片進行灰度處理并繪制灰度直方圖，以其灰度標準差作為色差評價指標[1]。

從圖1 定量對比可以發(fā)現(xiàn)：兩層澆筑的混凝土坍落度相差越大，色差越明顯，并且采用扣水方式生產(chǎn)混凝土將加劇這一現(xiàn)象的發(fā)生。

圖1 混凝土試件外觀圖片灰度標準差

3 外觀缺陷成因分析

3.1 原因分析

混凝土表層毛細通道過度連通導(dǎo)致孔溶液中氫氧化鈣等成分隨水分揮發(fā)沉淀后定向排列，造成顏色偏黑的視覺感受。黑斑出現(xiàn)的位置集中于腹板腰線以下或附近區(qū)域， 其他部位或內(nèi)模處較少，因此可以排除環(huán)境因素和混凝土材料影響；根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研情況分析，振搗棒緊貼鋼筋處的過度振動造成局部混凝土表層毛細通道過度連通，硬化后表現(xiàn)為顏色發(fā)深偏黑。

根據(jù)箱梁腹板處分層色差出現(xiàn)的位置可以判斷，分層處為腹板施工時混凝土的澆筑面，由于后澆筑混凝土與已澆筑混凝土未能有效融合，導(dǎo)致出現(xiàn)分層色差。 工藝上，前后兩層澆筑混凝土之間未能有效振搗是引起色差的主要原因；材料上，在理論配合比基礎(chǔ)上扣水制備的混凝土拌合物黏度偏大，加劇了兩層澆筑混凝土融合的難度。

3.2 影響因素分析

3.2.1 材料

原材料中細骨料相對偏粗（細度模數(shù)3.0），砂率僅38%，導(dǎo)致混凝土中細顆粒含量相對不足，一方面造成拌合物包裹性不佳，另一方面混凝土耐振性降低，可能引起過振（微）泌水。

用水量偏低（144 kg/m3），實際生產(chǎn)中往往進一步扣水，易造成混凝土黏度偏高，一方面影響施工速度，另一方面加劇上下層混凝土融合的難度。

3.2.2 工藝

生產(chǎn)中，當(dāng)采用多加減水劑扣水時，拌合物泵送后黏度大，附著在鋼筋表面難以下料，必須依賴振搗棒長時間振動才能勉強入模。

施工中，底板處的混凝土主要從腹板位置澆筑填充，混凝土經(jīng)過泵送后存在一定程度流動性損失和黏度上升，不利于穿過頂板和腹板處密布的鋼筋進入底板，流動距離相對過長并且依賴振動布料導(dǎo)致拌合物存在漿骨分離和過度振搗的傾向。

4 外觀質(zhì)量改善建議與成效

4.1 配合比參數(shù)

根據(jù)實際使用細骨料細度模數(shù)及時調(diào)整砂率，目前使用細度模數(shù)3.0 的細骨料時宜提高砂率至42%。

4.2 拌合生產(chǎn)

在現(xiàn)有原材料品質(zhì)條件下， 控制減水劑摻量1.0%， 根據(jù)砂石含水率通過用水量調(diào)整混凝土流動性，避免增加減水劑摻量導(dǎo)致拌合物泵后黏度過大、混凝土粘附鋼筋無法下料。

4.3 澆筑振搗

采用“開天窗”工藝澆筑底板，避免底板混凝土從腹板位置下料，使腹板表面粘附漿體并處于過振狀態(tài)。

腹板澆筑時， 在保證混凝土密實性基礎(chǔ)上，適當(dāng)縮短振搗棒插入振動時間，并應(yīng)避免振搗棒始終插入不拔出的現(xiàn)象。

在振動棒表面每隔30～40 cm 處作標記，方便工人判斷振搗棒插入混凝土的深度，避免插入深度不足導(dǎo)致上下層澆筑混凝土無法有效融合。

5 結(jié)語

箱梁腹板處黑斑色差的形成主要受材料和工藝兩方面因素影響。 材料層面，生產(chǎn)時往往在理論配合比基礎(chǔ)上扣水制備混凝土，混凝土拌合物黏度偏大、流動性不足，上下層混凝土融合困難，依賴長時間振搗才能完成布料填充；工藝上，過度振搗導(dǎo)致的局部微泌水是產(chǎn)生黑斑的主要原因，腹板處振搗棒未插入前一層混凝土充分振搗融合則易造成分層色差。

生產(chǎn)時嚴格按照理論配合比換算施工配合比，并根據(jù)細骨料細度模數(shù)采用合理砂率保障混凝土包裹性，兼顧混凝土流動性與粘聚性的統(tǒng)一，避免過振；采用有利于拌合物填充的澆筑方式（如“開天窗”），避免流動距離過長并且依賴振動布料導(dǎo)致拌合物漿骨分離和過振泌水的傾向。