海工混凝土外觀質(zhì)量影響因素分析及其控制

田強(qiáng)春，盧旭偉（廣東省南粵交通粵湛高速公路管理中心，廣東 廣州 510030）

0 引言

海工混凝土外觀質(zhì)量的要求越來(lái)越高，要求混凝土表面平整光潔，沒(méi)有或少有氣泡，氣泡直徑小，同時(shí)表面沒(méi)有大面積色差。本文依托的廣東湛江環(huán)城高速項(xiàng)目，建設(shè)過(guò)程中需要的海工混凝土較多，混凝土外觀質(zhì)量是該項(xiàng)目的要求之一。海工混凝土外觀質(zhì)量影響因素較多，如原材料、配合比、運(yùn)輸、澆筑、振搗甚至脫模劑等，當(dāng)然也包含攪拌的均勻性。本項(xiàng)目引進(jìn)了攪拌更加均勻的新技術(shù)-振動(dòng)攪拌技術(shù)，通過(guò)分析影響海工混凝土外觀質(zhì)量的影響因素來(lái)改善海工混凝土的外觀質(zhì)量。

1 施工工藝對(duì)混凝土外觀質(zhì)量影響

（1）攪拌。海工混凝土的施工和易性對(duì)其表面質(zhì)量影響很大，而混凝土的工作性能與混凝土的攪拌均勻性關(guān)系很大，攪拌均勻性與攪拌時(shí)間、攪拌方式有密切關(guān)系。混凝土的拌合過(guò)程其實(shí)是攪拌均勻與離析這對(duì)矛盾的發(fā)展過(guò)程，相關(guān)研究表明[1，2]：對(duì)于特定的攪拌方式，有一個(gè)較佳攪拌時(shí)間，并滿足施工和易性的要求。

蘇文浩[3]對(duì)新拌混凝土施工和易性進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明攪拌時(shí)間對(duì)未添加引氣劑的混凝土的含氣量無(wú)明顯影響，但對(duì)坍落度、擴(kuò)展度等有很大影響；不同標(biāo)號(hào)、種類(lèi)的混凝土對(duì)攪拌時(shí)間有不同的要求，但大多數(shù)混凝土的攪拌時(shí)間在90～150s。

廣東湛江環(huán)城高速項(xiàng)目所采用的海工混凝土應(yīng)用振動(dòng)攪拌技術(shù)，與普通強(qiáng)制攪拌相比，振動(dòng)攪拌對(duì)混凝土的和易性有比較明顯地改善，混凝土的外觀質(zhì)量也得到了改善。

振動(dòng)攪拌過(guò)程中，在強(qiáng)制攪拌的同時(shí)加入高頻振動(dòng)作用，振動(dòng)使混凝土的內(nèi)摩擦力、粘聚力和剪切力下降，提升了混凝土的和易性。另外，振動(dòng)使混凝土固、液、氣三相相互作用的頻次加快，使混凝土各個(gè)組分的分布更加均勻，有利于混凝土的流動(dòng)與成型。同時(shí)，振動(dòng)的骨料會(huì)使一些大的氣泡破裂，直徑變小，部分氣泡從混凝土中逸出，改變了混凝土的外觀質(zhì)量。

（2）振搗。對(duì)混凝土拌合物進(jìn)行振搗，可排除拌合物中的空氣，使拌合物中粗細(xì)骨料、膠漿及氣相重新排布，更好的相互融合，從而使混凝土更加密實(shí)，減少蜂窩麻面，提高混凝土的外觀質(zhì)量。振搗過(guò)程中通過(guò)高頻振動(dòng)液化砂漿，讓水泥砂漿包裹在粗骨料表面形成一層潤(rùn)滑“膜”，降低粗集料之間的內(nèi)摩擦力，為氣泡上升排出提供條件。同時(shí)，振搗能夠使氣泡發(fā)生自由移動(dòng)并促使其不斷聚合，成為一定體積的氣泡而上升排出。影響振搗排氣效果的兩個(gè)主要因素為振搗有效半徑和振搗時(shí)間。因此，振搗棒的插入頻次與間距必須嚴(yán)格按照規(guī)范的要求。振動(dòng)攪拌的混凝土易密實(shí)，容易達(dá)到比較好的振搗效果和外觀質(zhì)量。

（3）模板。不同種類(lèi)的模板對(duì)混凝土面層溶液的狀態(tài)有著一定的影響，與不同的固體接觸會(huì)形成不同的接觸角，接觸角越小，在固體上的附著力越強(qiáng)，從而引起混凝土表面產(chǎn)生氣泡。不同材質(zhì)的模板有其自身的特點(diǎn)，其性能對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 不同材質(zhì)的模板特點(diǎn)及應(yīng)用情況

在異形截面構(gòu)件中需根據(jù)截面形式單獨(dú)設(shè)計(jì)模板，在氣泡排出不暢的部位（如在墻倒角處）增加排氣孔或設(shè)計(jì)氣流通道。在相鄰模板之間留出1mm縫隙并加海綿條，可增加模板的透氣性，從而減少氣泡的產(chǎn)生。

2 原材料對(duì)混凝土外觀質(zhì)量影響

（1）粗細(xì)骨料、膠凝材料。不同母巖性質(zhì)的粗骨料對(duì)混凝土的含氣量有較大影響，石粉含量的影響效果比粒徑更大，且單一粒徑級(jí)配的混凝土施工和易性比砂率恰當(dāng)?shù)幕炷敛牧系?，拌合物含氣量也低于?jí)配良好的混凝土。此外，研究表明[4-5]在粗骨料不變時(shí)，砂的細(xì)度模數(shù)越小，混凝土拌合物的含氣量越少。

膠凝材料的細(xì)度越細(xì)，含氣量越少。炭質(zhì)物質(zhì)尤其是活性炭質(zhì)對(duì)高分子膠體溶液具有強(qiáng)烈的化學(xué)吸附作用，致使表面活性劑失去活性，不能產(chǎn)生足夠的含氣量。因此，當(dāng)膠凝材料中含有煤粉灰時(shí)，混凝土含氣量降低。相關(guān)研究表明，表面氣泡與含氣量相關(guān)性不大，但當(dāng)含氣量超過(guò)6%時(shí)，產(chǎn)生表面氣泡的可能性會(huì)增大。

（2）水膠比。水膠比是影響混凝土性能及其外觀質(zhì)量的重要因素之一，隨著水膠比的增大，混凝土拌合物的流動(dòng)性也隨之增加，從而大大降低了混凝土表面出現(xiàn)較大氣泡和蜂窩麻面的可能性。但水膠比太大，膠凝材料被水化后混凝土表面存在大量多余的水分，這部分水分因揮發(fā)而導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)的細(xì)小氣泡。因此合適的水膠比也是控制表面質(zhì)量的重要控制參數(shù)。

郭明洋等[6]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水膠比對(duì)非引氣混凝土的平均氣泡直徑、氣泡比表面積和氣泡間隔無(wú)明顯影響。對(duì)于添加引氣劑的新拌混凝土，隨著水膠比的增大，混凝土平均氣泡直徑、氣泡間隔增大。

（3）外加劑。在混凝土中摻入一定量的減水劑，可以在不影響工作性能的前提下減少單位用水量，不顯著改變含氣量，但同時(shí)會(huì)引入一定量的微細(xì)氣泡，這些氣泡大小不均勻、形狀不規(guī)則、不穩(wěn)定。在振搗、拌合和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，小氣泡會(huì)匯聚到一起形成大氣泡，最終逸出到混凝土表面，形成表面氣泡。為了消除因減水劑而引起的有害氣泡，通常在新拌混凝土中摻加一定量的消泡劑，可以在一定程度上抑制氣泡的聚集合并。

引氣劑摻入混凝土中也會(huì)形成許多微細(xì)氣泡，但與減水劑引入的氣泡有本質(zhì)的區(qū)別。其尺寸均在20～200 μm之間，且均勻分布于混凝土內(nèi)部，氣泡表面的液膜比較牢固，氣泡相對(duì)比較穩(wěn)定，合格的引氣劑在混凝土中所引入的氣泡是微細(xì)氣泡，一般情況下不會(huì)聚結(jié)成大氣泡而逸出表面[7]。

（4）脫模劑。脫模劑的使用也影響著混凝土的外觀質(zhì)量，常用的脫模劑有機(jī)油、液壓油、黃油等，見(jiàn)表2。

表2 使用不同脫模劑的混凝土表面氣孔狀況

根據(jù)表2可知，機(jī)油作為脫模劑涂于模板內(nèi)壁成型的混凝土試塊表面氣泡最為嚴(yán)重，使用黃油的混凝土外觀情況最好，其原因可能是在機(jī)油的影響下，氣泡積聚在模板表面，而黃油作為脫模劑，氣泡無(wú)法在模板表面積聚，不能形成大氣泡或不附著于模板表面，可以順利排出。因此，在保證順利脫模試塊完整的前提下，選擇合適的脫模劑，避免氣泡積聚和附著。

3 海工混凝土外觀質(zhì)量影響因素分析及評(píng)價(jià)

綜上所述，施工工藝和原材料性能是影響海工混凝土外觀質(zhì)量的主要因素，影響效果及評(píng)價(jià)見(jiàn)表3。對(duì)以上影響因素按重要程度由小到大排序：模板→脫模劑→振搗→原材料→攪拌，需要綜合把控。

表3 不同因素對(duì)外觀質(zhì)量的影響效果評(píng)價(jià)

4 結(jié)語(yǔ)

（1）混凝土施工工藝對(duì)表面氣泡有很大影響，合理的攪拌方式、攪拌時(shí)間、振搗、選用合適的模板與脫模劑均可以減少表面氣泡的形成。

（2）振動(dòng)攪拌技術(shù)可以提升海工混凝土的施工和易性和均勻性，提升了湛江環(huán)城高速項(xiàng)目海工混凝土的外觀質(zhì)量。

（3）原材料和配合比對(duì)表面氣泡具有明顯的影響，應(yīng)優(yōu)選原材料、配合比、外加劑，盡可能避免和減少大氣泡的產(chǎn)生。

（4）脫模劑涂于模板內(nèi)壁有利于減少混凝土試塊表面氣泡，在保證順利脫模試塊完整的前提下，應(yīng)避免氣泡積聚和附著。