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【晨越原创天地】浅析混凝土异形构件变截面处表面气孔产生的原因及预防措施
出处:晨越建管 时间:2018-12-13 14:48:14  浏览:784

1.引言

现阶段建设的各类工业与民用建筑,均存在大量现浇混凝土构件,其中有部分截面为异形的构件,在浇筑完脱模后表面往往存在有较多气孔现象发生,严重的甚至影响观感质量,投入使用后在雨水作用下易形成污渍累聚,造成混凝土面腐蚀或其它不良影响。

特别是在桥梁工程施工中,如现浇预制梁、现浇防撞墙等构件尤为明显。在施工浇筑完成脱模后,其翼板变截面位置处,混凝土表面极易出现较多气孔。

本文试将以桥梁工程中常见的现浇预制梁、防撞墙为例,从气泡成因、施工工艺解决方法上展开讨论。对现阶段普遍存在的截面为异形的现浇混凝土构件,就如何在施工中避免脱模后出现大量气孔,影响观感质量进行经验分析,从事前预控角度提供一定的参考借鉴。


2.混凝土本身的特性

一般工程中应用的混凝土由:水泥、水、砂子、碎(卵)石、外加剂、掺和料等组成。混凝土内部基本构成为:粗骨料形成的空隙由细骨料填充,细骨料形成的间隙由水泥浆填充。在粗细骨料级配良好的情况下,通过机械搅拌使各类材料充分均匀拌合,浇筑时采用强力振捣,经后期养护达到设计强度后,使混凝土形成密实的人造石,与构件预埋钢筋骨架等形成共同受力结构,一起承载各类型荷载,达到使用功能。

混凝土在拌和中加入的水,经与水泥及其它添加料产生复杂的物理化学反应后,基本分为两部分:一部分水参与水泥和添加剂的化学反应,形成结合水;另一部分形成游离水,后期养护期间,在温度和外界影响下,将以气体的形式蒸发掉。由此可见,在混凝土内部,必将会有部分水因各种原因,不能充分参与到和水泥等材料的化学反中形成结合水,余下的水必将以游离水的形式,蒸发后在混凝土内部留下气孔(气泡)。

从混凝土的组成材料上理解,其内部产生或大或小气孔(气泡),是混凝土类人造石建材先天所具有的本性,通常情况下不影响其承载力使用功能。因此,混凝土是典型的多孔性材料,其表面布满毛细孔,具有很强的吸湿性和渗透性。要想在混凝土生产中完全消灭其内部游离水形成的气孔(气泡),本身既不可能也不经济。

一般工程中混凝土拆模后,其表面具有或多或少的气孔(气泡)是其内部属性的表现,属正常范畴。但如拆模后气孔(气泡)大小不一,又过多地在一定部位集中出现,影响了观感质量,则应从施工生产原材料及工艺操作上寻找原因,此为本文所关注讨论的重点。

3.出现气泡成因分析

现浇混凝土异形构件变截面的表面气孔产生原因较复杂,一般有以下成因:

3.1原材料使用

3.1.1水

水泥在实际应用时,为了获得适宜的施工性,即一定的塑性和流动性,拌和的用水量要远大于其理论需水量,通常为理论需水量的1.5-3倍,水灰比越大(水量/水泥量),则用水量越多,而多余的水份将从混凝土中逸出,会在混凝土中留下孔隙,拌和的水越多,形成的毛细孔就越多。

3.1.2 水泥

水泥在生产过程中一般添加有助磨剂,通常有助于气泡的产生,如碱含量过高,细度太细,则含气量也会增加。

3.1.3粗细骨料

粗细骨料对气孔(气泡)的产生具有一定影响。根据“粒料级配密实”原理,在施工过程中,材料级配不合理,粗骨料偏多、大小不当,碎石中针片状颗粒含量过多,以及生产过程中实际使用砂率比试验室提供的砂率偏小,造成细粒料不足以填充粗粒料空隙,导致粒料不密实,会形成自由空隙较多,也为气孔(气泡)的产生提供了条件。根据实际经验数理统计,砂的粒径范围在0.3-0.6mm时,混凝土含气量最大,而小于0.3mm或大于0.6mm时,混凝土含气量会显著下降。

3.1.4外加剂

外加剂类型和掺量对气泡形成具有较大影响。如混凝土中产生的大气泡特别多,可能与减水剂中较差的引气组成材料有关。一般减水剂(特别是聚羧酸类减水剂和木质素磺酸盐类减水剂)或泵送剂中,可能会掺入一定量起引气作用的增气剂。减水剂用量增加,气孔(气泡)也会增加;另外,当加入的外加剂为松香类引气剂时,所产生的气孔(气泡)也比其它类型的外加剂要稍多。

3.2施工原因

搅拌时长对混凝土内部产生气孔(气泡)会有不同影响,如搅拌不匀或时间过短,外加剂汇聚较多的部位所产生的气孔(气泡)就会多。但过分搅拌时间过长,又会使混凝土内部形成气孔(气泡)越来越多产生负面影响。

脱模剂使用不当会影响气泡(气孔)的产生。由于有些施工单位延用了老的脱模剂,常用的是机械修理厂回收的废机油,这种油往往对气泡(气孔)具有极强的吸附性,混凝土内存在的气泡(气孔)与之一接触,便会吸附在模板上,并成型于混凝土结构表面。还有一种脱模剂,即水性脱模剂,对混凝土产生的气泡(气孔)亦具吸附作用,使混凝土内的气泡(气孔)无法随机械振捣而随模板的接触面逐步上升,排出气泡(气孔)。故脱模剂应慎重选择。

振捣情况也会影响气孔(气泡)的生成。由于施工中振捣的环境复杂,振捣工的操作对混凝土表面出现气孔(气泡)的多少有着根本影响。作为混凝土结构,振捣越好其内部结构就会越密实。从分层振捣的高度和振捣时间两方面分析,分层的高度即每次下料高度越高,则混凝土内部的气孔(气泡)就越不容易往上排出。但振捣的时间过长(超振)或过短(欠振),以及未振捣到位的部位(漏振),混凝土的表面气孔(气泡)缺陷也会越多。“超振”会使混凝土内部的微小气孔(气泡)在机械强作用下出现破灭重组,由小变大。“欠振”和“漏振”都会使混凝土出现不密实,从而导致其产生自然空洞或空气型的不规则大小气孔(气泡)。

4.异型构件变截面处的特殊性

不同于截面规整的垂直、水平构件,异型构件变截面表面位置在脱模后易出现气孔。如现浇预制工形梁下部变截面的翼板表面,以及桥梁上部防撞墙等,其截面通常为下大上小,此部位模板安装时通常为斜置且密封,气泡出现后因浮力原理垂直向上运动至斜置模板处,受模板摩擦力、混凝土水平阻力影响,气泡(气孔)有可能处于力学平衡即相对静止状态。如振捣方法不对,则可能无法破坏此种平衡,处于上述情况下的气泡,在拆模后极易出现气孔。如下图:

 
预制梁标准断面           
 
 
常规浇筑脱模后翼板表面形成的气孔

4.1避免出现过多气孔(气泡)影响混凝土观感的解决措施

下面以现浇预制梁气孔出现成因特点为例,提出以下解决方案供参考。

4.1.1原材料控制

鉴于现在很多工程均使用订购商品混凝土,施工单位在选择供应产家时,一定要选择实力强,生产质量稳定,最好具有全套水泥、砂石骨料自生产来源稳定的商品混凝土供应商,向其详细提出所需混凝土的技术指标要求,从原材料上把好质量关,对避免产生大量表面气泡有重要影响。

水泥要优先选用低碱、不掺或少掺助磨剂、适应性强、有一定品牌、规模较大、质量稳定且试配中产生气孔(气泡)较少的水泥品种,有利于减少气孔(气泡)产生。

粗骨料级配要良好,细骨料要采用天然河砂(中砂)。严禁使用人工机制砂,否则粉尘含量过大,亦对减少气泡产生起加强作用。

选用减水剂或其它外掺料时,应尽量避免或取消添加剂中的引气组份。进行各类型减水剂复配选型时(如起减少用水量的减水剂、加快强度增长的早强剂等),不宜采用已发酵或长时间存放的原材料,如纸厂或糖厂的废液等(通常有较明显的异味或臭味)。

4.1.2施工操作措施

正确的混凝土施工振捣,对脱模后气孔的产生具有关键影响作用。特别是现浇预制梁下部的翼板结构,防撞墙下部的大脚部位等。现有的施工模板一般为预制定型钢模,翼板上表面位置的模板均处于密闭状态,在混凝土振捣时,如分层厚度过厚,一次装料在变截面以上的,则排除底部振捣时产生气泡较困难。

经现场实践操作反复证明,在施工开始时只要对作业工人做好质量技术培训交底,选用优秀的振捣技术工,振捣时采取严格的分层浇筑,只要不“过振”或“漏振”,不过份强调浇筑进度,进行精细化的操作,就能有效避免气泡(气孔)的产生。

在分层振捣时,分层的高度一定要选择在变截面处,完成底层第一次混凝土充分振捣后,浇筑第二层时振捣棒不得再插入下层,让已密实的混凝土再次产生强力扰动。否则将造成下层产生的气泡或游离水,不能从上一浇筑层界面顺利排出,使脱模后的表面产生大量气孔。以下为现浇预制工形梁下部变截面翼板处振捣工艺图:


第一次振捣    
             
第二次振捣  
 
第三次振捣

4.2实施效果

实际操作时,对现浇预制梁及防撞墙分别进行了试操作样板评估。在采用同一批商品混凝土情况下,施工振捣作业分为两组。一组按常规操作,即也分层但未严格按4.3.3所述操作要领进行布料振捣,脱模后仍然存在或多或少的气孔;另一组严格按本文所述操作要领进行进行精细化振捣,虽然在浇筑进度上与第一班组相比,效率上有所降低,但脱模后未存在明显气孔现象,基本达到观感质量良好目标。情况如下图所示:

 
    
现浇预制梁翼板变截面严格进行分层精细化操作脱模后效果
 
 
 
防撞墙常规浇筑脱模后产生气孔
 
 
防撞墙振捣严格进行分层精细化操作脱模后效果

5.综述评估

综上所述证明,现浇混凝土异形构件,为避免在浇筑完成脱模后表面产生较多气孔,应在以下两方面把好质量关:

1、重要影响因素:施工原材料及和易性等指标。

2、关键影响因素:现场混凝土施工振捣作业。

如做好以上两点预控,作为施工单位,需要管理层重视,施工前做好作业人员质量技术交底培训和施工过程管控,发扬“工匠精神”,严格进行分段分层、“精细化”施工操作,克服“唯进度效率论”及质量麻痹思想,避免在混凝土异形截面构件浇筑脱模后,表面出现气孔过多,影响观感质量的情况发生。

作者介绍:

马林,晨越建管集团工程部项目经理、总监理工程师, 西南交通大学建筑工程专业毕业,一级建造师(水利水电工程)、国家注册监理工程师(市政、公路工程)、高级职称。长期从事各类工业与民用建筑施工技术及管理工作,先后担任过主办工长、技术负责人、项目经理、总监理工程师等职务。

   
 
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