预制T梁混凝土表面气泡成因分析与防治

封期光

(湖南雁扬交通建设咨询监理有限公司)

1 工程概况

湖南省新化至溆浦高速公路第8 合同段，主线全长2.7 km。合同段有40 mT 梁190 片，混凝土强度等级C50;于2010年7月24 日开始预制，计划2011年4月底全部预制完成。在施工中采用泵送商品混凝土、机械振捣的方式进行浇筑。

2 问题的提出

2.1 问题现象

通过对该合同段2010年7月24 日至2010年8月31 日期间预制的17 片40 mT 梁混凝土进行检测分析，发现该17片T 梁混凝土表面存在气泡偏多现象。

根据统计分析结果显示，T 梁混凝土表面气泡含量平均值为46 个/m2。当混凝土表面出现的气泡大于规范要求时，则会降低混凝土结构的强度:由于气泡较大，减少了混凝土的断面体积，致使混凝土内部不密实，从而降低混凝土的强度;降低混凝土结构的耐久性能:由于混凝土表面出现了大量的气泡，减少了钢筋保护层的有效厚度，加速了混凝土表面碳化的进程;严重影响了混凝土的外观。因此，需要分析预制桥梁混凝土结构表面气泡的成因，减少混凝土表面气泡含量。

2.2 原因分析

气泡缺陷的产生原因是多方面的，从骨料、外加剂、水泥、混凝土浇注过程中的振捣，以及浇注后的脱模养护等方面都可能混凝土产生气泡缺陷。

(1)原材料

水泥在混凝土拌合中采用较小水泥用量或比表面积较小的水泥则最终拌合物内气泡则较难上升逸出。

模板施工所用模板表面不光滑或由于模板表面脱模剂粘结度太大而可将气泡黏住也会导致气泡不宜逸出;若施工采用刚模板则需采用油性脱模剂，在振捣过程中内部自由水和气泡向两侧及上部走动导致钢模与混凝土接触部位水、气量较大，且由于采用的油性脱模剂具有一定粘滞力造成该部分水和气泡不易逸出而在混凝土表面形成气泡;而木模板则采用水性脱模剂，其粘滞力较小则利于内部气泡排出。

骨料级配施工中若采用的骨料级配不合理，如粗骨料用量较大或骨料大小不当以及粗骨料内针片状颗粒含量较大和拌合中实际采用的砂率小于实验室提供砂率，最终导致细骨料用量不足以填充粗骨料间隙，最终导致骨料不密实而在内部形成自由空隙，则大大增加了气泡产生的可能性。

水灰比混凝土内水泥的作用主要起保证混凝土强度作用，在满足其强度的前提下增加水泥用量且减少水的用量，则多余的水泥净浆可将由于集料级配不合理或其他因素导致的空隙填塞，同时水量减小可减少水分蒸发过程中自由水形成气泡的量，因而可在一定程度上减小气泡产生;拌合过程中水泥用量较少则水和水泥水化反应消耗的水量较少，则相对自由水部分较多因而气泡形成机率增大，因而合理确定水灰比对气泡产生起着决定性作用。

掺合料混凝土拌合中在保证其强度的前提下一般采取添加粉煤灰等作为掺合料代替部分水泥以改善混凝土的和易性，便于其曾好的填塞骨料间隙减少气泡产生，并可在一定程度降低成本，但若掺合料用量过大则会导致混凝土粘度过大而影响气泡外排而形成墙体表面气泡。

外加剂为了保证泵送混凝土的可泵性通常在搅拌过程中引气剂，但不同的引气剂在混凝土内存在状态也不同，部分引气剂可在混凝土内形成较大气泡，且该类气泡表面能很低容易形成连通性较大的气泡，在混凝土振捣时一旦振捣不充分则很容易导致表面气泡产生;或掺加木质素磺酸盐、腐植酸盐等减水剂，其可降低液气界面张力并具有一定的引气作用，即其可吸附于固液界面并可吸附于液气界面，因而宜在混凝土内形成微小气泡，但该气泡在混凝土运送过程中不沁水、不离析因而在浇筑后不易外排而导致混凝土表面气泡产生。

(2)搅拌时间

搅拌时间是混凝土拌和工作中最为关键的一个环节，如果在搅拌的时候时间过短的化，则很容易导致混凝土材料搅拌不均匀，这就使得内部气泡的密集程度也存在着一定的不同，因而不利于气泡的排放，若是搅拌时间过长，则容易引起混凝土内部含有气泡的增加。因此在施工的时候做好搅拌时间的合理控制便显得十分重要。

(3)温度变化

一般而言，在混凝土浇筑完成之后，混凝土在硬化的时候必然会受到水泥水化热的影响而产生温度变动。同时在这个环节也极容易受到周围温度、湿度的影响而产生收缩和膨胀问题，这些问题的产生不仅容易造成混凝土表面产生大量的气泡，同时还会造成混凝土出现收缩或者是膨胀裂缝，且该类气泡是一种随着温度变化而扩张和合拢的特征。在这些气泡扩张和收缩的时候，如果环境温度过低，那么气泡体积会变小，承载力变大且不容易形成联通气泡破裂，当混凝土面层水泥浆体强度小于气泡强度则气泡体积随环境温度而变化，导致周围水泥浆体也随之变化，但当水泥浆体强度达到一定值时则不在随气泡体积变化而变化，若此时恰逢气泡体积最大则将导致在混凝土表面产生气泡，且该类现象在大体积混凝土表面或温差变化较大的环境中更为明显。

3 减少预制T 梁混凝土表面气泡对策

针对此次17 片T 梁混凝土表面气泡缺陷过多的种种影响因素，提出以下预防和改进措施。

3.1 通过对减水剂掺入一定量的消泡剂，以降低混凝土中的气泡含量

(1)通过在减水剂中掺不同剂量的消泡剂，并同步检测相应混凝土中的含气量。

在0‰～9‰的掺量内按每1‰的递增掺量，对LNK－G300 聚酸高效减水剂中添加SH × PJMP－317 型消泡剂。并采用混凝土含气量测定仪对混凝土含气量进行检测。

(2)测试不同含气量混凝土的抗压强度、工作性能等指标，确定最佳消泡剂掺量。

根据统计表明:混凝土中掺加一定量的消泡剂，可以改善混凝土的含气量，随着消泡剂掺量的增加，混凝土的含气量先减小后增大，并且在此过程中，混凝土的强度和工作性能也随之变化(见图1)。

图1 消泡剂掺入量与混凝土含气量折线图

根据图1 对比分析确定消泡剂最佳掺量为3‰，在保证混凝土抗压强度、工作性能的前提下，使混凝土的含气量控制在2.5%。

3.2 改善原来的插入式振动棒振捣方法，提高振捣效果

插入式振捣方法为垂直振捣，即插入式振动棒与混凝土表面垂直，操作要做到“快插慢拔”;混凝土分层灌注时，每层混凝土的厚度应不超过插入式振动棒长的1.25 倍;每一插点要掌握好振捣时间，一般每一振捣点的振捣时间为20～30 s 为宜，以混凝土表面不再显下沉、不再出现气泡、表面泛出灰浆为准;插入式振动器插点要均匀排列，可采用“行列式”或“交错式”的次序移动，但不可混用，以免漏振，每次移动的距离不得超出插入式振动棒的作用半径。

3.3 精确控制附着式高频振动器振动时间

(1)选定、安装万用自控高频机。

通过对市场进行调查，选定ZE150D 万用自控高频机对附着式高频振动器进行自动控制。

(2)确定附着式高频振动器的振动时间。

由施工技术人员对附着式高频振动器振动时间与T 梁混凝土表面气泡含量进行了统计(图2)。

图2 振动时间与混凝土表面气泡折线图

通过对高频振动器振动时间与气泡数量统计表分析发现:振动时间在50 s 时，T 梁混凝土表面出现砂线，气泡数量减少，但是，随着振动时间的增加，砂线渐趋严重。根据附着式高频振动器振动时间与T 梁混凝土表面气泡含量折线图，确定附着式高频振动器的最佳振动时间:45 s。

3.4 调整附着式高频振动器位置和布设

在原有附着式高频振动器布设位置基础上，参考其他项目的经验，设计出新的T 梁模板附着式高频振动器布置设计图;并将所有T 梁模板附着式高频振动器位置按新图纸进行了改装。通过该对策的实施，附着式高振动器的位置得到了改进，能够确保T 梁混凝土表面全部振实到位。

4 改进效果

通过以上对策实施完成以后，对2010年12月1 日～27日期间生产的20 片T 梁混凝土表面气泡含量进行了检测。检测结果表明T 梁混凝土表面气泡平均含量由原来的46 m2降至12 m2。

5 结 论

(1)通过对减水剂掺入一定量的消泡剂，以降低混凝土中的气泡含量;(2)改善原来的插入式振动棒振捣方法，提高振捣效果;(3)选择适当的振捣设备、最佳的振捣时间、合理的振捣半径和频率;(4)调整附着式高频振动器位置和布设。

［1］中华人民共和国行业标准.普通混凝土配合比设计规程(JGJ55－2000)［S］.北京，2001.

［2］公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50－2011))［S］.人民交通出版社，2011.

［3］刘秉京.混凝土技术［M］.人民交通出版社，2004.