混凝土质量对铝模混凝土表观气孔的影响

2022-08-12卢佳林蓝国平牛子东粟芳春李良川邱盛于志强

新型建筑材料 2022年7期

卢佳林，蓝国平，牛子东，粟芳春，李良川，邱盛，于志强

（1.广西中建西部建设有限公司，广西南宁 530009；2.南宁中建西部建设有限公司，广西南宁 530009）

随着建筑行业的快速发展，传统木模板在现代混凝土施工过程中的局限性越来越大[1]，因此，人们逐渐将注意力转移到新型模板的研究与应用上。目前，由于铝模具有重复利用率高、施工操作便捷、稳固性强、节能环保等特点[2]，在工程中应用越来越普及。但是，由于铝模密封性较好，产生的气泡不宜排出，且一旦产生气泡便容易富集在铝模与混凝土交界处，导致采用铝模成型的混凝土气孔较多，表观质量差[3-4]。因此，本文通过改变混凝土配制参数，包括混凝土砂率、黏度、骨料级配、消泡剂掺量等，研究这些参数对铝膜混凝土表观气孔的影响规律。

1 试验

1.1 原材料

（1）水泥：红狮P·O42.5水泥，安定性合格，物理力学性能如表1所示。

表1 水泥的物理力学性能

（2）粉煤灰：广西旭能粉煤灰有限责任公司，Ⅱ级，细度（45μm方孔筛筛余）25%，需水量比97%，烧失量2.0%，28 d活性指数73%。

（3）矿粉：S95级，烧失量0.3%，流动度比98%，28 d活性指数98%。

（4）集料：机制砂，连续级配，细度模数2.6，Ⅱ区中砂，松散空隙率42%；碎石，5～31.5 mm连续级配，针片状颗粒＜5%，无有害杂质。

（5）减水剂：中建西部建设新材料科技有限公司产聚羧酸高性能减水剂，减水率＞28%，固含量15%。

（6）脱模剂：中建西部建设新材料科技有限公司产水性脱模剂，固含量≥22%，pH值7～8，无腐蚀性。

1.2 试验方法

参照JGJ/T 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》设计C30、C50混凝土的基准配合比（见表2），将称量好的各原材料倒入双卧轴强制式搅拌锅中搅拌90 s，按照GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试混凝土拌合物的含气量、坍落度及扩展度。然后将混凝土倒入固定好的铝模模具中振捣，铝模尺寸为500 mm×200 mm×1200 mm（长×宽×高），使用前均匀刷涂脱模剂，静置2～3 h，使铝模内侧表面形成一层隔膜。在温度（20±5）℃、相对湿度大于50%的混凝土实验室自然养护24 h后脱模，用游标卡尺测量混凝土500mm×1200mm成型面气孔的孔径，以成型面气孔总量和各级平均直径气孔的数量作为混凝土表观质量的评价指标。

表2 铝模混凝土的基准配合比

（1）砂率对混凝土表观质量的影响：采用上述C30混凝土配合比进行试验，以SL2为基准配合比（砂率47%），另外2组在基准配合比上砂率分别加减3个百分点，其余条件相同，将不同砂率的混凝土分别一次灌入准备好的铝模中，并采用快插慢拔方式一次振捣且只在铝模中间位置振捣20 s，在相同条件下对比砂率对铝模混凝土表观质量的影响。

（2）黏度对混凝土表观质量的影响：采用上述C50混凝土配合比进行试验，通过调整用水量来改变混凝土黏度。以ND2配合比为基准配合比，另外2组在基准配合比基础上用水量分别加减7 kg/m3，采用快插慢拔方式一次振捣且只在铝模中间位置振捣50 s，在相同条件下对比黏度对铝模混凝土表观质量的影响。

（3）粗骨料级配对混凝土表观质量的影响：采用SL2配合比，改变其碎石级配，基准组GJ采用5～31.5 mm连续级配碎石，试验组Gd采用人工筛选粒级为10～31.5 mm的碎石。碎石级配曲线如图1所示，基准组GJ碎石级配较好，为连续级配碎石；试验组Gd碎石级配较差，超出级配上限。本次试验采用快插慢拔方式一次振捣且只在铝模中间位置振捣50s，在相同条件下对比粗骨料级配对混凝土表观质量的影响。

（4）细骨料空隙率对混凝土表观质量的影响：普通Ⅱ区机制砂的松散堆积空隙率通常在41%～43%，本试验采用石灰石机制砂，依据SL2配合比，改变细骨料空隙率，基准组JS2机制砂空隙率为42%，人工筛选配制2种不同松散空隙率的机制砂，JS1、JS3机制砂空隙率分别为40%、44%，3种机制砂的堆积性能如表3所示。采用快插慢拔方式一次振捣且只在铝模中间位置振捣50 s，在相同条件下对比细骨料空隙率对混凝土表观质量的影响。

表3 3种机制砂的堆积性能

（5）消泡剂掺量对混凝土表观质量的影响：为了提高混凝土的成型质量，减少混凝土表面气泡的产生，最常见的办法是在减水剂中加入消泡剂[4]，但消泡剂掺量过高，会导致混凝土的含气量减小，工作性能下降。消泡剂掺量设置5个梯度，分别为减水剂固含量的0、0.005%、0.010%、0.015%、0.020%。铝模均匀涂刷脱模剂后水平静置2～3 h，在相同条件下采用SL2配合比制备C30混凝土，采用快插慢拔方式一次振捣且只在铝模中间位置振捣50 s，在相同条件下对比消泡剂掺量对混凝土表观质量的影响。

2 试验结果与分析

2.1 砂率对混凝土表观质量的影响

砂率对混凝土性能以及成型面气孔总量和分布情况的影响如表4所示，不同砂率混凝土的表观质量如图2所示。

表4 砂率对混凝土性能及成型面气孔数量的影响

由表4及图2可知，砂率为50%时混凝土的大气孔数量（直径＞5 mm）较基准组明显增多，表观质量整体较差；砂率为44%时，直径＞3 mm气孔总量要少于基准组，但是直径＞10 mm的气孔数量明显高于基准组。综上所述，砂率为47%时的气孔控制最优，砂率增大或减小都不同程度地影响了混凝土的表观质量。这是因为，砂率增大时，混凝土稠度增大，气泡上浮逸出阻力增大，在振捣时间不足的情况下，混凝土内部未逸出的气泡量增加；砂率减小（不足）时，混凝土密实度较差，微小气泡在骨料堆积的空隙内聚集破裂，形成大气泡，难以排出[5-6]。

2.2 黏度对混凝土表观质量的影响

通过调整用水量改变混凝土黏度，黏度对混凝土性能以及成型面气孔总量和分布情况的影响如表5所示，不同黏度混凝土的表观质量如图3所示。

表5 黏度对混凝土性能及成型面气孔数量的影响

由表5及图3可知，ND1的大气孔（直径＞5 mm）数量与基准组ND2相比显著增加，影响混凝土表面质量；ND3的表观质量也较基准组ND2差，出现了少量的大气孔（直径＞5 mm）。基准组ND2的各级粒径气孔数量控制更优，气孔数量整体随水胶比的增加呈先减小后增大的趋势。这是由于，在混凝土水胶比较小时，混凝土黏度大，黏滞阻力增大，气泡不易排出，导致混凝土表观气孔较多；随着水胶比的增大，混凝土的黏度变小，混凝土中的气泡得以顺利排除，表观气孔减少；当水胶比过大时，硬化混凝土的密实度变差，导致混凝土表面气孔数量增加。

2.3 粗骨料级配对混凝土表观质量的影响

不同粗骨料级配混凝土的表观质量如图4所示，粗骨料级配对混凝土成型面气孔总量和分布情况的影响如表6所示。

表6 粗骨料级配对混凝土成型面气孔数量的影响

由表6及图4可知，试验组Gd的大气孔（直径＞5mm）数量与基准组GJ相比显著增加，表观质量较差。2组混凝土的1～2 mm气孔数量差异不大，但在＞3 mm气孔数量方面，基准组GJ要优于试验组Gd。这是因为试验组的粗骨料级配单一，粗骨料之间不能形成良好的填充补位效果，空隙率大，混凝土经振捣后，浆体内微小气泡破裂形成大气泡，在粗骨料堆积的空隙内聚集，难以排出，影响了表观质量[7]。

2.4 细骨料空隙率对混凝土表观质量的影响

不同细骨料空隙率混凝土的表观质量如图5所示，细骨料空隙率对混凝土成型面气孔总量和分布情况的影响如表7所示。

由表7及图5可知，试验组JS3的表观质量表现最差，JS1的表观质量较好。3组混凝土中平均孔径为1～2 mm的气孔总量差距不大，但随着松散堆积空隙率的增大，气孔孔径＞2mm的气孔总量显著增加。产生这种现象的原因与碎石级配的影响类似，机制砂级配越差，堆积空隙率越大，则混凝土小气泡聚集形成大气泡的空间就越大[8]。

表7 细骨料空隙率对混凝土成型面气孔数量的影响

2.5 消泡剂掺量对混凝土表观质量的影响

消泡剂掺量对混凝土性能以及成型面气孔总量和分布情况的影响如表8所示，不同消泡剂掺量混凝土的表观质量如图6所示。

表8 消泡剂掺量对混凝土性能及成型面气孔数量的影响

由表8及图6可知，随消泡剂掺量的增加，混凝土的含气量持续减小，当消泡剂掺量为0.015%时，混凝土和易性最好，混凝土表观质量整体观感最好；当消泡剂掺量为0.020%时，混凝土的流动性一般、流速较慢；未掺消泡剂时，混凝土成型面出现了大量的＜1 mm的微小而密集的气孔。各个粒级气泡总量随消泡剂的掺量增加呈先减少后增多的趋势，消泡剂掺量为0.015%时，＞3 mm的气孔没有出现，微小而密集的气孔也大量消失。这是由于，当消泡剂掺量不足时，混凝土含气量较高，在有限的振捣时间内，混凝土搅拌时引入的大量微小气泡不能很好地排出，影响了混凝土表观质量；随着消泡剂掺量的增加，混凝土含气量减小，再配合振捣，混凝土表观质量得以提高；但消泡剂掺量过多时，混凝土的含气量不足，影响了混凝土拌合物的流动性，振捣时气泡排出的阻力增大，从而导致混凝土的表观质量变差[9-10]。