海工混凝土外观质量影响因素分析及其控制

田强春，卢旭伟（广东省南粤交通粤湛高速公路管理中心，广东 广州 510030）

0 引言

海工混凝土外观质量的要求越来越高，要求混凝土表面平整光洁，没有或少有气泡，气泡直径小，同时表面没有大面积色差。本文依托的广东湛江环城高速项目，建设过程中需要的海工混凝土较多，混凝土外观质量是该项目的要求之一。海工混凝土外观质量影响因素较多，如原材料、配合比、运输、浇筑、振捣甚至脱模剂等，当然也包含搅拌的均匀性。本项目引进了搅拌更加均匀的新技术-振动搅拌技术，通过分析影响海工混凝土外观质量的影响因素来改善海工混凝土的外观质量。

1 施工工艺对混凝土外观质量影响

（1）搅拌。海工混凝土的施工和易性对其表面质量影响很大，而混凝土的工作性能与混凝土的搅拌均匀性关系很大，搅拌均匀性与搅拌时间、搅拌方式有密切关系。混凝土的拌合过程其实是搅拌均匀与离析这对矛盾的发展过程，相关研究表明[1，2]：对于特定的搅拌方式，有一个较佳搅拌时间，并满足施工和易性的要求。

苏文浩[3]对新拌混凝土施工和易性进行检测，结果表明搅拌时间对未添加引气剂的混凝土的含气量无明显影响，但对坍落度、扩展度等有很大影响；不同标号、种类的混凝土对搅拌时间有不同的要求，但大多数混凝土的搅拌时间在90～150s。

广东湛江环城高速项目所采用的海工混凝土应用振动搅拌技术，与普通强制搅拌相比，振动搅拌对混凝土的和易性有比较明显地改善，混凝土的外观质量也得到了改善。

振动搅拌过程中，在强制搅拌的同时加入高频振动作用，振动使混凝土的内摩擦力、粘聚力和剪切力下降，提升了混凝土的和易性。另外，振动使混凝土固、液、气三相相互作用的频次加快，使混凝土各个组分的分布更加均匀，有利于混凝土的流动与成型。同时，振动的骨料会使一些大的气泡破裂，直径变小，部分气泡从混凝土中逸出，改变了混凝土的外观质量。

（2）振捣。对混凝土拌合物进行振捣，可排除拌合物中的空气，使拌合物中粗细骨料、胶浆及气相重新排布，更好的相互融合，从而使混凝土更加密实，减少蜂窝麻面，提高混凝土的外观质量。振捣过程中通过高频振动液化砂浆，让水泥砂浆包裹在粗骨料表面形成一层润滑“膜”，降低粗集料之间的内摩擦力，为气泡上升排出提供条件。同时，振捣能够使气泡发生自由移动并促使其不断聚合，成为一定体积的气泡而上升排出。影响振捣排气效果的两个主要因素为振捣有效半径和振捣时间。因此，振捣棒的插入频次与间距必须严格按照规范的要求。振动搅拌的混凝土易密实，容易达到比较好的振捣效果和外观质量。

（3）模板。不同种类的模板对混凝土面层溶液的状态有着一定的影响，与不同的固体接触会形成不同的接触角，接触角越小，在固体上的附着力越强，从而引起混凝土表面产生气泡。不同材质的模板有其自身的特点，其性能对比见表1。

表1 不同材质的模板特点及应用情况

在异形截面构件中需根据截面形式单独设计模板，在气泡排出不畅的部位（如在墙倒角处）增加排气孔或设计气流通道。在相邻模板之间留出1mm缝隙并加海绵条，可增加模板的透气性，从而减少气泡的产生。

2 原材料对混凝土外观质量影响

（1）粗细骨料、胶凝材料。不同母岩性质的粗骨料对混凝土的含气量有较大影响，石粉含量的影响效果比粒径更大，且单一粒径级配的混凝土施工和易性比砂率恰当的混凝土材料低，拌合物含气量也低于级配良好的混凝土。此外，研究表明[4-5]在粗骨料不变时，砂的细度模数越小，混凝土拌合物的含气量越少。

胶凝材料的细度越细，含气量越少。炭质物质尤其是活性炭质对高分子胶体溶液具有强烈的化学吸附作用，致使表面活性剂失去活性，不能产生足够的含气量。因此，当胶凝材料中含有煤粉灰时，混凝土含气量降低。相关研究表明，表面气泡与含气量相关性不大，但当含气量超过6%时，产生表面气泡的可能性会增大。

（2）水胶比。水胶比是影响混凝土性能及其外观质量的重要因素之一，随着水胶比的增大，混凝土拌合物的流动性也随之增加，从而大大降低了混凝土表面出现较大气泡和蜂窝麻面的可能性。但水胶比太大，胶凝材料被水化后混凝土表面存在大量多余的水分，这部分水分因挥发而导致混凝土表面产生肉眼可见的细小气泡。因此合适的水胶比也是控制表面质量的重要控制参数。

郭明洋等[6]通过试验发现水胶比对非引气混凝土的平均气泡直径、气泡比表面积和气泡间隔无明显影响。对于添加引气剂的新拌混凝土，随着水胶比的增大，混凝土平均气泡直径、气泡间隔增大。

（3）外加剂。在混凝土中掺入一定量的减水剂，可以在不影响工作性能的前提下减少单位用水量，不显著改变含气量，但同时会引入一定量的微细气泡，这些气泡大小不均匀、形状不规则、不稳定。在振捣、拌合和运输的过程中，小气泡会汇聚到一起形成大气泡，最终逸出到混凝土表面，形成表面气泡。为了消除因减水剂而引起的有害气泡，通常在新拌混凝土中掺加一定量的消泡剂，可以在一定程度上抑制气泡的聚集合并。

引气剂掺入混凝土中也会形成许多微细气泡，但与减水剂引入的气泡有本质的区别。其尺寸均在20～200 μm之间，且均匀分布于混凝土内部，气泡表面的液膜比较牢固，气泡相对比较稳定，合格的引气剂在混凝土中所引入的气泡是微细气泡，一般情况下不会聚结成大气泡而逸出表面[7]。

（4）脱模剂。脱模剂的使用也影响着混凝土的外观质量，常用的脱模剂有机油、液压油、黄油等，见表2。

表2 使用不同脱模剂的混凝土表面气孔状况

根据表2可知，机油作为脱模剂涂于模板内壁成型的混凝土试块表面气泡最为严重，使用黄油的混凝土外观情况最好，其原因可能是在机油的影响下，气泡积聚在模板表面，而黄油作为脱模剂，气泡无法在模板表面积聚，不能形成大气泡或不附着于模板表面，可以顺利排出。因此，在保证顺利脱模试块完整的前提下，选择合适的脱模剂，避免气泡积聚和附着。

3 海工混凝土外观质量影响因素分析及评价

综上所述，施工工艺和原材料性能是影响海工混凝土外观质量的主要因素，影响效果及评价见表3。对以上影响因素按重要程度由小到大排序：模板→脱模剂→振捣→原材料→搅拌，需要综合把控。

表3 不同因素对外观质量的影响效果评价

4 结语

（1）混凝土施工工艺对表面气泡有很大影响，合理的搅拌方式、搅拌时间、振捣、选用合适的模板与脱模剂均可以减少表面气泡的形成。

（2）振动搅拌技术可以提升海工混凝土的施工和易性和均匀性，提升了湛江环城高速项目海工混凝土的外观质量。

（3）原材料和配合比对表面气泡具有明显的影响，应优选原材料、配合比、外加剂，尽可能避免和减少大气泡的产生。

（4）脱模剂涂于模板内壁有利于减少混凝土试块表面气泡，在保证顺利脱模试块完整的前提下，应避免气泡积聚和附着。