混凝土斜坡浇筑面的气泡产生与消除.pdf

2 0 1 3年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 0l 3 No 8 Au g u s t 混凝土斜坡浇筑面的气泡产生与消除 唐崇正 ( 中国水利水电第七工程局有限公 司， 成都 6 1 0 0 8 1 ) 摘要： 从混凝土配合 比、 振捣 工艺和模板材料 等几方面解释 了斜坡 混凝 土浇筑成 型面气泡数量 多且不 易消除 的原 因， 结合透水模板 布在 某水 电站 斜 面混凝 土施 工 中的应 用实例 ， 分析 了透 水模板和普通 钢模 板 的气泡排 出机 理 ， 并依 据斯托克斯 定律探 讨 了气泡排 出与倾斜 模板及其 混凝土参数 间的相互 关系 提 出 了消除斜坡成 型混凝土 表 面 气 泡 的 有 效 施 3 - 工 艺措 施 关键词 ： 斜混凝土坡面； 气泡； 透水模板布： 斯托 克斯 定律 Ab s t r a c t ：T h e r e a s o n s o f n u me r o u s b l o w h o l e s o c c u r r e d a n d d i ffic u l t t o b e f r e e f r o m C O n c r e t e i n c l i n e d s u r f a c e a r e i n t e r p r e t e d a c c o r d i n g t o s e v e r a l i mp a c t a s p e c t s s u c h a s c o n c r e t e mi x t u r e p r o p o r t i o n ，v i b r a t i o n t e c h n i q u e a n d f o I n l wo r k t y p e C o mb i n e d w i t h t h e e x a mp l e s o f c o n c r e t e c a s t c o n s t r u c t i o n o f a h y d r o p o w e r s t a t i o n a p p l i e d c o n t r o l l e d p e IT ll c a b i l i t y f o r m wo r k i n i n c l i n e d mo u l d ，t h e b l o w h o l e s d i s c h a r g e d me c h a n i s ms o f c o n t r o l l e d p e r me a b i l i t y f o r mwo r k a n d o r d i n a r y s t e e l f o r lT i w o r k a r e a n a l y z e d An d b a s e o n S t o k e s L a w a n d f r e s h c o n c r e t e p a r a me t e r s t h e r e l a t i o n s h i p o f b l o w h o l e s e l i mi n a t e d u r a t i o n a n d t h e i n c l i n e d f o r mwo r k i s d i s c u s s e d I n a d d i t i o n ， t h e e ff e c t i v e c o n s t ru c t i o n t e c h n i c a l me a s u r e s f o r e l i mi n a t i n g b l o w h o l e s f o r me d O n c o n c r e t e i n c l i n e d s u r f a c e a r e p u t f o r w o r d Ke y wo r d s ： C o n c r e t e i n c l i n e d s u r f a c e ； B l o wh o l e s ； C o n t r o l l e d p e r me a b i l i t y f o i n l wo r k ； S t o k e S L a w 中图分类号 ： T U7 4 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 3l 0 8 7 5 0 3 0前 言 随着混凝土技术发展 人们对混凝土表观效果 要求越来越高。由于受原材料 、 配合 比、 浇筑模板 、 振捣及养护环境等因素制约 ， 混凝土浇筑成型面常 会产生有害气泡 ， 特别是 在斜坡浇筑施 工 中， 上述 情况更为严重 ， 大大降低了混凝土 的表面质量和耐 久性能 。因此 ， 分析斜坡混凝土表面气泡成因， 寻求 解决或减少气泡的方法是必要 的。 1 斜坡成型混凝土多气泡成因 1 1 原材料及配合 比 胶凝材料偏少和水灰 比不 当是气泡 产生 的两 个重要原因。在混凝土浇筑过程中 ， 较少的胶凝材 料难 以填满集料间空 隙，导致混凝土内部不密实 ， 从而形成 自由空隙， 为气泡产生提供了条件。同样 ， 水灰 比过大会导致参与水化反应的水泥含量较少 ， 自由水相对较多 ， 使 得水分 蒸发后形成气 泡 ， 增 大 了气泡形成机率。此外 ， 集料级配不合理 ， 针片状颗 粒过多等因素也是气泡产生的重要原因_ 1 J 。 1 2 振捣 振捣的 目的是为了排 出多余 的空气 ， 从而使混 凝土更密实 。振捣是影响气泡形成最重要因素 ， 涉 及振捣半径 、 振捣持续 时间和振捣深度等方 面。现 场振捣质量控制主要依靠工人操作经验 ，因此 ， 浇 筑过程 中容易产生过振 、 欠振或漏振等 问题 。振捣 时间太短或振点间距偏大都会形成欠振 ， 致使混凝 土拌合物内部气泡不能完全排 出， 滞留于混凝土浅 层表 面附 近形 成 气泡 。而对 于 斜 坡混 凝 土施 工 ， 特 别是坡角( 坡面与垂直 面之角) 较大 的混凝土结构 ， 通常模板 内侧混凝土部分钢筋较密集 。 振捣操作难 度大 ， 现场往往会疏漏模板附近 的振捣 致使该处 混凝土振捣不充分圈， 表面极易形成较多有害气泡 。 斜坡混凝 土施工气泡多少 与一 次浇筑层厚 密 切相关。分层振捣浇筑填料时， 混凝土不断密实 ， 内 部多余气体受振动上浮以气泡形式垂直向上排 出， 但因模板呈倾斜状增加 了气泡排逸距离 ， 当气泡上 浮至模板附近 ， 会受到倾斜模板阻碍而不能直接垂 直排逸。如果振捣力或振捣持续时间不足 ， 这些气 泡将附着在倾斜模板上或潜滞在斜面混凝土内。 1 - 3 模板材质及其他 不同模板材料会产生不同浇筑效果 ， 斜坡更为 明显 。钢模 板 不易 变形 ， 便 于拼装 ， 表 面较 光 滑 ， 但 不能吸收多余水分 ， 不利于混凝土振捣时气泡的排 出。木模板可吸收一定水分 ， 有利排 出部分气泡， 但 表面较粗糙 ， 且易变形 ， 会影响混凝土外观质量 。因 此 找到一种不易变形 、 便于拼装 、 表面光滑 ， 同时 有利 于水分和气泡排 出的模板是现场施工应 采取 的有效 措施 。 导致斜坡混凝土成型表面产生气泡 的因素还 一 7 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 8 期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 8期 有很多 ， 如 ： 外加 剂选用 、 入仓 方式 、 温 度与湿度 、 拆模时间等。 2消除斜 坡气 泡 的措施 2 1 原材料及配合 比 要 严 格 控 制 骨 料 粒 径 和 针 片 状 颗 粒含量 ， 选择合理级配 ， 控制好粗 细集 料 比例 。相 比普通部位混凝土 ， 斜坡混 凝土配合 比中宜适 当增加水泥用量 ， 严 图 1 普通钢模气泡上浮示 意图 图 2 透水模板气泡上浮示 意图 格控制水胶 比， 可减少混凝 土中 自由水含量 ， 保证 拌合物工作性 ， 有助振捣过程中减少气泡。 2 2振 捣 应根据仓 面的复杂程度 和供料强度尽量选 择 薄层多次 的入仓方式 ， 随浇随振 ， 使振捣形成的气 泡能及时排逸。严格控制入仓强度 ， 满足振捣棒振 捣高度要求。作业时应挑选富有经验和责任心的工 人 ， 作业前加强技术交底 ， 根据选用 的振捣棒型号 ， 依据试验确定相应标准的振捣工艺参数。要特别严 格 控制 模 板 边 的振 捣作 业 ， 保 证不 出现 欠振 或 漏 振 现象 ， 否则 ， 很容易 出现气泡残留； 而振捣过久易使 混凝 土 分 层和 泌水 【3 卅。对 于插 入 式振 捣 器 ， 振捣 半 径为 4 5 7 5 c m， 一般取插入半径 5 0 c mt ； 分层厚度不 应过大 ， 一般为 3 0 5 0 c m t 。振捣时应该快插慢拔 ， 垂直插拔 ， 防止振捣时插拔裹挟空气进入拌合物 。 2 - 3 模板选 用 对 于 斜 坡混 凝 土结 构气 泡 问题 选 用 木模 板 要 好 于钢模板 ，但钢模板因平整度好和不易变形 ， 使 用更广泛。如选用木模板 ， 表面应尽量光滑 ， 拼装接 缝处要平整 ， 接缝不宜过长。如选用钢模板 ， 可在钢 模板表面粘贴透水模板布。 3 透 水模 板条件 下 混凝 土斜坡 振捣气 泡 的排 除 3 1 斜坡振捣气泡上浮分析 透水模板布工艺应用是近年来改善混凝 土外 观质量的有效措施 。它可以把振捣混凝土中多余的 空气和水分排 出， 从而降低拌合物水灰 比 减少表 面气孔和裂纹 ， 提高表面密实度 ， 延长混凝 土寿命 。 模板布 的最大特点在于能够在模板与混凝 土面之 间形成排渗通道 ， 气泡一旦接触模板布 ， 可 以认为 到达了近似 自由边界 ， 能 自由排 除。这对于混凝土 成型效果显著， 对斜坡面浇筑消泡更加有利。 透水模板布分为过滤层和排水层 ， 粘 附在模板 上 ， 不但能及时排除斜坡混凝土表面气泡和多余水 分 ， 提高表层密实度 ， 改善微观孔隙结构和分布 而 且 由于透水模板布的保湿性能 ， 可有效提高混凝土 的养护质 量 ， 减少 早期 裂缝 的产生 I7 1 。 ( 1 ) 斜坡普通钢模气泡上浮 一 7 6一 如 图 1所示 ， 混凝土摊铺 后开始振捣 ， 气泡在 振捣过程中垂直上升 ， 模板边缘气泡上浮时会遇到 钢模阻碍 随后沿模板方 向斜 向排 出。由于上浮方 向改变 ， 气泡排出经历相 同厚度浇筑层所需 时间会 明显增加 ， 若要气泡完全排出， 振捣时问应增加 。 ( 2 ) 斜坡透水模板气泡上浮 如图 2所示 ， 透水模板布能吸收多余 的水分和 气泡 ， 可视其为 自由边界 ， 气泡从底部上浮至模板 ， 与多余水分渗入透水模板布后消散排除 ， 气泡排除 所需 时间小 于普 通钢模 的排气 时 间 。 透水模板布选择对气泡产生有一定影响 ， 不同 渗透参数的模板布消泡效果不同。透水模板布渗透 参数分为垂直渗透系数和水平渗透系数 ， 对于粘附 在钢模板上的透水模板布 水平渗透系数直接影响 气泡和水分的排出 ： 水平渗透系数越 大 ， 气泡和水 分越容易排出 ， 消泡效果就会越好。 3 2 气泡 上浮 时 间分 析 傅智在“ 新拌混凝土振动结构粘度研究” 一文 中以斯托克斯定律为理论依据 ， 并拓展了该理论应 用范围 ， 将落球式改为气 泡振动 自动上浮式 来测 定新拌混凝土振动状态结构粘度系数 3 。本文 同样 依据斯托克斯定律 ， 将振动中的混凝土拌合物看作 固液气三相共存混合物系 ， 假设气泡在混凝土振捣 时以均匀速度 自动上升运动。在混凝土拌合物 中引 入半径为 R的气泡，其密度远小于拌合物的密度 ， 当振捣混凝土液化时， 气泡 自动穿过混凝土作匀速 上 浮运 动 。此 时 ， 气 泡上 浮所 受 到 的浮 力 与 混凝 土 混合物黏性阻力相平衡 。斜坡普通钢模气泡上浮状 态如图( 1 ) 所示。据斯托克斯定律可有 ： 2 竹 ： 9 V 、 代人气泡上浮速度公式 ， 可得 2 2 g T R ( p 。 - p 。 ) ， q - 9 H 由图( 2 ) 可知 ： ， 从而， 其中： ： ( 3 ) e g R ( p 。 - - p ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 唐崇正 混凝土斜浇筑面的气泡产生与消除 2 g R - p ) c o s 2 0 ( 4 ) 普通模板条件下不 同倾斜角度与混凝土 内气 式 中 ， 叼为混凝 土粘滞 系数 ； 0为模板 与垂 直面夹 角 ， 代人 g = 9 8 0 c m s 2 , p 。 = 0 0 8 6 g c m ； 假设模 板倾斜 角度 0 = 3 0 。 ， 新拌混凝土水胶 比为 0 5 ， 粘度系数 = 5 4 8 8 N s m ， 混凝 土密度 P ， = 2 1 5 6 g c m ， 骨料最大粒 径 D = 3 2 c m D ， 为防止最大粒径 的骨料对气泡上浮 的压 制和阻碍 ，可引人气泡 。若混凝 土浇筑层为 3 0 e ra， 由于 0 Hl 3 0 c m， 0 H 2 3 0 c m， H l + H 2 = 3 0 c m 贝 0 可计算 ( 3 ) 式和( 4 ) 式得 ： 0 T I 1 4 3 s ， 0 T z 1 9 0 s T = 4 7 7 H + 6 3 3 H 2 ( 5 ) 由此得 。 气泡上浮时间范围为 ： 1 4 3 s T 1 9 0 s ( 6 ) 式 中， 拌合物密度 P 可通过称量定体积混凝土质量 得 出， 拌合物振动粘度系数 可通过测量气泡从底 部上浮至表面的垂直高度和时间来确定 。当拌合物 分层浇筑高度一定时 ， 则气泡上浮至混凝土表面所 需时间与模板倾斜 角度 e的关系如式( 4 ) 所示 。 式 ( 6 ) 所给出的时间范围是一定直径 的气泡排 逸所需时间范围 ，考虑到内部气 泡聚集需要 时间 ， 若使混凝土 内气泡完全排 出， 则振捣时间不仅要大 于式 ( 6 ) 中最长时间 ， 还需加上适 当气泡聚集时间 ； 但振捣时间也不宜过大 否则混凝土会离析沉 降或 泌水。 对于粘贴透水模板布 的模板来说 ， 气泡上浮至 透水模板布即意味着 消除 ， 因此 ， 气泡上 浮只有 H。 阶段 ， 其排气时间 T = T 。上述分析可知， 振捣时间最 少需要 1 4 3 s 。越是靠近模板边 ， 气泡到达模板时间 越短 ， 气泡越易消除。 泡不 同直径时 ， 气泡排出所需 的时间范围见表 1 。 由表 1可见 ， 随着气 泡直径减小 ， 气泡排 出时 间随之增长。当气泡直径小于混凝土中最大骨料直 径 ， 气泡则受到骨料 的压制和阻碍 ， 其排 出时 间就 会增长。倾斜角度越大的混凝土结构 ， 气泡排出所 需 的时 间范 围越广 ， 即倾斜角度 越大 模板根部处 气泡排逸受到阻力越大 ， 时间越长。而透水模板则 不受模板倾斜 角度影响， 只与气泡到模板间的距离 和气泡直径有关 。 4结论 ( 1 ) 斜坡混凝土气泡 的形成贯穿于选料 、 配料 、 人仓 、 振捣 、 模板到养护整个过程 ， 更与现场施工条 件 、 工人规范作业等因素有关。 ( 2 ) 透水模 板布应用 于斜 坡混凝土施 工 中， 形 成气泡排 出模板面通道 ， 可缩短混凝土中振捣产生 上浮气泡到达模板边界时间 ， 并通过透水模板排水 通道快速排出 ， 有效减少了 昆 凝土表面气泡产生 。 ( 3 ) 斜坡 面气 泡的形成 与数量多少 ， 与振 捣时 间和气泡排除路径有直接关系。气泡排除路径历时 长 ， 且振捣时间较短 ， 则气泡产生量较多。气泡排出 时间与每次浇筑层厚度 、混凝土粘度系数成正 比， 与气泡半径及模板倾斜角度余弦值的平方成反 比。 参考文献 ： 1 张童 ， 胡 杨 泵送 混凝土墙体表 面气泡产生 的原因及预防 措施 J 建筑技术， 2 0 1 0 ， 4 1 ( 1 ) ： 4 5 - 4 6 2 】 王迎春， 陈柏连， 严 建军， 等 三峡工程混凝土表面气泡形成 原 因分析 J 1 _ 材料科学与工程学报， 2 0 0 3 ，2 1 ( 1 ) ： 4 1 4 3 3 】 傅智 新拌混凝 土振动结构粘度研究 J 公路交通科技， 1 9 9 6 ， 1 3 ( 3 ) ： 1 - 9 表 1 普通模板 ( 透水模板 ) 不 同直径 、 不同倾斜角度下气泡上浮所需时间 1 1 9 1 4 3 1 6 2 1 8 6 2 5 4 ( 1 1 9 ) ( 1 4 3 ) ( 1 6 2) ( 1 8 6) ( 2 5 4) I 4 1 伏文勇 水工混凝土 “蜂窝麻面” 成 因及防 治 J 水 利水 电科 技进展， 2 0 0 2 ， 2 2 ( 1 ) ： 3 6 3 8 f 5 1 王凤 岐， 周 占学 ， 王 海珍 混凝 土结 构表 面 气 泡的防治 J 施工技术，2 0 0 5 ， 3 5 ( 4 ) ： 6 8 - 7 0 【 6 丁成堂， 徐飞 墙体 泵送混凝 土表 面气泡产 生原因及 预防措 施 f J 建筑技术， 2 0 0 6 ， 3 7 ( 4 ) ： 2 5 4 2 5 5 7 1田正宏 ， 白凯 国 ， 朱 静 透水模板 布改善混 凝土表 层质量试 验研究 J 】 东南 大学学 报， 2 0 0 8 3 8 f 1 ) ： 1 4 6 1 5 0 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 6 - 2 6 作者简 介 ： 唐崇i E ( 1 9 6 4 一 ) ， 男 ， 高级 工程 联 系 电话 ： 1 5 8 5 0 5 7 4 3 4 0 d e n g h e j i a n g 1 2 3 1 2 6 c o r n 一 7 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m