硬化混凝土表面气泡的形成机理及解决方法.pdf

第 3 7 卷 ， 第 5期 2 0 1 2年 1 0月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i ng Vo 1 3 7No 5 Oc t， 2 0 1 2 硬 化混凝土表面气泡 的形成机 理及解 决方法 杨 忠 ， 史 才军 ，梁俊 辉 ，胡 志军 ( 1 衡桂高速公 路建设开发有限公 司，湖南 衡 阳4 2 1 0 0 1 ； 2 湖南大学 ，湖南 长沙4 1 0 0 8 3 ； 3 湖南宏特试 验 检测有 限公 司 ， 湖南 长沙4 1 0 0 0 4 ) 摘要 混凝 土表 面气 泡 ， 影响混凝 土外观质量 ， 同时可能涉及到结构 的强度 以及结构 的耐久性 。在 结合工 程实例 ， 全面论述和分析 了混凝 土表面气泡产生和形成 的机理 ， 并提 出了减少 和抑 制混凝土表面气泡的方法。 关键词 混凝 土 ； 气泡 ；机理 ； 解决方法 中图分类号 U 4 4 8 2 1 2 【 文献标识码 】A 文章编号 1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 2 ) 0 5 - 0 0 5 9 - 0 5 Fo r ma t i o n a n d Pr e v e n t i o n o f S u r f a c e Vo i d s i n Ha r d e n e d Co n c r e t e Y ANG Z h o n g ， S HI C a i j u n 。 ，L I ANG J u n h u i ，HU Z h i j u n ( 1 Hu n a n H e n g g u i E x p r e s s w a y C o n s t r u c t i o n D e v e l o p me n t C o m p a n y L i m i t e d ， H e n g y a n g ， H u n a n 4 21 0 01，Ch i n a；2Hu n a n Un i v e r s i t y， Ch a ng s h a，Hu n a n 41 0 08 2，Ch i n a； 3Hu n a n Ho n g t e Te s t& C h e c k C o L t d ，C h a n g s h a ， Hu n a n 4 1 0 0 0 4 ， C h i n a ) A b s t r a c t S u r f a c e v o i d s i n c o n c r e t e a f f e c t a p p e a r a n c e ，s t r e n g t h a n d d u r a b i l i t y o f t h e s t ruc t u r e a s w e l 1 C o m b i n i n g w i t h p r a c t i c a l p r o j e c t s ， t h i s p a p e r e x a mi n e s t h e f o r m a t i o n me c h a n i s m o f s u r f a c e v o i d s i n c o n c r e t e El i mi n a t i o n a n d p r e v e n t i o n f o r s u rfa c e v o i d s i n c o nc r e t e a r e p r o p o s e d Ke y w o r d s c o n c r e t e ；s u r f a c e v o i d s ；m e c h a n i s m；m e a s u r e s 0 前 言 近年来 ， 随着经济建设的发展 ， 我国土木工程行 业也得到了蓬勃的发展 ， 特别是各种复杂建筑结构 、 高铁 、 高等级公路在全 国各地大规模兴建 ， 对结构工 程和结构材料的要求也随之大幅度提高 。衡量结构 的优劣 ， 不仅仅是考 虑其适应性、 经济性 和安全性 ， 对 于美 观性 和耐 久性 的 要求也 显 得 日渐重 要 。结构 物外露部分 混凝 土 的质 量， 目前不 仅对强 度、 完整 性 、 几何尺寸及其他技术指标有越来越高的标准 ， 而 且对于混凝土外观要求也越来越严格 ， 这不仅仅是 简单的外观质量 ， 而且涉及到结构材料 的耐久性的 要求 。在混凝 土的施 工 过 程 中 ， 拆模 后 ， 混 凝 土 表面 出现 大大 小小 的坑 眼 ， 严 重 影 响 混 凝 土 的外 观 质量 ， 同时也可能涉及到结构的强度 以及结构 的耐 久性 。 以下通 过 实验 和分 析对 硬化 混凝 土表 面气 泡 ( 以下简称表面气泡) 的产 生机理及预 防措施进行 阐述 ， 主要分析了表面气泡与含气量的关系 、 表面气 泡 与施工 操作 的关 系 、 表 面 气 泡 与组 成 材 料 的关 系 以及表面气泡与脱模剂的关系等 ， 为减少和抑制混 凝土表面气泡的产生提供依据 。 1 混凝土表面气泡 与含气量 1 1 引入 气泡 的作 用和 要 求 在新拌混凝土 中使用一定量 的引气剂， 在混凝 土中产生一定量的微细圆形封闭气泡， 对提高混凝 土的流动性 、 和易性 、 可泵性 ， 减少拌和物的离析和 泌水 ， 提高混凝土 的均匀性、 耐久性 ( 抗渗性、 抗冻 性) 都是十分有益的。尤其在商 品混凝土 中使用性 能优异的引气剂 ， 可显著提高塑性混凝 土和硬化混 凝土的各项性能 。 不 同性能 的引气剂对 引入气 泡的特征差别很 大， 这就对应硬化混凝土产生很大的影响， 一般来说 正确应用引气剂不会降低混凝土强度。不同孔径的 气 孔对 混凝 土性 能 的影 响 并 不 是一 致 的 ， 国外 一 些 学者认为 ， 孔径 5 0 n m 以下的孑 L 属于无害孔。使用 性能优异的引气剂 ， 改善 了混凝 土的和易性 、 工作 性 、 极大地减少 了混凝土的泌水 、 离析 ， 从 而使混凝 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 2 0 作者 简介】杨忠( 1 9 6 9 一) ， 男 ， 湖南岳阳人 ， 高级工程师 ， 主要从事高速公路试 验与检测工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5 期 杨忠 ， 等 ： 硬化 混凝土表 面气泡的形成机理及解 决方法 6 1 密实 。增加混凝土强度 、 耐久性 ， 减少蜂窝麻面等问 题 。因此 ， 合理的振捣无 论对 于混凝土 的性能还是 表观质量 、 减少表 面气泡都是有好处的。振捣在气 泡排 出中的作用主要是通过振动脉冲液化砂浆、 降 低粗集料之间的内摩擦力 、 为气 泡上升排 出提供最 基本 的环境条件。同时 ， 振捣使气 泡发 生移动并促 使其不断聚合 ， 成为一定体积的气泡 ， 为气泡上升排 出间接提供动力。振捣有效半径及振捣时间是影响 振捣排气效果 的两个因素。 在一定的振捣半径 内， 当结构构件处于异形时 ， 如图 3所示 ， T形预制梁采用大型组合钢模板， 附着 式振捣器和振捣棒相和合的振捣方式 ， 在梁 的两侧 ， 腹板底侧部位局 部区域 ， 气 泡很集 中 ， 且 因局部过 振 ， 产生了局部泌水现象。解决这个问题的办法可 以考虑混凝土分层浇筑 的方法 ， 先将异形部位 浇筑 和 振捣 完毕 ， 再 浇筑上 部 混凝 土 ， 同 时控制 附 着式振 捣 器 的震 动位 置 、 震 动时 间 和振动 频 率 。 图 3混 凝 土预 制 梁 照 片 Fi g ur e 3 Pr e c a s t c o n c r e t e b e a ms 三峡工程开发总公司试验 中心的相关资料 ， 可以看出随振捣时间的延长 ， 气泡变化过 程可分为 3个阶段如图4所示 ： 第 阶段， 大气泡随振动排出 而迅速减少。该阶段大气泡数量及混凝土含气量急 剧下降， 直到不稳定气泡排出殆尽 ， 此时混凝土中的 大气泡数量最少 ， 为谷值。第阶段 ， 大气泡数量呈 渐升趋势 ， 达到峰值 ， 但从第 阶段开始 ， 大气泡孔 径相对第阶段的大气泡孔径较小。第 阶段， 大 气泡 数量 随振 动 时 间 的延 长 而 逐 渐 减 少 ， 直 至 大 气 泡 数 量 趋 近 于零 ， 并 且气 泡 孔 径 也 随振 动 时 间 的延 - 、 衄 籁 1 阶段 2阶段 ： 3 阶段 成 型振动 时间 ， 8 图 4振捣时 间与气泡 数量关系图 Fi gu r e 4 t h e d i a g r a m o f t he v i br a t i o n t i me a n d t h e n u mbe r o f b ub b l e s 长而 逐渐 减小 。 根据高标号混凝土的特性及振捣排气的阶段规 律 ， 应尽量创造条件 ， 使振捣效果能够接近在把不稳 定 气 泡 ( 主要 是空 气 泡 ) 全部 排 尽 的 同时 ， 介 稳 气 泡 ( 减水剂 中的气泡 ) 没有发生合并形成新 的大气 泡 的平衡点 ， 即达到振捣排气第一阶段的谷底。 2 3模 板 不同材质模板也将导致混凝土结构面层出现不 同状态溶液 ， 和各种固体接触后都将形成不 同的接 触角 ， 且其接触角越小则其在 固体上附着力越强 ， 其 也是导致混凝土表面气泡形成原因之一。不同种类 的模 板 都有 各 自特 点 ， 木 模板 吸水性 强 ， 浇筑 出混 凝 土气泡少 ， 但光洁度差， 而且重复利用率低 ， 一般较 少采 用 。覆 膜 的胶 木模板 光 洁度好 ， 但 是吸 水性 差 ， 为了改善使用效果增加排气性可在模板上设少量孔 径 2 m m 间距 1 m左 右 的排 气孔 。对 于 必 须用 大 钢 模 的工 程 ， 可采 用 涂 刷 中性 脱 模 剂 减小 摩 阻力 和 涂 刷消泡剂减少气泡两种措施来综合处理 ， 或者采用 性能优 良的黑色胶合板代替 。在异型截面构件中为 了避免气泡的产生， 要单独设计模板 ， 可根据各种截 面形式 ， 在有可能导致气泡排 出不畅部位增 加排气 孔 或设 计 气 流 通 道 。模 板 与模 板 之 间 要 留 有 1 m m 缝隙并加海绵条 ， 可增加模板的透气性， 减少气泡。 3 组成材料 对表面气泡的影响 3 1骨料 与胶 凝 材料 骨料所具备的性质与硬化混凝土的性能有十分 密切的关 系， 骨料的若干特性如密度 、 孔隙率、 级配、 颗粒形状、 含水状 态以及表面织构等对新拌混凝土 的性 能 也有 着重 要 的影 响 。 实 验 表 明 ， 不 同 的 骨料 情 况 对混 凝 土 的 含气 量 影响很大 ， 其中粗骨料中石粉含量较粒径影响更大 ， 而 且单 一 粒径 粗骨 料 配制 的混凝 土和 易性 低于 级配 良好的粗骨料， 使得混凝土拌合物含气量低于二级 配粗 骨料 配 制 的混 凝 土 。另外 ， 在粗 骨料 不 变时 ， 砂 的细度模数小 ， 混凝 土拌合物含气量小 。胶凝材 料 的细度 越 细 ， 含 气 量 会 有偏 小 的 趋 势 。炭 质 物 质 特别是活性炭质具有强烈的化学吸 附作用 ， 能对高 分子胶体溶液( 如引气剂溶液) 定向吸附， 使表面活 性剂失去活性 ， 不能产生足够 的含气量。因此 当用 部分煤粉后 ， 混凝土含气量降低。 3 2水 灰 比 水 灰 比 在 影 响 混 凝 土 的 强 度 和工 作 性 能 的 同 时 ， 对混凝土中的含气量 、 气泡性能和表面气泡情况 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 杨 忠 ， 等 ： 硬化混凝土表面气泡 的形 成机理及解决方法 6 3 比黄油脱模剂试块严重。涂刷机油的试块气泡最为 严重， 主要是 因为在机油的影响下 ， 混凝 土内气泡积 聚在模版表面， 不易破裂 ， 形成气泡。黄油和无脱模 剂的情况下 ， 气泡无法在模板表面积聚， 不形成大气 泡或者气泡不附着于模版表面而顺利排出。因此合 理 的选用脱模剂 ， 在保证脱模的前提下 ， 尽可能的避 免气泡积聚以及气泡的附着是非常关键的。 5 结 语 混 凝 土 的 表 面气 泡 问题 ， 不 但 严 重影 响 混 凝 土 外观质量 ， 而且可能会影响到结 构的强度和结构 的 耐久性。旗袍的形 成原 因有很多 ， 解决表面气泡 问 题可以从这些因素进行考虑： 表面气泡与含气量的关 系不是很密切 ， 但 当 含气量超过 6 以后 ， 表面气泡产生的可能性增大 ； 施工过程对表面气泡影响很大 ， 合理 搅拌 ， 恰当的振捣 ， 选用适当模板有利于减少表面气泡 。 混凝 土的组成材料 以及配合 比对表 面气泡 影响很大， 在施工 中需要优化选材 ， 优化配合 比， 优 化外加剂， 使混凝土 内产生适量的有益气泡， 避免和 减少大气泡 的存在。 脱模剂的使用有利于减少表面气泡 ， 在在保 证脱模的前提下， 尽 可能的避免气泡积聚以及气泡 的附着 是 非 常关键 的 。 参考文献 1 G B 1 5 0 4 7 6 2 0 0 8， 混凝 土结构耐久性设计规范 S 2 G B 5 0 2 0 42 0 0 2， 混 凝 土结构 工程 施工 质量 验收 规范 ( 2 0 1 1 版 ) S 3 G B 8 0 7 6 2 0 0 8 ， 混凝土外加剂 S 4 胡泽清 ， 邹一宝 ， 马 芳 用 气泡参数 判定混 凝土抗 冻耐 久性 的探讨 J ， 粉煤灰 ， 2 0 0 9， ( 3 ) ： 3 4 5 王 明庆 搅拌 时间对混凝 土搅拌 质量的影 响 J 混凝 土及加 筋混凝土 1 9 8 4， ( 5 ) ： 2 83 1 6 苏文浩 拌和机搅 拌时 问对混凝 土均匀性 的影响 J 中国科 技财富 2 0 1 0 2 4 ： 3 3 7 3 3 8 7 杨勇， 吴峥 嵘， 马成刚 浅论混凝 土气泡 成 因分 析与控 制技 术 J 四川水力发电 ， 2 0 1 0， 1 0 ( 2 9) ： 1 3 8 李 晓鄂 ， 李珍， 朱永 国， 等 骨料 对混凝土拌合 物含气量影响 的试 验研究 J 长江科学 院院报 ， 2 0 0 7， 2 4 ( 4 ) ： 6 0 6 3 9 郭 明洋， 杨荣俊 ， 张金喜 水灰 比对 混凝土 气泡特 征参数 影响 的试 验研究 J 混凝土 ， 2 0 0 7， 1 2 ： 1 31 6 ( 上接笫 5 8页) 水沟、 排水沟纵坡很大时， 设计急流槽 。挖方路基坡 面急流槽和 山坡截水 沟急流槽 的横断面形式 为矩 形 ， 采用浆砌片石急流槽 ， 根据纵坡和急流槽槽身长 度设置防滑平 台。急 流槽较长时分段砌筑， 每段长 度不超过 1 0 m， 接头填塞沥青麻絮 ， 出 口部位设置 消力坎。 4 挖方路基 边坡施工注意事项 路基边坡施工前 ， 应对施 工范围内的地质 、 水文、 障碍物、 文物古迹及各种管线 、 输电线路等情 况进行详细调查 。 在路基边坡工程施工期 间， 应修建临时排水 设施 ， 以保持施工场地处于良好 的排水状态。 临时排水设施应与永久性排水设施相结合。 施工场地流水不得排人农 田、 耕地或污染 自然水源 ， 也 不应 引起 淤积 、 阻塞 和 冲刷 。 对于土质边坡开挖， 应按设计图纸要求 自上 而 下进行 ， 不 得 乱 挖 或超 挖 。严 禁 用 爆 破法 施 工 或 掏 洞取 土 。 施工最好避 开雨季 ， 并及 时做 好防排 水工 作 ， 避免边坡受雨水冲刷和降雨下渗而失稳 。 对需 要 刷缓 边 坡 的岩 质边 坡 ， 采 用预 裂爆 破 施工技术 ， 应严格控制爆破药量和爆破引起 的加速 度 ， 严禁采用大中型爆破法及掏底法施工 ， 从上而下 逐级开挖 ， 每开挖一级及时进行防护及加 固。 5 结 语 边坡 防护设计应结合绿化来考虑 ， 尽量避免 使用圬工结构。 支撑渗沟用于膨胀土边坡起 支撑和排水的 双 重作 用 ， 而且 具有 良好 的绿 化效 果 ， 在城 市道 路 中 显 得尤 为重 要 。 S N S主动防护 网系统对 于可能存在落石和 崩塌的岩质边坡具有较好的实用性。 岩质边坡 不稳定 时， 可采用 削坡结 合锚杆 ( 索) 框架防护处理 。 参 考文献 1 许英 姿， 唐辉 明 格构梁与预应力锚 索复合结构 的设 计方法研 究 J 中南公路工程 ， 2 0 0 4， ( 2 ) ： 1 4 2 杨 正 国膨 胀 土高 边 坡 开挖 支 护设 计 分析 J 路 基 工程 ， 2 0 1 0 ， ( 3 ) ： 1 3 61 3 8 3 袁从 华， 周健 ， 杨 明亮 高速公路 膨胀土 边坡整 治 J 岩石 力学 与工程学 报， 2 0 0 7， ( 2 6 ) ： 3 0 7 33 0 7 8 4 潘忠 良， 代杰 高速公路膨胀土路基边坡 的综 合防治 J 交 通科技 ， 2 0 0 3， ( 3 ) ： 5 2 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m