公路預應力混凝土空心板表面氣泡成因及對策

裘智輝

(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

由于工廠化生產在質量控制、進度保障和文明施工等方面較現澆混凝土具有明顯的優越性，場地預制已成為我國在建高速公路梁板生產的主要形式。預應力混凝土空心板具有自重輕、建筑高度小、施工工藝簡便、吊裝運輸安全、易工廠化生產等特點，在我國新建、改擴建高速公路橋梁建設中得到了廣泛應用。然而，由于預應力混凝土空心板的腹板厚度小，且腹板下部多設計為“馬蹄”結構，造成了振搗時混凝土中氣泡不易排出，拆模后腹板尤其是“馬蹄”斜坡面表面氣泡較多且集中，影響混凝土外觀質量。隨著混凝土新技術、新工藝的發展，人們對橋梁結構混凝土外觀質量的要求越來越高，公路工程質量檢驗評定標準中也將外觀質量作為質量評定的一項重要指標［1］。過多氣泡的存在和集中不僅影響混凝土的外觀，而且一定程度上降低混凝土表面的密實度，加速混凝土表面碳化的進程，從而降低混凝土結構的耐久性［2］。因此，對預應力混凝土空心板氣泡的成因進行分析并確定減少氣泡產生的應對措施，具有重要的現實意義。

1 成因分析

在混凝土的攪拌均化過程中，大量的空氣以大小不一的氣泡形式被包裹在混凝土內部。對混凝土進行振搗，就是排出這些空氣以達到密實混凝土的目的。因此，混凝土表面氣泡的形成原因應從結構構造、振搗工藝和混凝土質量穩定等因素進行分析。

1.1 結構構造的影響

根據結構的不同特點，空心板分為中板和邊板兩種形式，跨中斷面圖如圖1及圖2所示。從圖中可以看出，中板和邊板下腹板部位均設計為“馬蹄”形，混凝土振搗時氣泡上浮至“馬蹄”斜坡面時受到模板阻隔，氣泡不能被順利排出而發生積聚。同時，由于腹板內預設有數量較多的預應力管道，對混凝土的有效振搗增加了難度，進一步加劇了“馬蹄”斜坡面氣泡的堆積。

1.2 施工工藝的影響

由于空心板建筑高度低，混凝土用量少，部分施工單位未嚴格執行分層分段澆筑工藝，工藝控制比較隨意。多數施工單位在底板混凝土澆筑完成后，將腹板和頂板混凝土一次澆筑成型，個別施工單位甚至將底板、腹板和頂板混凝土一次澆筑成型。隨意性較大的澆筑工藝，一方面導致混凝土分層澆筑厚度過大，振搗時混凝土氣泡溢出行程較長，排出困難;另一方面，使得充分振搗發生困難，無法避免出現漏振現象。脫模劑的類型也是造成混凝土產生氣泡，尤其是針眼式小氣泡的一個因素。油性脫模劑粘度大，對氣泡具有極大的吸附性，氣泡一旦與之接觸便被吸附在模板上并成型于混凝土表面;水性脫模劑粘度小，對氣泡的吸附較弱，不會因吸附氣泡造成氣泡在機械振搗作用下不易排出［3］。

圖1 邊板跨中斷面圖

圖2 中板跨中斷面圖

1.3 混凝土質量的影響

混凝土質量不穩定也是混凝土表面產生氣泡的另一原因［4］。混凝土質量不穩定包括混凝土坍落度和含氣量的過大波動、混凝土離析導致的漿骨分離等。造成混凝土質量不穩定的主要因素有:原材料質量不穩定，未嚴格按配合比混凝土，現場澆筑及振搗工藝隨意變更等。

2 應對措施

根據空心板混凝土表面氣泡的成因分析，從設計、施工和混凝土材料三個方面確定降低空心板混凝土表面氣泡的基本措施。技術思路是:

1)減小“馬蹄”變截面的角度或者設置排氣孔;2)采用表面光滑的模板并涂刷水性脫模劑;3)采用水平分層的布料工藝。根據空心板的結構特點分層布料，避免混凝土封閉“馬蹄”面并選用合適的振搗器;4)提高混凝土材料的均勻性。按照顆粒緊密嵌擠的原則進行混凝土配合比的設計，重視混凝土生產過程的質量控制，嚴格控制混凝土的入模坍落度。空心板“馬蹄”形的結構形式是造成混凝土澆筑成型時阻礙氣泡上浮溢出的主要原因。因此，施工和混凝土材料方面的技術措施不能完全有效地解決“馬蹄”斜坡面混凝土氣泡較多的問題，應進一步尋求其他技術途徑。

透水模板布在解決混凝土表面氣泡問題上的應用逐漸興起［5，6］，其作用機理是:澆筑混凝土后，在混凝土內部壓力、振搗棒機械振搗和透水模板布的毛細作用共同作用下，混凝土中的氣泡以及表面部分游離的水分由混凝土內部向表面遷移，并通過透水模板布中間層排出，可以有效減少混凝土表面的氣泡，同時增強混凝土表面的密實程度。作用機理如圖3所示。使用時將透水模板布通過強力膠粘貼于鋼模板表面從而使模板具有透水和透氣的功能，拆模時透水模板布隨模板一起脫離混凝土結構。

3 工程實例

某高速公路改擴建工程二標梁場場地預制的中板混凝土表面氣泡較多，尤其是“馬蹄”斜坡面氣泡較集中，見圖4。在該梁場開展透水模板布的對比應用試驗。

圖3 透水模板布作用機理

圖4“馬蹄”斜坡面氣泡積聚

3.1 試驗方案

采用比對試驗的方式，在一側腹板模板內襯透水模板布，另一側按照傳統的方法涂刷脫模劑，比較透水模板布的效果;板高80 cm，采取分兩層的布料方式，第一層布料高度控制在“馬蹄”面以下，第二層布到頂板;嚴格控制混凝土的入模坍落度在180 mm以內。

3.2 混凝土配合比的驗證

應用試驗前，在試驗室對混凝土配合比進行了驗證試驗，混凝土配合比見表1。

表1 混凝土配合比

經驗證，拌合物和易性較理想、含氣量適宜，見圖5。

3.3 應用試驗

混凝土到達現場后，抽查坍落度為180 mm，含氣量為2.8%，符合設計要求。按照設定的試驗方案開始澆筑混凝土。

圖5 拌合物狀態和含氣量試驗示意圖

3.4 效果及結論

內襯透水模板布和涂刷脫模劑的混凝土外觀質量如圖6，圖7所示。

圖6 內襯透水模板布的混凝土外觀質量示意圖

圖7 涂刷脫模劑的混凝土外觀質量示意圖

從圖6，圖7可以看出，拆模后兩側混凝土的外觀有顯著的差別，內襯透水模板布的一側混凝土表面光滑，沒有氣泡;涂刷脫模劑的一側混凝土表面存在大小不一的氣泡。應用試驗結果表明，透水模板布在消除中板混凝土表面的氣泡有顯著效果。

4 結語

空心板混凝土表面氣泡是預制空心板外觀質量常見的問題，空心板的結構特點、混凝土澆筑工藝不嚴格，以及混凝土質量不穩定是表面氣泡產生的主要原因。應用試驗表明，采用透水模板布襯里技術，并嚴格控制混凝土的澆筑工藝和質量穩定，可大幅度的降低空心板混凝土表面氣泡產生的幾率，有效提高混凝土的表觀質量，值得推廣應用。

［1］JTG F80/1-2004，公路工程質量檢驗評定標準［S］.

［2］馮乃謙，刑 鋒.混凝土與混凝土結構的耐久性［M］.北京:機械工業出版社，2009:106-107.

［3］張 童，胡 楊.泵送混凝土墻體表面氣泡產生的原因及預防措施［J］.建筑技術，2010(1):45-46.

［4］陳建奎.混凝土外加劑原理與應用［M］.北京:中國計劃出版社，2004:612-613.

［5］田正宏，百凱國，朱 靜.透水模板布改善混凝土表層質量試驗研究［J］.東南大學學報(自然科學版)，2008(1):146-150.

［6］秦明強，雷宇芳，汪發紅.透水模板布對海工混凝土性能影響研究［J］.施工技術，2008(12):23-27.