橋梁墩臺身混凝土表面泛砂和氣泡成因分析與控制

范劍雄 上海鐵路局南京鐵路樞紐工程建設指揮部

橋梁墩臺身混凝土表面泛砂和氣泡成因分析與控制

范劍雄 上海鐵路局南京鐵路樞紐工程建設指揮部

橋梁墩臺身混凝土表面出現泛砂和氣泡，是橋梁混凝土施工的常見現象。通過以海洋鐵路跨沿海高速特大橋墩臺身施工為例，分析原因并根據實際情況提出解決辦法和控制措施。

墩臺混凝土；泛砂氣泡；成因分析；控制措施

混凝土在澆筑過程中，由于受到施工工藝、原材料、級配和水灰比等的影響，混凝土表面易產生泛砂和氣泡等看得見的現象，輕者影響混凝土的美觀，重者影響到整個混凝土結構的性能。泛砂就是墩身表面混凝土缺少水泥，好像砂子堆積起來，即砂粒集中現象；氣泡就是混凝土骨料之間的氣體未及時排出而形成的氣囊。

1 背景

新建海洋鐵路跨沿海高速特大橋，橋跨布置為21-32m+2-24m+2-32m+1-64m鋼桁梁+12-32 m+1-24 m+10-32 m簡支梁，鉆孔樁基礎，圓端形實體橋墩，其中墩身最高8.85 m，最低為5.2 m。混凝土采用拌合站集中拌合，混凝土運送車運輸，泵送入模，插入式振動器振搗密實，每墩臺采用分層連續澆筑。剛開始施工橋墩時拆模后發現有些墩身表面皆有不同程度的泛砂和氣泡，外觀質量不美觀，雖在規范允許范圍內，不影響墩身內在質量，但如果不及時控制，將影響墩臺身的外觀質量和耐久性。

2 泛砂、氣泡的形成原因

針對該橋墩身出現的泛砂和氣泡現象，參建單位組織有關人員進行研究分析，查找有關資料并與現場工人、技術人員進行討論交流，制定了切實有效的控制措施，達到了理想的效果。

橋墩臺身混凝土泛砂和氣泡形成的主要原因主要有以下幾個方面：

2.1 混凝土滯后泌水

混凝土施工是采用泵送工藝，為了能順利泵送，不發生堵管，混凝土坍落度為160 mm左右，比較大，混凝土澆筑和振搗后，在其初凝前固體骨料顆粒在重力擠壓作用下下沉，水泥漿和水上升，其頂面出現泌水現象（滯后泌水），泌出的水從混凝土內部向模板間隙滲出并且把混凝土表面的水泥漿沖走而僅留下細砂附于混凝土表面而形成泛砂。

2.2 混凝土搗固方式及時間

墩身施工時混凝土振搗過度，產生離析現象，離析產生的水從模板內側流下會帶走水泥漿出現泛砂；振搗人員在振搗過程中振搗時間不足或離模板距離偏大，混凝土內氣體未能及時排出而導致出現氣泡。

2.3 模板脫模劑

現場使用廢機油或水性脫模劑作為模板脫模劑，廢機油對氣泡具有極大的吸附性，混凝土內存在的氣泡與之接觸，便會吸附在模板上也即成型于混凝土結構的表面；水性脫模劑對混凝土內產生的氣泡有吸附的作用，使混凝土內的氣泡無法隨機械振搗而順著模板的接觸面逐步上升，從而無法排出混凝土內部所產生出來的氣泡。

2.4 墩身模板間接縫不嚴密

墩身模板拼裝，沒有嚴格按照規定的施工工藝施工，出現模板間接縫不嚴密，混凝土振搗后水泥漿液從縫隙處流出，導致墩身混凝土表面缺少水泥漿而出現泛砂。

2.5 雨季墩身施工

南通地區雨季較長且雨量充沛，有的墩身澆筑過程中下雨，雨水進入墩身模板后致使水泥漿變稀，被稀釋的水泥漿沿墩身模板內側向下流，帶走混凝土表面的水泥漿，不可避免的出現泛砂。

3 泛砂和氣泡施工質量控制措施

3.1 對混凝土滯后泌水的控制措施

對于混凝土滯后泌水造成的墩身混凝土表面泛砂和氣泡現象，通過分析認為提高混凝土保水性是關鍵，決定采用調整骨料級配比重、增加摻合料用量、調整水灰比、含砂率以及外加劑等方法來控制，具體措施如下：

3.1.1 調整骨料顆粒級配比重

自建的混凝土拌合站的骨料是采用二級級配，5 mm～16 mm粒徑比重65%，16 mm～31.5 mm粒徑比重35%，混合后篩分后雖然符合5 mm～31.5 mm連續級配指標的要求，但是這種混合配合比，孔隙率較大，漿體上浮，造成混凝土粘聚性和保水性不良，因此根據試驗重新調整配比為5 mm～16 mm粒徑比重為45%，16 mm～31.5 mm粒徑比重位55%，這樣降低了孔隙率，減少混凝土的泌水現象。

3.1.2 適當增加摻合料用量。

摻合材料用量增加，會使混凝土的粘聚性增加、保水性改善，對減少泌水有利。細顆粒對控制混凝土的泌水有好處，適當增加摻加優質粉煤灰用量是一個好方法，因為粉煤灰中含有球狀玻璃體和硅酸鹽玻璃微珠，表面光滑，在混凝土拌合物中類似軸承滾珠，減小摩擦，有效地改善混凝土的和易性，并增加混凝土的粘聚性和澆筑密實性。粉煤灰的細微顆粒在水泥漿中能較好地吸附水并擴散水層，形成凝聚結構，從而限制固體顆粒下沉和水上升，減少混凝土的泌水現象。3.1.3適當提高混凝土的砂率。

砂是用來填充石子的空隙的，砂率偏低或砂子中細顆粒含量少，水泥砂漿量就較少，粗骨料較多，不能保證在粗骨料之間有足夠的砂漿層起潤滑和填充作用，降低混凝土拌合物的流動性，使混凝土保水性降低，砂子含泥量大易產生漿體沉降。提高砂率，降低砂中含泥量，能保證混凝土的工作性和強度。

3.1.4 調整水灰比，降低混凝土坍落度

混凝土輸送泵車允許最低的坍落度為8 cm～10 cm，由于該橋橋墩在5 cm～ 10 m之間，不是很高，因此將混凝土的坍落度由14 cm～16 cm降低為9 cm～10 cm。水灰比決定水泥漿的稠度，如果用水量大，混凝土拌合物流動性較大、粘聚性降低，此時混凝土拌合物有泌水傾向，會造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良而產生流漿、離析，成型的混凝土表面易出現泛砂現象。在實際施工過程中，水灰比一般控制在0.4～0.7，在水泥用量不改變的情況下，水灰比控制0.45以下，減少了混凝土滯后泌水。

3.1.5 使用加入含有引氣劑的外加劑

使用優質含有引氣劑的減水劑，有利于改善混凝土的和易性，減少混凝土的泌水等現象。引氣劑由于在混凝土中引入微小獨立氣泡，這些氣泡如滾珠一樣使混凝土的和易性得到很大改善。由于氣泡增加了水泥漿的體積，并對拌合料起潤滑作用。它引起的微小氣泡如同微細集料，對微小集料缺少的有補償作用，阻斷或減少了集料周圍的多余水，減少混凝土的泌水、沉降和離析。

3.2 對混凝土振搗要求及時間的控制

混凝土灌注振搗時易混進空氣，混凝土拌和物中的氣泡既不能自行逸出，也不會靠自身的重量將氣泡擠出。所以振搗是混凝土密實、排除氣泡的重要手段。但振搗時間過長會使混凝土內部的微小氣泡在機械作用下出現破滅重組由小變大，氣泡的排除與振搗時間的長短有直接的關系。可以通過提高工人操作技能，減少混凝土振搗時間來控制。

培養熟練的振搗技術工人，實行專業人員專業化振搗。振搗器緩慢自然垂直插入混凝土中，避免觸碰模板、鋼筋，管道、預埋件；振搗器與模板距離控制在10 cm～20 cm，振搗器插入點均勻排列，振動作用半徑隨振搗器功率、混凝土坍落度大小控制，長時間摸索確定為作用半徑30 cm～50 cm；振搗器緩慢拔出使插孔閉合不留空隙 。

混凝土振搗時間要使混凝土表面呈現水平及出現浮漿并將模板邊角部位填滿，混凝土不再顯著下沉及出現氣泡，一般每一振搗點的振搗時間控制在20 s～30 s。

3.3 脫模劑的使用

施工中采用多種脫模劑，一是模板漆，成品混凝土外觀呈仿大理石狀，表面細膩、平整光滑，具有清水混凝土的效果，還可以有效減少混凝土表面的氣泡。二是透水模板布，混凝土透水模板布不僅能消除混凝土表面的氣泡、砂線、砂斑，使混凝土表面致密，提高表觀質量。幅寬1 600 mm、2 000 mm，以改性高分子聚合纖維為主要原料,結構分為表層、中間層、粘附層，粘貼于模板表面。澆筑混凝土時，在混凝土內部壓力、模板布的毛細作用及振搗等共同作用下，混凝土中的氣泡及部分游離水由混凝土內部向外部遷移，通過模板部中間層排出，產生以下效果：

①有效減少構件表面混凝土的氣泡，使混凝土更加致密；

②使混凝土中的部分水分排出，水泥顆粒留在混凝土表層，使厚度數毫米范圍混凝土表層水灰比顯著降低；

③模板布具有均勻分布的孔隙，游離水通過滲透和毛細作用經中間層排出，不會形成集聚，有效減少混凝土表面砂線、砂斑現象；

④模板布的保水作用，為混凝土養護提供了良好條件，減少表面細微裂縫的產生。

3.4 模板縫隙控制

選用大塊模板，優選信譽好的生產廠家，嚴格驗收，避免模板和模板之間錯臺。

3.5 雨季施工控制措施

在施工前與南通氣象部門取得聯系，及時掌握天氣情況，根據天氣情況合理安排施工，并搭移動式防雨棚，避免雨水進入墩身內。

4 泛砂、氣泡補救措施

拆除模板后，及時用同標號的配合比，注意剔除碎石，砂子要篩細（粒徑一般在0.7 mm～1.5 mm），比例不能變，加水拌合均勻后，再將拌好的砂漿用膩鏟涂抹于氣泡和泛砂處，然后用細紗布磨光。按此方法抹擦幾遍，最后用塑料薄膜覆蓋養護。

5 結束語

橋梁墩臺身混凝土表面的泛砂和氣泡現象，在混凝土施工中是普遍現象，所以在工程實際中，只要能夠認真對待，根據具體情況采取有效的措施和行之有效的方法，分析產生泛砂和氣泡的內因和外因，綜合考慮辨別施治，就可使混凝土表面平整、光潔、色澤一致。

[1]《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》TB10424-2010.中國鐵道出版社.

[2]侯建立.《墩身混凝土表面“泛砂”的排查及防治措施》科技傳播2010-3（下）.

[3]《透水模板布改善混凝土表面質量試驗研究》東南大學學報：自然科學版[2008]第1期.

責任編輯：許耀元 張建強

來稿日期：2015-11-13