裝配式混凝土構件表面氣泡影響因素的研究分析Study and Analysison Bubbles Influential Factorson Prefabricated Concrete ComponentSurface

董恒瑞，李　城，石從黎，林宗浩（重慶建工新型建材有限公司，重慶4022；2重慶市建筑材料與制品工程技術研究中心，重慶4022）

裝配式混凝土構件表面氣泡影響因素的研究分析
Study and Analysison Bubbles Influential Factorson Prefabricated Concrete ComponentSurface

董恒瑞1，2，李城1，2，石從黎1，林宗浩1
（1重慶建工新型建材有限公司，重慶401122；2重慶市建筑材料與制品工程技術研究中心，重慶401122）

隨著裝配式建筑的大力推廣，“高強、耐久、經濟、美觀”的裝配式混凝土構件必將廣泛應用于房建及市政工程中。該文針對某車間生產的裝配式混凝土構件表面出現的不同程度的氣泡問題進行了總結分析和中試試驗驗證，指出了裝配式混凝土構件表面氣泡問題產生的原因、技術角度和生產環節改善的關鍵。

裝配式混凝土構件；表面氣泡；工作性；成型制度；脫模劑

0　引言

政府工作報告提出“要積極推廣綠色建筑和建材，大力發展裝配式建筑，提高建筑技術水平和工程質量”的重要目標。裝配式混凝土構件的生產是發展裝配式建筑的關鍵環節。

車間生產裝配式構件過程中部分構件表面存在大量尺寸不等的表面氣泡：（1）從構件類別：預制樓梯板和梁出現表面氣泡的概率和數量較多，部分氣泡直徑達到10mm以上并能看到裸露的粗骨料，裝配墻板表面出現氣泡較少；（2）從氣泡分布：樓梯板多出現在垂直澆筑方向偏上部、踏板和踢板處以及兩端梯段休息平臺處，梁多出現在兩端鋼筋加密處及預埋線管密集處，部分出現在中上部，隔墻板主要集中在兩端及榫口處。這些氣泡不僅嚴重影響構件的美觀，還會降低混凝土的耐久性，為此，研究和解決構件表面氣泡問題，具有現實指導意義。

1　試驗研究對象及分析

混凝土構件生產過程中表面氣泡的產生主要分兩個階段：第一階段是新拌混凝土內部的引氣氣泡和包裹的空氣氣泡經動力壓實作用匯聚成大氣泡振動上浮逸出到表面；第二階段是逸出到表面的氣泡未能獲得更大的能量突破模板的束縛排出到空氣中而附著在模板上［1］，在混凝土硬化后氣泡破裂形成表面缺陷。因此，要解決混凝土表面氣泡問題一方面要優化原材料和配合比設計，改善混凝土工作性能；另一方面是改善生產工藝環節，如選用表面光滑的模板、親水性脫模劑、最佳的成型制度等以利于氣泡的排出。

1.1考察混凝土自身因素的影響

混凝土是生產裝配式構件的最主要材料，其工作性能不良可能是導致氣泡不易排出的主要兇手。混凝土表面氣泡缺陷產生的現象級原因是在模板的束縛下，附在模板表面的大氣泡破裂產生諸多尺寸不一的氣孔，更深層的原因與混凝土本身的特性有關，如流動性、粘聚性等工作性能、配合比和組成材料的變化等［2］。

試驗選取生產車間具有代表性的三種不同工作性能的混凝土（編號分別為SY-1、SY-2、SY-3），采用車間工藝澆筑預制疊合梁，將表面氣泡情況進行對比。三種混凝土的生產配合比分別見表1，所用原材料、設計強度等級均一致。

表1　混凝土配合比

（a）SY-1混凝土預制梁

SY-1混凝土初始坍落度T為160mm，SY-2混凝土初始坍落度T為195mm，SY-3混凝土初始坍落度T為225mm；車間生產過程中每罐混凝土材料從攪拌運至生產線到澆筑完畢大約需要1～1.5h，采用車間所用的插入式振搗方式進行振搗成型，至表面無明顯氣泡冒出為止。三種工作性能不同的混凝土所制備的預制梁構件見圖1。

由圖1可知：隨著混凝土坍落度的增大，構件出現表面氣泡的數量減少、平均氣泡尺寸降低，說明混凝土工作性能增大可降低構件表面出現氣泡的概率，工作性提高對混凝土平均氣泡直徑及比表面積、氣泡的孔徑分布等特征產生較顯著的影響。另外、結合SY-1、SY-2、SY-3混凝土配合比和表面情況對比可知：增加膠材用量，可減少混凝土構件出現“泛砂”、“砂線”情況發生，進一步提高混凝土表面密實度，降低氣泡遇阻滯留情況的發生。

圖1　不同混凝土預制梁表面氣泡分布情況

1.2考察成型制度因素的影響

新拌混凝土振搗的過程也是內部氣泡匯聚排出的過程，振搗效果直接影響混凝土構件的表面質量。在車間現場試驗考察不同成型方法、不同振實時間等因素對混凝土表面氣泡的影響。

1.2.1振動成型和振搗成型

試驗隨機選取車間生產構件用的混凝土，其中坍落度190mm、粘聚性良好、保水性良好，試驗選用與模板相同材質的鑄鐵試模，尺寸150× 150×150mm，模擬澆筑成型過程。拆模后標記表面氣泡并統計表面氣泡尺寸和數量，如圖2-圖4所示。

圖2　試件表面氣泡標記

圖3　振動時間對試樣表面氣泡數量的影響

圖4　振搗時間對試樣表面氣泡數量的影響

試驗結果表明：混凝土表面5mm以上的氣泡數量先減少后增多，2mm以上的總氣泡數量呈現先增多后減少，考慮到表面有害氣泡直徑一般在5mm以上，故認為5mm以上氣泡數量最少的成型時間即是最佳成型時間，該試驗是40s；振動時間小于最佳時間將導致試件表面氣泡數量增加，大于最佳成型時間導致5mm以上的大氣泡也增加?；炷琳駬v成型時，也存在一個最佳的成型時間，該試驗是50s；在振搗成型50s時試件表面總氣泡數最少，但振搗成型40s時的5mm及以上的氣泡數量反而少于50s時同尺寸的氣泡數量。

在混凝土預制構件成型時，外界振動波對氣泡排放作用不同，作用力效應半徑的不同對不同半徑氣泡的破壞力也不同［3］，振搗和振動成型均可有效排出氣泡，但存在一個最佳成型制度。

1.2.2浮漿層及內部氣泡情況

將振搗成型的試件劈開后觀察內部浮漿層厚度及內部氣泡的分布，見圖5-圖8所示。

圖5　振搗10s時混凝土內部形貌

圖6　振搗20s時混凝土內部形貌

圖7　振搗40s時混凝土內部形貌

圖8　振搗60s時混凝土內部形貌

對比可知：試件內部氣泡數量與表面數量的變化規律是一致的；但振搗時間越長，試件浮漿層越厚。

以試件“表面氣泡”、“內部氣泡”和“浮漿層厚度”三項指標作為評判依據，可知：振動成型或者振搗成型時均存在最佳時間，伏文勇［4］也認為存在一個最佳振動時間T，大于或小于最佳成型時間都將影響混凝土的表面質量和均勻性，所以在構件生產過程中根據混凝土流動性的不同、鋼筋疏密不同，選擇合適的振搗或振動成型時間，振搗時間不足將導致預制構件排氣不充分表面氣泡數量較多，振搗時間過長也易造成表面氣泡數量增多并引起浮漿層增厚。

1.3考察脫模材料因素的影響

由于模板的材質、平整度、脫模劑種類等對混凝土氣泡排出也有影響，在成型時附著在模板表面的混凝土經振搗器動力壓實作用氣泡匯集、破裂在模板位置產生凹凸不平的氣孔并上浮。

試驗采用200×200×500mm透明立柱體試模觀察表面噴涂水性脫模劑和油性脫模油對混凝土表面排氣過程的影響，試驗用混凝土從車間生產線隨機選取。表面排氣情況見圖9。

圖9　混凝土振搗成型時排氣情況

從圖9表面氣泡分布直觀情況看出：采用水性脫模劑更有利于氣泡的排出，成型過程中混凝土表面氣泡直徑小、氣泡少、外觀質量好。使用脫模油時則試塊表面氣泡直徑較大，分布較密集，外觀質量差。使用水性脫模劑能有效解決混凝土表面氣泡的問題。

水性脫模劑是一種親水性聚合物，能夠均勻地涂刷在模板表面，降低混凝土與模板之間的界面結合力，使氣泡容易逸出破滅，減少混凝土表面氣泡數量［5］；脫模劑中含有一定的消泡成分，有利于氣泡的破滅或向內部移動，減小混凝土表面氣泡直徑，并降低氣泡數量；脫模劑附著于成型物和模具之間直接起到隔離作用有利于改善混凝土表觀質量［6］。

2　中試試驗驗證

為進一步驗證車間試驗結論的準確性、適用性，在上述試驗基礎上進行中試模擬試驗，進一步論證其可行性。

隨機選用車間C20、C30、C40混凝土澆筑350×400×2000mm預制梁，混凝土坍落度控制在190～210mm，采用西卡水性脫模劑，在研發中心成型室進行制作，采用插入式振搗成型，所制備梁構件見圖10，三組預制梁表面均未出現大面積氣泡。

圖10　中試混凝土預制梁構件

3　結論

在車間生產過程中出現的裝配式混凝土構件表面氣泡問題的原因是多方面的，本文通過試驗對比和中試驗證認為改善上述情況的措施包括：

（1）增大混凝土的工作性，適當提高膠凝材料用量可明顯降低表面氣泡出現的概率。

（2）成型制度影響混凝土內部氣泡的排放進程，振搗時間不足不利于氣泡的排放，振搗時間過長將增大浮漿層層厚，影響裝配構件結構安全。

（3）脫模材料影響氣泡在模板上的排出效果，水性脫模劑效果優于脫模油。

［1］王迎春，陳柏連，嚴建軍，等.三峽工程混凝土表面氣泡形成原因分析［J］.材料科學與工程學報，2003，21（1）：41-43.

［2］郭明洋，楊榮俊，張金喜.水灰比對混凝土氣泡特征參數影響的試驗研究［J］.混凝土，2007（12）：13-16.

［3］傅智.新拌混凝土振動結構粘度研究［J］.公路交通科技，1996，13（3）：1-9.

［4］伏文勇.雙控制粉煤灰混凝土剖斷面（含表面）大氣泡排出試驗模型的建立［J］.粉煤灰，2001（2）：11-14.

［5］雷映平.高效水溶性混凝土模板脫模劑的研究［J］.混凝土，2002，155（9）：41-43.

［6］李方利，施小民，張培育.預制混凝土管片表面氣泡影響因素研究［J］.鐵道建筑，2015（6）：165-168.

責任編輯：孫蘇，李紅

With the tremendouspromotion of prefabricated construction,theprefabricated concrete componentsof"high strength,long durability,economy,and beauty"are definitely largely applied in residentialbuildingsandmunicipalengineering.Thispaper summaries,analyzes and verifies thebubble problems of differentdegreeson prefabricated concrete componentssurface in aworkshop,and pointsout the causesand improvementkey pointsat technicaland production stages.

prefabricated concrete component;surfacebubbles;workability;molding system;mold discharging agent

TU 528

A

1671-9107（2016）10-0054-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2016.10.54

2016-07-22

董恒瑞（1988-），男，河南商丘人，本科，初級工程師，主要從事混凝土相關技術研究與管理。