某電廠混凝土結構表面氣泡產生原因及預防措施

文/劉霖、董林博 中核工程公司福清核電項目部 福建福清 350318

1、工程簡介

該電廠主廠房結構為現澆鋼筋混凝土剪力墻結構，主廠房分為地下結構和地上結構。地下部分埋深約12m，地上部分約50m，主廠房地下外墻混凝土采用C35P8，主廠房地下內墻及地上外墻混凝土采用C35，混凝土總量約10萬方。

2、混凝土氣泡情況描述

混凝土表面氣泡多為“隱性”存在，即在模板拆除后混凝土表面較為光滑，氣泡在后續結構裝修過程中對墻面及樓板進行打磨后顯現；少數氣泡在模板拆除后直接顯現于墻面。

隱性氣泡在墻體及樓板表面分布相對較為平均。氣泡大小主要在2mm到5mm之間。80%以上氣泡均為2mm左右較小氣泡。

3、混凝土墻體氣泡產生原因分析

3.1 混凝土原材料分析

3.1.1 水泥

1）水泥的燒失量波動大

水泥的燒失量越大，含碳量越高，碳會吸附混凝土中的外加劑，導致混凝土坍落度損失快，混凝土的坍落度不穩定，后期混凝土振搗人員對振搗時間的控制難度很大，振搗過程中不益于將混凝土氣泡順利全部排出。

2）水泥的比表面積不穩定

如果水泥比表面積過大，早期水化反應會比較充分，需水量大。如果水泥的比表面積過小，參與水化反應的用水量就減少，而混凝土中的自由水就增多，最終就形成混凝土中的“水泡”。

3.1.2 粉煤灰

1）細度波動較大

粉煤灰過粗，起不到填充和潤滑的作用。粉煤灰過粗含碳量越高，對外加劑的吸附能力強，使外加劑與水泥的適應性變差，混凝土用水量加大，就會造成骨料之間的空隙無法靠細料填充，空隙中的空氣含量就會增加。

2）燒矢量波動較大

粉煤灰的燒失量大，表明粉煤灰含碳元素多，對混凝土中外加劑的吸附性就大，造成混凝土塌損大，燒失量大，還說明粉煤灰比較粗，起不到填充作用，還造成混凝土用水量加大，而造成骨料之間為填充密實的部分將被氣體填充，造成混凝土內的氣體量增加，而氣體通過后期的振搗無法全部排出，最終形成氣泡。

3.1.3 砂

砂的細度模數不穩定。攪拌站所用的中砂細度模數基本在3.0左右，雖未超過3.0屬II區中砂，但基本累計篩余靠近上限，粒徑之間的空隙就大，需要填充的膠凝材料就多，在膠凝材料不變的情況下，混凝土攪拌后所產生的空隙均被游離水占據，在混凝土的攪拌過程中產生“水泡”。

3.1.4 石子

混凝土含氣量偏高與骨料的級配的合理與否有絕大關系，根據實驗報告可以得出：

1）5mm～16mm級配碎石的累計篩余量顯示2.36mm的石子和4.75mm的石子靠上限、針片狀石子和16mm的石子靠下線、4.75mm的石子波動較大；

2）16mm～31.5mm級配碎石的累計篩余量31.5mm的石子和針片狀石子含量靠下線、4.75mm的石子靠上限、4.75mm的石子波動較大。

由于骨料級配不合理，粒徑之間的空隙大，各種級配之間的空隙無法靠有限的膠凝材料填充滿，在膠凝材料不變的情況下，混凝土攪拌后所產生的空隙均被游離水占據，在混凝土的攪拌過程中產生“水泡”。

3.1.5 外加劑

根據試驗報告可知外加劑的固含量呈上升趨勢，而且波動比較大，外加劑的固含量不穩定。國內混凝土所用外加劑（減水劑）普遍具有一定引氣作用，這些氣泡的產生在混凝土中猶如一個個細小的滾珠，對混凝土和易性流動性具有很好的改善作用，同時也會使這些氣泡匯聚到混凝土表面，特別是減水劑對表面氣泡的影響較大。在混凝土生產過程中，摻加聚羧酸高效減水劑的混凝土含氣量在現場抽檢制拌后的混凝土含氣量存在≥4.0情況，而混凝土工程施工技術規格書中未對含氣量做相關要求。當攪拌站生產的混凝土由于坍落度損失等原因使得現場混凝土坍落度偏小，混凝土黏稠或現場施工振搗不能充分將混凝土中氣泡排出。

3.2 混凝土配合比設計分析

本工程所用的混凝土配合比如下表所示，混凝土含氣量偏高和混凝土配比設計有很大關系，混凝土的配合比應該隨時根據材料的穩定性、混凝土中骨料級配、針片狀含量、砂率、膠凝材料等指標的變化技術進行優化，保證配合比的合理性。

3.3 混凝土制拌及運輸環節分析

混凝土采用利勃海爾DW3.0雙臥軸強制攪拌機拌制，每盤混凝土拌制方量為2m3，攪拌時間為120s～180s。采用東風日產UD系列自落實攪拌罐車運輸，在運輸過程中貫徹始終保持攪拌，在澆筑之前都進行了拌合，從攪拌站到澆筑地，運輸距離約為3.0公里，運輸時間約為8分鐘，混凝土的經時損失在20～30mm，因外界因素影響，在運輸過程中會導致混凝土的坍落度損失大。

3.4 混凝土澆筑布料環節分析

混凝土澆筑采用汽車泵或地泵布料，人工振搗的方式進行。為滿足《現澆混凝土工程施工技術規格書》中規定的混凝土不得從大于1.5m的高度自由落下，廠房墻體混凝土的布料時，通過現場變更的方式調整了墻體的拉鉤筋的布置，每隔3m設置一個下料口（鋼筋密集區的兩側設置下料口），混凝土墻體澆筑高度小于4.0m，為便于布料，現場布料設備均加設布料軟管，增加后軟管長度達到6m。可保證混凝土布料時混凝土自由下落高度要求。下料口滿足布料軟管進出。

混凝土在鋼筋密集區下料時，密集區兩側分別預留澆筑點下料，將混凝土變更為細石混凝土，減小混凝土的澆筑分層厚度，分層厚度控制在200mm～300mm內。其它區域混凝土澆筑時，在預留的澆筑點下料，分層厚度為不大于500mm。

現場采用兩種設備進行澆筑，一種為地泵，地泵的泵送壓力值為30MPa,泵管為Φ125；一種為混凝土汽車泵，泵送壓力值為8 MPa，泵管為Φ125。現場混凝土泵送后塌落度損失值經現場抽檢主要分布在10～20mm區間范圍。存在混凝土坍落度損失值偏大的情況，同時伴隨混凝土經時損失偏大的情況。

3.5 混凝土振搗環節分析

非鋼筋密集區：混凝土振搗采用Φ50插入式振搗器進行振搗，操作振搗器遵循以下原則：“直上直下，快插慢拔”，插棒間距40～50cm，混凝土振搗采用梅花型，振搗必須密實，不得有漏振或振搗不實的現象發生。振搗時間10～20s為宜，振搗效果判斷標準為：砂漿上浮，石子下沉不出現氣泡，混凝土表面平整反光。

鋼筋密集區：混凝土振搗采用Φ30插入式振搗器進行振搗，操作振搗器遵循以下原則：“直上直下，快插慢拔”，振搗時間延長到30～50s，插棒間距20～30cm之間，呈梅花型布置，振搗必須密實，不得有漏振或振搗不實的現象發生；對于鋼筋特別密集的區域。

混凝乳澆筑層之間的結合，振動棒須插入下層已澆筑混凝土內不小于50mm。現場混凝土的振搗滿足規范及技術規格書的要求。

3.6 混凝土氣泡產生原因分析總結

1）原材料本身級配不合理，粗骨料偏多、大小不當，碎石中針片狀顆粒含量偏少；實際使用的砂率比實驗室提供的砂率偏小，細粒料不足以填充粗粒料空隙，導致粒料不密實，形成自由空隙，自由空隙將會被自由水填充。

2）水泥和水用量的比例，在水泥用量較少的混凝土拌合過程中，由于水化反應耗費的水較少，使得薄膜結合水、自由水相對較多。從而導致水泡形成幾率增加。

3）某些混凝土外摻劑以及水泥自身的化學成分，也是導致氣泡產生的原因。

4）在振搗過程中由于將混凝土內部的氣泡沒有全部排出。

5）現場采用的粉煤灰屬于火電廠附屬產品，火電廠所燒煤品質有所差異，直接導致粉煤灰質量存在不穩定情況，反應在顏色上會出現偏白色和偏黑色兩種。間接導致粉煤灰與外加劑匹配性欠佳。

6）混凝土用原材料如：粉煤灰、外加劑存在不穩定情況，造成混凝土不穩定，表現為坍落度時大時小、和易性欠佳、墻面存在一定數量氣泡無法排出；

7）因混凝土和易性問題，導致振搗操作人員對于混凝土的振搗時間掌控存在較大困難。

3.7 混凝土氣泡預防措施

1）對粗細骨料的質量嚴格把關，控制骨料的粒徑，對粗骨料的級配及細骨料的細度進行嚴格控制，避免使用不合格的材料，從而減少混凝土中氣泡的形成；

2）嚴格控制水泥的質量，對水泥的技術參數進行嚴格檢查，保證燒失量及水泥比表面積的變化規律基本平衡，不要產生大幅變化，從而杜絕混凝土中的“水泡”產生；

3）對于骨料級配要合理配備，骨料的粒徑不均勻，粒徑之間的空隙大，各種級配之間的空隙無法靠有限的膠凝材料填充滿，在膠凝材料不變的情況下，砼攪拌后所產生的空隙均被游離水占據，在砼的攪拌過程中會產生“水泡”。因此要對骨料連續級配的含量進行合理控制；

4）對外加劑（減水劑）的質量嚴格控制，不能因外加劑自身參數的不穩定而導致混凝土氣泡的增加；

5）根據材料的變化，對混凝土的配合比進行調整，在混凝土配置過程嚴格控制各材料的用量，以保證混凝土良好的和易性。

6）嚴格控制混凝土澆筑過程中的分層厚度，對于剪力墻結構澆筑厚度一般不超過300mm。并要重視混凝土的振搗，從振搗時間、振搗半徑、振搗方法入手，注意在施工過程中進行總結，結合現場實際情況選用一套最優的振搗方法，

總結：

混凝土結構表面的氣泡產生的主要原因是原材料的穩定性不好，波動較大，使得混凝土的坍落度不穩定，和易性欠佳，氣泡無法排出；間接原因是因混凝土坍落度時大時小，操作人員對于混凝土振搗時間難以掌控，導致混凝土打磨后表面氣泡較多。如何解決在混凝土施工中出現的表面氣泡現象，是每一個建筑工程人員必須面對的一項課題。根據理論是可以減少或者消除混凝土結構表面氣泡的，但還應當在實際操作中進行驗證，本文從原材料的使用到振搗過程時間的控制，希望給廣大建筑工程人員提供更多的思路。

[1]《混凝土結構加固設計規范》GB50367-2013.

[2]《混凝土結構工程施工規范》GB50666-2011.

[3]《建筑工程施工質量驗收統一標準》GB50300-2013.

[4]《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB50204-2002.