海工混凝土外觀質量影響因素分析及其控制

田強春，盧旭偉（廣東省南粵交通粵湛高速公路管理中心，廣東 廣州 510030）

0 引言

海工混凝土外觀質量的要求越來越高，要求混凝土表面平整光潔，沒有或少有氣泡，氣泡直徑小，同時表面沒有大面積色差。本文依托的廣東湛江環城高速項目，建設過程中需要的海工混凝土較多，混凝土外觀質量是該項目的要求之一。海工混凝土外觀質量影響因素較多，如原材料、配合比、運輸、澆筑、振搗甚至脫模劑等，當然也包含攪拌的均勻性。本項目引進了攪拌更加均勻的新技術-振動攪拌技術，通過分析影響海工混凝土外觀質量的影響因素來改善海工混凝土的外觀質量。

1 施工工藝對混凝土外觀質量影響

（1）攪拌。海工混凝土的施工和易性對其表面質量影響很大，而混凝土的工作性能與混凝土的攪拌均勻性關系很大，攪拌均勻性與攪拌時間、攪拌方式有密切關系。混凝土的拌合過程其實是攪拌均勻與離析這對矛盾的發展過程，相關研究表明[1，2]：對于特定的攪拌方式，有一個較佳攪拌時間，并滿足施工和易性的要求。

蘇文浩[3]對新拌混凝土施工和易性進行檢測，結果表明攪拌時間對未添加引氣劑的混凝土的含氣量無明顯影響，但對坍落度、擴展度等有很大影響；不同標號、種類的混凝土對攪拌時間有不同的要求，但大多數混凝土的攪拌時間在90～150s。

廣東湛江環城高速項目所采用的海工混凝土應用振動攪拌技術，與普通強制攪拌相比，振動攪拌對混凝土的和易性有比較明顯地改善，混凝土的外觀質量也得到了改善。

振動攪拌過程中，在強制攪拌的同時加入高頻振動作用，振動使混凝土的內摩擦力、粘聚力和剪切力下降，提升了混凝土的和易性。另外，振動使混凝土固、液、氣三相相互作用的頻次加快，使混凝土各個組分的分布更加均勻，有利于混凝土的流動與成型。同時，振動的骨料會使一些大的氣泡破裂，直徑變小，部分氣泡從混凝土中逸出，改變了混凝土的外觀質量。

（2）振搗。對混凝土拌合物進行振搗，可排除拌合物中的空氣，使拌合物中粗細骨料、膠漿及氣相重新排布，更好的相互融合，從而使混凝土更加密實，減少蜂窩麻面，提高混凝土的外觀質量。振搗過程中通過高頻振動液化砂漿，讓水泥砂漿包裹在粗骨料表面形成一層潤滑“膜”，降低粗集料之間的內摩擦力，為氣泡上升排出提供條件。同時，振搗能夠使氣泡發生自由移動并促使其不斷聚合，成為一定體積的氣泡而上升排出。影響振搗排氣效果的兩個主要因素為振搗有效半徑和振搗時間。因此，振搗棒的插入頻次與間距必須嚴格按照規范的要求。振動攪拌的混凝土易密實，容易達到比較好的振搗效果和外觀質量。

（3）模板。不同種類的模板對混凝土面層溶液的狀態有著一定的影響，與不同的固體接觸會形成不同的接觸角，接觸角越小，在固體上的附著力越強，從而引起混凝土表面產生氣泡。不同材質的模板有其自身的特點，其性能對比見表1。

表1 不同材質的模板特點及應用情況

在異形截面構件中需根據截面形式單獨設計模板，在氣泡排出不暢的部位（如在墻倒角處）增加排氣孔或設計氣流通道。在相鄰模板之間留出1mm縫隙并加海綿條，可增加模板的透氣性，從而減少氣泡的產生。

2 原材料對混凝土外觀質量影響

（1）粗細骨料、膠凝材料。不同母巖性質的粗骨料對混凝土的含氣量有較大影響，石粉含量的影響效果比粒徑更大，且單一粒徑級配的混凝土施工和易性比砂率恰當的混凝土材料低，拌合物含氣量也低于級配良好的混凝土。此外，研究表明[4-5]在粗骨料不變時，砂的細度模數越小，混凝土拌合物的含氣量越少。

膠凝材料的細度越細，含氣量越少。炭質物質尤其是活性炭質對高分子膠體溶液具有強烈的化學吸附作用，致使表面活性劑失去活性，不能產生足夠的含氣量。因此，當膠凝材料中含有煤粉灰時，混凝土含氣量降低。相關研究表明，表面氣泡與含氣量相關性不大，但當含氣量超過6%時，產生表面氣泡的可能性會增大。

（2）水膠比。水膠比是影響混凝土性能及其外觀質量的重要因素之一，隨著水膠比的增大，混凝土拌合物的流動性也隨之增加，從而大大降低了混凝土表面出現較大氣泡和蜂窩麻面的可能性。但水膠比太大，膠凝材料被水化后混凝土表面存在大量多余的水分，這部分水分因揮發而導致混凝土表面產生肉眼可見的細小氣泡。因此合適的水膠比也是控制表面質量的重要控制參數。

郭明洋等[6]通過試驗發現水膠比對非引氣混凝土的平均氣泡直徑、氣泡比表面積和氣泡間隔無明顯影響。對于添加引氣劑的新拌混凝土，隨著水膠比的增大，混凝土平均氣泡直徑、氣泡間隔增大。

（3）外加劑。在混凝土中摻入一定量的減水劑，可以在不影響工作性能的前提下減少單位用水量，不顯著改變含氣量，但同時會引入一定量的微細氣泡，這些氣泡大小不均勻、形狀不規則、不穩定。在振搗、拌合和運輸的過程中，小氣泡會匯聚到一起形成大氣泡，最終逸出到混凝土表面，形成表面氣泡。為了消除因減水劑而引起的有害氣泡，通常在新拌混凝土中摻加一定量的消泡劑，可以在一定程度上抑制氣泡的聚集合并。

引氣劑摻入混凝土中也會形成許多微細氣泡，但與減水劑引入的氣泡有本質的區別。其尺寸均在20～200 μm之間，且均勻分布于混凝土內部，氣泡表面的液膜比較牢固，氣泡相對比較穩定，合格的引氣劑在混凝土中所引入的氣泡是微細氣泡，一般情況下不會聚結成大氣泡而逸出表面[7]。

（4）脫模劑。脫模劑的使用也影響著混凝土的外觀質量，常用的脫模劑有機油、液壓油、黃油等，見表2。

表2 使用不同脫模劑的混凝土表面氣孔狀況

根據表2可知，機油作為脫模劑涂于模板內壁成型的混凝土試塊表面氣泡最為嚴重，使用黃油的混凝土外觀情況最好，其原因可能是在機油的影響下，氣泡積聚在模板表面，而黃油作為脫模劑，氣泡無法在模板表面積聚，不能形成大氣泡或不附著于模板表面，可以順利排出。因此，在保證順利脫模試塊完整的前提下，選擇合適的脫模劑，避免氣泡積聚和附著。

3 海工混凝土外觀質量影響因素分析及評價

綜上所述，施工工藝和原材料性能是影響海工混凝土外觀質量的主要因素，影響效果及評價見表3。對以上影響因素按重要程度由小到大排序：模板→脫模劑→振搗→原材料→攪拌，需要綜合把控。

表3 不同因素對外觀質量的影響效果評價

4 結語

（1）混凝土施工工藝對表面氣泡有很大影響，合理的攪拌方式、攪拌時間、振搗、選用合適的模板與脫模劑均可以減少表面氣泡的形成。

（2）振動攪拌技術可以提升海工混凝土的施工和易性和均勻性，提升了湛江環城高速項目海工混凝土的外觀質量。

（3）原材料和配合比對表面氣泡具有明顯的影響，應優選原材料、配合比、外加劑，盡可能避免和減少大氣泡的產生。

（4）脫模劑涂于模板內壁有利于減少混凝土試塊表面氣泡，在保證順利脫模試塊完整的前提下，應避免氣泡積聚和附著。