淺談箱梁外觀色差控制對策

王曉倫

(衡水市公路勘測設(shè)計所)

1 前 言

衡水 -井陘公路武邑至前磨頭段滏陽河橋位于衡水市桃城區(qū)境內(nèi),跨越滏陽河的一座大橋,是衡水 -井陘公路的關(guān)鍵工程之一。本文對象為滏陽河橋,橋梁全長 105m,橋面全寬 13.0 m,設(shè)計荷載為公路 -Ⅰ級,設(shè)計規(guī)模為 5～20m的連續(xù)現(xiàn)澆混凝土預(yù)應(yīng)力梁橋。

箱梁為大體積結(jié)構(gòu)物,其暴露于外界的面積也較大。隨著人們審美觀點的提高,要求箱梁不但要“內(nèi)實”,而且要“外美”。所以保證箱梁外觀顏色的統(tǒng)一,消除色差是問題根本所在?，F(xiàn)就衡井線橋滏陽河 20m箱梁施工中色差控制做以下論述。

2 混凝土表面顏色的形成

混凝土構(gòu)件的制作過程為:水泥(膠凝材料)加粗細骨料加水再摻加一定的外加劑經(jīng)過拌和形成拌和物,再經(jīng)過澆筑、振搗、養(yǎng)生成型?；炷羶?nèi)起著填充作用的膠凝材料——水泥包裹著整個骨料,混凝土構(gòu)件表面充滿了水泥漿。因此,水泥的本色就是混凝土構(gòu)件表面的顏色,這是基色?；纳顪\通過用水量、水泥的成分和用量以及施工措施和環(huán)境的變化來實施。

混凝土除了基色外還充斥著其它的顏色。混凝土內(nèi)部存在著很多的毛細孔隙,混凝土構(gòu)件在脫離整個模板后,長期裸露于自然環(huán)境中,隨著硬化過程的進行和多余水分的蒸發(fā),在其表面滲及內(nèi)部形成許多的、大小不一的毛細孔隙,通過光的折射、反射作用,從毛細孔內(nèi)反射出骨料,主要是粗骨料的基巖顏色。

3 混凝土表面色差形成的原因

混凝土表面色差產(chǎn)生的主要原因有兩個,其一是原材料造成的。其二為人為施工工藝方法所為。

3.1 原材料對箱梁表觀色差的影響

(1)硅酸鹽水泥原料

生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料,主要是石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料兩類。石灰質(zhì)材料主要提供 CaO,粘土質(zhì)原料主要提供SiO2、Al2O3以及 Fe2O3。有時兩種化學(xué)原料不能滿足要求,還要加入少量校正原料。

從硅酸鹽水泥的制作原料基巖來看,其按原始狀態(tài)分為兩種,一種是經(jīng)過化學(xué)加工前的硅酸鹽水泥原料基巖,一種是只經(jīng)過物理加工的骨料基巖。硅酸鹽水泥制作原料基巖包括燒制前的生料和燒制后的熟料及外加摻合料。由于受地理地質(zhì)的影響,各地水泥的制作原料均存在差異性,原料中所含的礦物成分如鉻、鐵等含量不一,因此導(dǎo)致同等級的水泥內(nèi)各種成分含量存在差異性。這樣最后形成的是混凝土表面基色存在根本的差異性:白、灰、紅、青等各種不同的顏色。

(2)骨料

由于選用的材料有限:粗骨料——石灰?guī)r、花崗巖、石英巖等,細骨料——河砂、山砂以及巖石破碎的碎砂等。同樣由于地理地質(zhì)條件的限制與影響,骨料的成分較為復(fù)雜,因此在混凝土內(nèi)部通過光的折射、反射體現(xiàn)出來的顏色就不盡相同。由于骨料受水泥漿的包裹,裸露面積小,通過毛細孔折射光的面積較小,因此在混凝土表面形成的顏色就只是淡淡的骨料基巖顏色。由于受條件的限制,不可能做到為了混凝土基色的一致性,而耗費大量的人力物力進行選擇,因此施工中只能認可這種現(xiàn)象。

(3)拌和用水

拌和用水所含物質(zhì)對預(yù)應(yīng)力混凝土不應(yīng)產(chǎn)生有害作用,即不影響混凝土的和易性及凝結(jié);不損于混凝土強度的發(fā)展;不降低混凝土的耐久性。從對外觀的要求來說必須不污染混凝土表面。

(4)外加劑

目前橋梁工程所用預(yù)應(yīng)力混凝土,通常要求設(shè)計強度為C50以上,水灰比必須在 0.35～0.40之間才能達到強度要求,所以必須采用高效減水劑等外加劑才能滿足滿足混凝土拌和物的工作性能。

外加劑的用量一般較少,其對混凝土表面顏色的影響可以忽略不計。

3.2 施工工藝對箱梁的表觀影響

混凝土施工工藝顏色受水灰比、模板、施工中控制、外界環(huán)境等的影響,下面逐一進行分析。

(1)水灰比

為了便于施工,混凝土必須具有一定的施工坍落度,在不摻加外加劑的情況下勢必增加水泥用量。摻加外加劑,在配置高強度混凝土?xí)r,如不摻加摻合料,同樣需要較大的水泥用量。但是隨著水泥水化反應(yīng)和強度的增長以及各種環(huán)境的變化影響,混凝土內(nèi)的水分蒸發(fā),在混凝土內(nèi)形成許多毛細孔,而在形成毛細孔的同時,在毛細孔內(nèi)析出 Ca(OH)2等結(jié)晶,這樣透過光的折射,在混凝土表面形成白或灰白顏色,析出的晶體越多則顏色越白。

硅酸鹽水泥加水后不久,拌合水即變成氫氧化鈣飽和溶液,確切地說就是堿和氫氧化鈣過飽和溶液,氫氧化鈣從過飽和溶液中結(jié)晶析出,同時從水泥中主要成分與水的反應(yīng)可以看出,生成了較多得氫氧化鈣。很明顯將會有更多的Ca(OH)2晶體析出。

2(3CaO.SiO2)+6H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2

2(3CaO.SiO2)+4H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2

由此得出結(jié)論:水泥用量越大,晶體越多,顏色越淡。

(2)模板

箱梁支模必須選用質(zhì)量合格的光面外模。施工中雖然在模板上使用脫模劑(如肥皂水),但是難免會依附其它各種物質(zhì),如:灰漿、污垢、粉塵、油漆以及金屬部分的銹蝕等,在混凝土達到一定強度以后,這些物質(zhì)也便依附于混凝土構(gòu)件表面,形成各種難看的污點,嚴重者將直接影響構(gòu)件的外觀質(zhì)量。模板在規(guī)定的周轉(zhuǎn)次數(shù)內(nèi),雖然經(jīng)過打磨處理,但是模板表面的光潔度肯定一次不如一次,導(dǎo)致混凝土表面形成毛面,同時模板上的污垢也越來越厚甚至發(fā)生臺階狀的塵垢,致使混凝土構(gòu)件表面形成難看的臺階狀花紋,嚴重影響混凝土構(gòu)件的外觀質(zhì)量。當(dāng)然在模板比較光潔的情況下,混凝土表面的顏色表現(xiàn)為基色,但是由于受脫模劑涂抹不均勻的影響,可能外觀顏色也表現(xiàn)為不一致。脫模劑不可隨意更換,要始終固定使用同一種,減少色澤差異。

模板反復(fù)周轉(zhuǎn),之間很難做到整體性,因此模板之間即使使用雙面膠帶也存在空隙。在混凝土澆筑過程中,易透過不密貼的部位出現(xiàn)漏漿。由于水泥漿的流失和隨著混凝土養(yǎng)生的進行水份的蒸發(fā),在接縫不密貼部位就形成麻面、翻砂或形成青黑色或者是花斑毛面狀(該處多為不密實狀態(tài))。

(3)澆筑施工中控制

當(dāng)使用兩個或兩個以上拌和站攪拌混凝土?xí)r,可能由于計量不準造成配合比不一致而導(dǎo)致混凝土色澤稍有差異。

混凝土在施工中,由于使用振搗工具的不當(dāng),如振動棒接觸模板振搗,將會在混凝土構(gòu)件表面形成振動棒印,而影響構(gòu)件外觀效果。由于混凝土的過振造成混凝土離析出現(xiàn)水線狀,形成類似裂縫狀影響外觀,還會造成混凝土離析形成花斑狀(石子外露點),不僅是外觀質(zhì)量差而且混凝土強度也會降低很多。

若澆筑過程中出現(xiàn)較長的時間間斷,易造成混凝土之間形成青白顏色的色差等不均性。

鋼筋與模板之間若使用與混凝土顏色不一致的塑料墊塊,會造成點斑色差。

(4)外界環(huán)境

混凝土在施工中,水泥的水化反應(yīng)受環(huán)境的影響較大,尤其是受溫度影響較大。當(dāng)環(huán)境溫度較低時,混凝土的原材料:粗細骨料、水的溫度較低,同時受拌和機具、運輸機具、模板等的吸熱影響,混凝土最終入模的溫度亦較低,水化反應(yīng)較慢,強度增長較慢,在混凝土達到較高強度則花費的時間較長,水化反應(yīng)的充分,析出的 Ca(OH)2較少,因此混凝土成型后的外觀顏色就呈現(xiàn)青色。相反,當(dāng)溫度較高時,混凝土原料吸熱較多,溫度較高,同時受拌和機具、運輸機具、模板的影響,造成混凝土入模溫度較高,水化反應(yīng)較快,較高的水化熱致使混凝土內(nèi)部溫度迅速升高,析出的Ca(OH)2較多,因此顏色較多的表現(xiàn)為灰白色。在實際的施工中,受工期等的影響,同時為了降低成本,而采取覆蓋、蒸汽養(yǎng)護或其它保溫措施養(yǎng)護,但值得注意的是,升溫不應(yīng)只對混凝土加熱而忽略了原材料的溫度,因此升溫的措施應(yīng)當(dāng)雙管齊下。選擇一個合理的混凝土入模溫度和養(yǎng)護溫度,對混凝土的強度增長最為有利,滿足整個施工進度的需要。也就是說,在條件許可的情況下,盡可能采用自然養(yǎng)護,在環(huán)境溫度較低時,應(yīng)對原材料和機具加熱,成型后對混凝土加熱養(yǎng)護,保持一定的濕度;在環(huán)境溫度較高時,應(yīng)對原材料、機具等降溫,不需要再對混凝土加熱養(yǎng)護,但同時必須用水不間斷養(yǎng)生。

4 消除色差控制方法

綜合以上色差形成的原因,結(jié)合我項目箱梁實際的施工特點和成功經(jīng)驗,特總結(jié)消除色差控制方法如下。

(1)使用相同廠家的水泥,從根本上做到水泥顏色一致。

(2)粗細骨料 14d膨脹率應(yīng)小于 0.1%,且無潛在堿-硅酸反應(yīng)危害。最好使用相同產(chǎn)地的粗細骨料,拌和前要進行清洗,清除里面的雜質(zhì)。

(3)拌和用水應(yīng)符合JGJ63-89混凝土拌和用水標準要求。我項目使用無色無味地下水,起到了良好效果。(4)澆筑用混凝土配合比應(yīng)保持一致,不得隨意變化。(5)重復(fù)利用模板必須清理打磨干凈,模板拼縫用雙面膠帶處理,確保不漏漿,同時脫模劑必須涂抹均勻。

(6)若使用兩個及以上拌和站,可使用專站專車的運輸方式,在現(xiàn)場分站分邊分泵泵送,盡量保證每站的混凝土澆筑在固定的一側(cè),使相臨混凝土顏色統(tǒng)一。

(7)加強振搗工人的培訓(xùn),振搗時不得接觸模板并且不得過振、漏振。

(8)盡量使用同一型號同一顏色且和混凝土顏色像近的塑料墊塊。

(9)加強澆筑完成后的養(yǎng)護工作,注意隨氣溫的變化而采用不同的養(yǎng)護措施。

5 結(jié)束語

以上對箱梁表面顏色進行了理論和實踐上的初步探討并給出了解決方案。總之,嚴格執(zhí)行國家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標準,再結(jié)合自身實際條件進行施工,是達到箱梁外觀要求的基礎(chǔ)和前提。在的施工實踐中只要多觀察、多比較、多分析、多總結(jié),不斷改善技術(shù)措施,就一定能實現(xiàn)箱梁“內(nèi)實外美”的要求。

[1] 嚴家佶.道路建筑材料[M].人民交通出版社,2002.

[2] 蘇權(quán)科,張文忠.橋梁施工違規(guī)糾正手冊[M].人民交通出版社,2004.

[3] 張應(yīng)力.混凝土全過程質(zhì)量管理手冊[M].人民交通出版社,2004.