引氣混凝土滑模施工質量控制

易 量

(廣東省長大公路工程有限公司第三分公司，廣州 511431)

0 引言

近年來水泥混凝土路面滑模施工技術應用范圍愈來愈廣泛，尤其是在高速公路隧道水泥混凝土路面施工中得到了極大的普及[1]。滑模施工要求水泥混凝土具有良好的施工性，在振動作用下能夠具有較大的流動性而快速填充模板；同時滑模施工也要求混凝土有較好的立模特性，防止出現塌邊現象[2-3]。混凝土良好的施工性要求其坍落度大、流動性大，良好的立模特性又要求其坍落度小、流動性小，從而形成一種矛盾現象。但引氣混凝土可以較好地解決這一矛盾現象，所以引氣混凝土在滑模施工混凝土路面中的應用愈發廣泛。

引氣劑的正確選擇是影響引氣混凝土質量的關鍵因素，其次含氣量也是影響引氣混凝土工作性能的重要指標，含氣量的變化對引氣混凝土坍落度、強度均會造成影響[4-5]，在施工過程中準確控制引氣混凝土含氣量將大大提高引氣混凝土的施工質量及工作性能。本文依托江門至羅定高速公路隧道水泥混凝土路面工程對引氣混凝土滑膜施工過程中含氣量的控制技術進行了分析研究，總結了滑模施工過程中引氣混凝土含氣量的確定方法及控制技術，為同類工程施工質量控制提供借鑒參考。

1 工程概況

廣東省江門至羅定高速公路項目是廣東省高速公路網布局規劃中的第四橫線(福建漳州至廣西玉林)的一部分，編號為S26，呈東西走向。長及特長隧道水泥混凝土路面結構層形式為(總厚度45cm)：30cm C40水泥混凝土面層+15cm C20水泥砼。本項目隧道面層水泥混凝土設計配合比如表1所示，設計坍落度30mm左右。

表1 水泥混凝土面層設計配合比 (單位：kg)

2 引氣劑種類選擇

目前工程中應用較多的引氣劑主要有松香類引氣劑、烷基苯磺酸鹽類引氣劑、皂莢苷類引氣劑、脂肪醇磺酸鹽類引氣劑等，各類引氣劑均存在各自的優缺點，在實際工程中應結合工程的具體情況進行選擇。混凝土引氣劑的作用原理為：在引氣劑作用下混凝土拌合過程中產生大量微小氣泡，包裹于混凝土中并且能夠穩定存在，拌合混凝土在這些微小氣泡的作用下其內部受力狀態會發生改變，從而改變混凝土的施工特性[6]，所以引氣混凝土內部形成的微小氣泡質量是評價引氣劑性能的關鍵。大量研究顯示，引氣劑的性能評價可以通過引氣劑溶液的引氣性能、穩泡性能和引氣混凝土中氣泡結構(含氣量、氣泡直徑和間距系數)的對比試驗來評定。總體而言，不同種類引氣劑在相同摻量的條件下起泡高度愈高(表示引氣量愈大)、消泡時間愈長(表示含氣量損失愈少)，則引氣效率愈高；混凝土在含氣量相同的情況下，內部氣泡的直徑愈小、氣泡的間距系數愈小，則引入氣泡的質量愈高[7-8]。在工程應用中，可以通過室內試驗并參照上述標準來對引氣劑種類進行選擇。

采用下述簡易方法對項目所用引氣劑進行篩選，備選引氣劑種類有：未知引氣劑、皂莢苷類引氣劑、松香熱聚物、烷基苯磺酸鹽類。準備500ml規格的量筒4個，均加上300ml純凈水，依次加入上述4類引氣劑各15g，快速攪拌30s后測定溶液起泡高度，靜置60s后再次測量氣泡高度。通過比較初次起泡高度和靜置60s后的氣泡高度來判別各引氣劑的引氣性能和穩泡性能。通過試驗發現，本項目選擇的4類引氣劑中烷基苯磺酸鹽類引氣劑溶液起泡速度最快，攪拌后氣泡高度最高，但靜置后氣泡消失很快，穩泡效果不佳。而松香熱聚物溶液攪拌后起泡高度略小于烷基苯磺酸鹽類，但氣泡穩定性好，經綜合比較，本項目選擇松香熱聚物引氣劑。

2 合理含氣量的確定

不同種類引氣劑的引氣效率不同，所以用引氣劑摻量來衡量其對混凝土工作性能的影響不太適宜，而混凝土含氣量與混凝土工作性能之間具有直接的關聯關系，所以在工程應用中宜合理規定引氣混凝土含氣量。

2.1 混凝土含氣量試驗方法

引氣混凝土含氣量試驗依據《普通混凝土拌和物性能試驗方法標準》(GB/T 50080-2016)進行，試驗所用混凝土含氣量測定儀如圖1所示。

圖1 混凝土含氣量測定儀

混凝土拌合物含氣量計算：

A=A0-Ag

(1)

式中：A—混凝土拌合含氣量(%)，精確至0.1%；

A0— 混凝土拌合物的未校正含氣量(%)；

Ag— 骨料的含氣量(%)。

2.2 混凝土含氣量與坍落度的關系

采用表1中的配合比，并通過改變引氣劑摻量來調節混凝土含氣量，測試不同含氣量下混凝土坍落度，其試驗結果如圖2所示。

圖2 混凝土含氣量與坍落度關系

從圖2可以看出，混凝土坍落度基本隨著其含氣量的增大呈線性增大關系。對于滑模施工混凝土路面而言，混凝土坍落度過小則施工過程中混凝土流動性差，不能很好地填充滿模板內，振搗密實效果將會受到影響；混凝土坍落度過大，則會影響其立模特性，滑模施工后容易出現塌邊現象。根據工程經驗，宜將混凝土坍落度控制在30mm左右，則對應的混凝土含氣量宜為3.5%～5.0%。

2.3 混凝土含氣量與強度的關系

采用2.2節中同樣的方法，測試不同含氣量下混凝土彎拉強度，其試驗結果如圖3所示。

圖3 混凝土含氣量與彎拉強度關系

由圖3可以看出，在含氣量較低時混凝土彎拉強度隨著含氣量的增大而增大，但當含氣量大于4.8%時，混凝土彎拉強度隨著含氣量的增大呈減小趨勢。這主要是因為當含氣量較小時，混凝土中大量微小氣泡的存在改善了混凝土的工作性能，混凝土均勻性提高，離析和泌水現象減小，所以混凝土彎拉強度得以提高。但是當含氣量繼續增大時，過多的氣泡占據了水泥漿體的位置，這些位置成為混凝土結構內部的薄弱點，其彎拉強度反而減小。

結合上述分析結果，同時考慮混凝土的工作性、立模特性及強度指標，建議滑模施工混凝土含氣量控制在3.5%～4.8%之間。

3 拌和溫度對含氣量的影響控制

由上述分析可得引氣混凝土中氣泡的形成質量是影響引氣混凝土工作性能的關鍵，但研究發現混凝土施工過程中水泥水化反應會阻止引氣混凝土氣泡的產生，甚至會吸收一部分氣泡[4]，而水泥水化反應和混凝土的拌和溫度又有密切聯系，所以本文主要分析研究引氣混凝土滑模施工中拌和溫度對其含氣量的影響。

分別在20℃、40℃、60℃下通過對水泥、細集料、粗集料進行恒溫保存4h，并對拌和用水進行三種溫度下的恒溫加熱來模擬不同拌和溫度，在三種拌和溫度下分別測試混凝土的坍落度和含氣量。考慮實際施工過程中混凝土從拌和站到施工場地的運輸時間，分別選擇在拌和后立即測試和拌和1h后測試，其測試結果如表2所示。

表2 不同拌和溫度下混凝土坍落度、含氣量測試結果

由表2分析可得，混凝土拌和完成后的初始坍落度和含氣量均隨著拌和溫度的升高而減小，并且在拌和1h后混凝土坍落度和含氣量的損失量隨著拌和溫度的升高而增大。尤其是當拌和溫度達到60℃時，初始含氣量都無法達到3.0%以上，1h后含氣量更是小于1.0%。混凝土在滑模攤鋪前坍落度過小則其流變性減小，不利于混凝土快速振搗密實。若通過增大引氣劑摻量來增加混凝土含氣量進而增大其坍落度，則過多的引氣劑用量不僅會帶來經濟性問題，而且會影響滑模攤鋪后混凝土的立模特性。

通過以上分析可知，在實際施工過程中應合理控制引氣混凝土的拌和溫度，本項目在夏季施工時通過采取對集料進行遮陽降溫、使用溫度較低的拌和用水、混凝土運輸過程中采取隔熱降溫措施等來降低混凝土拌和及攤鋪溫度，從而保障引氣混凝土含氣量滿足設計要求。

4 結論

(1)對于引氣劑種類的選擇應在相應試驗的基礎上通過引氣性能、穩泡性能和引氣混凝土中氣泡結構來進行對比選擇。

(2)引氣混凝土含氣量與坍落度基本呈線性相關關系，含氣量在4.8%以下時混凝土彎拉強度隨含氣量的增大而提高，當含氣量繼續增大時其彎拉強度開始呈減小趨勢。

(3)綜合考慮引氣混凝土滑模施工工作性的要求及含氣量對混凝土強度的影響，在施工過程中宜將引氣混凝土含氣量控制在3.5%～4.8%。

(4)過高的拌和溫度將會影響引氣混凝土內氣泡的形成，導致混凝土含氣量無法達到預定值，影響混凝土的工作性。建議在施工過程中采取相應措施對原材料進行降溫處理，將拌和溫度控制在40℃以下，并在混凝土運輸途中采取隔熱降溫措施等來降低混凝土的拌和及攤鋪溫度，從而保障引氣混凝土含氣量滿足設計要求。