影響混凝土外觀質量的因素及改善措施

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

前言

隨著我國混凝土新工藝新技術不斷發展，在追求混凝土優越的工作性能、力學性能和耐久性能的基礎上，人們對于混凝土的外觀質量也提出了越來越高的要求，特別是一些大型重點工程。在施工過程中，受原材料、生產攪拌、運輸、澆注、養護等各種因素影響，往往易出現氣泡、麻面、蜂窩、水紋、裂縫等外觀質量缺陷，這些缺陷不僅會影響美觀，嚴重的會直接影響結構物的耐久性。因此，如何有效控制混凝土外觀質量成為行業關注的問題[1，2]。

本文通過圖像處理軟件對反應混凝土表觀質量的圖像進行處理分析，從引氣劑、水灰比、成型模板和脫模劑[3-6]等方面探討了影響混凝土表觀質量的影響因素，分析了影響原因，并在此基礎上提出了相應的改善措施。

1 試驗及研究

1.1 試驗材料

(1)水泥：四川嘉華錦屏特種水泥有限責任公司生產的“隆冠”P·O42.5水泥；

(2)粉煤灰：貴州黔桂發電有限責任公司生產的“凌云”F類Ⅱ級級粉煤灰；

(3)細骨料：上鋪子砂石料場生產的人工砂，砂子細度模數為F.M=2.70；

(4)粗骨料：上鋪子砂石料場生產人工碎石，級配為5mm～20mm和20mm～40mm；

(5)減水劑：石家莊市長安育才建材有限公司GK-3000緩凝型高性能減水劑；

(6)引氣劑：石家莊市長安育才建材有限公司GK-9A引氣劑；

(7)其它材料：GK-M構件表面優化劑(石家莊市長安育才建材有限公司)；油性脫模劑；水性脫模劑；試模(塑料試模和鋼模)。

1.2 混凝土試驗

按照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》和GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行混凝土成型試驗，拆模后，采用高清相機采集混凝土表觀狀態。混凝土配合比見表1。

表1 混凝土配合比

1.3 圖像處理

用高清相機拍照且保存為RAW格式，通過軟件Image-J進行圖像處理。先將照片像素改為8bit，并設置標尺。再對圖片進行色差對比，用軟件中Threshold將表面氣泡都標注出來。最后利用軟件自帶Particle Analyze對標注氣泡進行計算，得到氣泡面積占單位面積的面積百分比，以及氣泡直徑和分布情況[7]。

2 試驗結果及討論

2.1 引氣劑對混凝土表觀質量的影響

在保證混凝土工作性能，滿足施工要求的前提下，采用兩種減水劑進行對比試驗，其中一種含有引氣組分(引氣劑)，另一種不含引氣劑。所得結果如圖1和表2所示。

(上圖為摻有引氣劑，下圖為未摻引氣劑)

表2 引氣劑產生的表面氣泡統計

由圖1可知，在摻入含有引氣劑的減水劑后，硬化混凝土表面氣泡明顯增多，氣孔特別是小氣泡的數量明顯增多；通過圖像處理分析，得到的數據如表2所示，可以看出未摻引氣劑的硬化混凝土表面氣泡直徑和氣泡面積明顯要小很多，因此，在保證新拌混凝土和易性和施工性能的前提下，應盡量控制引氣劑的用量，進而控制混凝土含氣量，減少硬化混凝土表觀氣泡的產生。

2.2 水灰比的影響

混凝土配合比與混凝土表觀質量有著非常緊密的聯系，特別是水灰比和礦物摻合料的種類和用量，在其他條件不變的情況下，通過改變水灰比，進行混凝土試驗，結果如圖2和表3所示。

(上圖：水灰比0.35，下圖：水灰比0.33)

表3 不同水灰比的混凝土表面氣泡統計

注：未統計周圍拆模痕跡，避免其對試驗結果的影響

從圖2和表3可以看出，隨著水灰比的增加，硬化混凝土表面的氣泡也隨之增多，氣泡的平均直徑和氣泡面積都有一定的增加。主要原因可能是水灰比增大，用水量較多，導致混凝土攪拌的過程中，水泥水化消耗大部分水后，剩下自由水較多，形成很多水坑，增加了硬化后混凝土表面氣泡的產生機率。

2.3 混凝土模板對混凝土表觀質量的影響

在相同試驗條件下，分別采用塑料試模、鋼模進行混凝土成型，觀察不同模板拆模后的硬化混凝土外觀質量缺陷情況，結果如圖3所示。結果表明：相比表面較粗糙、使用次數較多的鋼模，采用表面非常光滑且使用次數少的塑料試模成型的混凝土表面缺陷更少，光潔度更好。工程中多采用鋼模，由于使用頻率較高，保護不當，導致鋼模表面容易生銹及不光滑，混凝土表面與模板接觸不好，因此，在使用前應對模板表面進行處理，盡量使得模板光潔平整。

2.4 脫模劑對混凝土表觀質量的影響

在混凝土配合比和其他試驗條件相同的基礎上，分別在模板上使用油性脫模劑、水性脫模劑以及構件表面優化劑進行對比試驗，觀察硬化混凝土外觀質量缺陷情況，結果如圖4所示。

(左圖為鋼模，右圖為塑料試模)

(左圖為油性脫模劑，中圖為水性脫模劑，右圖為構件表面優化劑)

從圖4可以看出，使用油性脫模劑的混凝土表面氣孔最多，表面光潔度較差，色澤比較暗淡；使用水性脫模劑的混凝土表面孔洞相對較少，光潔度較好；構件表面優化劑對混凝土表面質量缺陷的改善效果最好。傳統油性脫模劑，其作用機理主要是潤滑和隔離作用，油類容易附著在混凝土表面，使混凝土表面被污染弄臟，造成表面色差現象，更嚴重的是，過多的油分還能與水泥中的堿發生皂化反應，導致混凝土表面粉化，進而降低混凝土的耐久性；同時，油性脫模劑由于其粘度較大，增大氣泡液相表面張力，氣泡難以破裂排出，造成表面氣孔較多。而水溶性脫模劑，其成分主要為水溶性高分子成膜物質，噴涂在模板表面，幾十分鐘即形成透明薄膜，可以降低氣泡液相的表面張力，促進氣泡排出，進而減少表面氣泡的產生[3，4，6]。

3 結論

(1)混凝土在成型過程中，引氣、水灰比、脫模劑、模板是影響其外觀質量的主要因素。通過對收集的表面缺陷照片進行圖像處理，使用含有引氣組分(引氣劑)的減水劑，提高水灰比，都會不同程度增大混凝土表面的氣泡直徑和面積，因此，應在滿足施工要求的情況下，控制引氣劑的用量和拌合用水量。

(2)施工時所用的模板以及脫模劑對混凝土表觀質量缺陷影響也較為明顯，為了保證混凝土外觀質量，應使用表面光滑平整的混凝土模板，選擇適宜的水性脫模劑或者構件表面優化劑。