混凝土氣泡原因分析及解決措施技術(shù)研究

楊 朋,薛 飛,周玉峰

（1.貴州路橋集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550001; 2.貴州科筑創(chuàng)品建筑技術(shù)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550001）

0 引言

混凝土是由多種材料攪拌混合而成，混凝土中的大碎石、中碎石、小碎石起骨架作用，碎石之間的空隙由砂填充，砂和碎石之間空隙由漿體填充[1]。漿體數(shù)量除了填充粗細(xì)集料空隙外，還應(yīng)有富余的漿體改善混凝土的可泵送性能。部分試驗(yàn)檢測(cè)人員在施工配合比調(diào)整中存在漿體偏少現(xiàn)象，漿體體積不足導(dǎo)致產(chǎn)生有害氣泡。氣泡直徑100 nm 以上時(shí)對(duì)混凝土有害，氣泡直徑100～50 nm時(shí)危害程度一般，直徑50～20 nm 的氣泡對(duì)提升混凝土的工作性能有益。合理控制混凝土的含氣量，對(duì)改善混凝土的工作性能有益。直徑在50 nm 以下的小氣泡對(duì)混凝土的強(qiáng)度沒(méi)有影響，而且能提高混凝土的工作性能。當(dāng)混凝土含氣量超過(guò)4%對(duì)實(shí)體工程質(zhì)量有害。第一，混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度隨著混凝土密度降低而降低。第二，混凝土容易碳化，影響其耐久性能指標(biāo)[2]。第三，氣泡多了還會(huì)影響工程的外觀。

1 機(jī)制砂水泥混凝土氣泡來(lái)源及解決方法

1.1 材料原因及解決方法

1.1.1 水泥品種的影響及解決方法

水泥生產(chǎn)廠家為了降低能耗，添加助磨劑生產(chǎn)，助磨劑會(huì)將氣泡帶入水泥混凝土中，且水泥的細(xì)度和堿含量也會(huì)導(dǎo)致混凝土含氣量增加。標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量過(guò)高的水泥，將導(dǎo)致混凝土過(guò)于黏稠，混凝土中的氣泡也不容易排出，導(dǎo)致混凝土外觀氣泡較多，此時(shí)若采取技術(shù)措施降低混凝土的黏度，又會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度。必須選擇含堿量符合規(guī)范要求、生產(chǎn)過(guò)程不摻或少摻助磨劑、與外加劑適應(yīng)性良好、規(guī)模較大、質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定且試配中氣泡較少的水泥，盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量相對(duì)低的水泥。針對(duì)不同細(xì)度的水泥對(duì)混凝土外觀氣泡的影響，采用不同細(xì)度水泥開(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 水泥細(xì)度與混凝土氣泡的關(guān)系

1.1.2 集料的影響及解決方法

根據(jù)最大堆積密度原理，由于骨料級(jí)配不良，針片狀顆粒含量較多，粗細(xì)集料比例不合理，存在空隙容易產(chǎn)生氣泡，且大多為大氣泡。嚴(yán)格控制細(xì)集料的細(xì)度模數(shù)、含泥量及亞甲藍(lán)值，級(jí)配搭配一定要合理。

嚴(yán)格控制粗集料的摻配比例，粗集料摻配比例試驗(yàn)取樣必須有代表性，試驗(yàn)操作必須規(guī)范，否則會(huì)得到不合理的摻配比例，誤導(dǎo)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的判斷[3]。集料品質(zhì)不好會(huì)導(dǎo)致混凝土性能不佳，從而導(dǎo)致混凝土氣泡偏多。集料級(jí)配與氣泡的關(guān)系見(jiàn)表2，集料含泥量與氣泡的關(guān)系見(jiàn)表3。

表2 集料級(jí)配與氣泡的關(guān)系

表3 集料含泥量與氣泡的關(guān)系

1.1.3 減水劑的影響及解決方法

減水劑生產(chǎn)廠家在成品復(fù)配生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)添加引氣劑改善混凝土的工作性能，不同類(lèi)型的引氣劑和引氣劑的用量導(dǎo)致氣泡數(shù)量和大小都不同。有的減水劑生產(chǎn)廠家的減水母液本身就具有一定的引氣功能，引入的氣泡有的穩(wěn)定，有的不穩(wěn)定，如果引入的是大的氣泡會(huì)影響混凝土性能。有的工作人員只檢測(cè)混凝土含氣量，不檢測(cè)氣泡的大小和穩(wěn)定性。含氣量指標(biāo)可能符合設(shè)計(jì)要求，但如果是大氣泡就是有害的，大氣泡除影響混凝土的抗壓強(qiáng)度外，還影響混凝土的耐久性能。減水劑中應(yīng)添加引入小氣泡，而且氣泡穩(wěn)定的引氣劑，消泡劑與引氣劑合理搭配消除有害氣泡的影響[4]。一定要選用引氣氣泡小、分布均勻穩(wěn)定的引氣型減水劑。盡量少用含松香類(lèi)型的引氣劑，這類(lèi)引氣劑摻入后產(chǎn)生的氣泡較大。減水劑中加入不同數(shù)量的引氣劑，控制混凝土的不同含氣量，對(duì)比含氣量與混凝土氣泡的關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果如表4。

表4 混凝土含氣量與氣泡的關(guān)系

1.1.4 外摻料的影響及解決方法

混凝土中使用不同的摻合料代替部分水泥，當(dāng)水泥與摻和料之間處于合理的級(jí)配時(shí)形成的膠合料能填塞骨料間的空隙，混凝土的流動(dòng)性、包裹性能將得到極大的改善，有害氣泡減少。混凝土摻合料粉煤灰中存在有害雜質(zhì)，尤其是粉煤灰在生產(chǎn)過(guò)程中脫硫、脫硝工藝中產(chǎn)生大量的氨氣，混凝土振搗不到位導(dǎo)致氨氣不能完全排除，產(chǎn)生大量氣泡。較大的有害氣泡在破裂時(shí)能聽(tīng)見(jiàn)破裂的聲音，這種現(xiàn)象在摻和料質(zhì)量較差而且使用量較大時(shí)比較明顯。采用不同的粉煤灰對(duì)比粉煤灰質(zhì)量與混凝土氣泡的關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果如表5。

表5 粉煤灰種類(lèi)與混凝土氣泡的關(guān)系

1.1.5 配合比設(shè)計(jì)不合理及解決方法

混凝土的漿骨體積比太小時(shí)，導(dǎo)致混凝土氣泡偏多。而膠凝材料太少除了膠材用量少的原因外，還有可能是因?yàn)榕浜媳仍O(shè)計(jì)砂率小、機(jī)制砂中0.075 mm 以下含量太低導(dǎo)致混凝土的漿體體積不夠填充碎石和砂之間的空隙。此時(shí)往往體現(xiàn)出混凝土的坍落度不大，坍落度放大就會(huì)導(dǎo)致混凝土的包裹性能不好。混凝土配合比的水膠比太低導(dǎo)致混凝土黏稠，表面張力較大，也導(dǎo)致混凝土的氣泡不易排除。此時(shí)混凝土氣泡往往體現(xiàn)為不規(guī)則的大氣泡。混凝土太黏稠往往體現(xiàn)在高標(biāo)號(hào)混凝土中。此時(shí)為了保證混凝土的強(qiáng)度往往通過(guò)添加硅灰等摻和料降低混凝土的黏性，但會(huì)導(dǎo)致混凝土的材料成本升高。混凝土黏性與氣泡的關(guān)系見(jiàn)表6。

表6 混凝土黏性與混凝土氣泡的關(guān)系

1.2 施工工藝原因及解決方法

1.2.1 振搗原因及解決方法

混凝土中的氣泡只能相對(duì)減少，不能完全排出。為了有效控制混凝土的外觀氣泡病害，需要采取有效的措施排出混凝土中的氣泡。

在混凝土施工過(guò)程中包括攪拌、運(yùn)輸過(guò)程都不可避免混進(jìn)一些氣體。其不能自行逸出，只能通過(guò)施工過(guò)程中加強(qiáng)振搗排出氣泡。施工過(guò)程的振搗在振動(dòng)棒的作用下氣體排出。振搗時(shí)間越長(zhǎng)，氣泡越容易排出。但是如果過(guò)振，將導(dǎo)致大碎石下沉，漿體上浮，實(shí)體工程表面浮漿厚，影響實(shí)體工程質(zhì)量。振搗時(shí)間不足，氣泡不能完全排出，混凝土不夠密實(shí)，抗壓強(qiáng)度變低。對(duì)于坍落度較大的混凝土，應(yīng)該減小振動(dòng)功率并縮短振搗時(shí)間，對(duì)于坍落度相對(duì)小的混凝土，則應(yīng)提高振搗功率并合理延長(zhǎng)振搗時(shí)間，縮小振搗半徑。當(dāng)混凝土表面不再有氣泡冒出，粗集料不再有明顯下沉?xí)r即可停止振搗。

不同施工工藝和不同結(jié)構(gòu)部位的混凝土要選用不同的振搗器。薄層混凝土宜選擇平板振搗器。體積較大的結(jié)構(gòu)物宜選用插入式振搗器。幾何尺寸較小的結(jié)構(gòu)物可配以附著式振搗器。振搗時(shí)間、振搗半徑、振搗器的功率應(yīng)合理搭配[5]。不同振搗時(shí)間與混凝土氣泡的關(guān)系如表7。

表7 振搗時(shí)間與混凝土氣泡的關(guān)系

1.2.2 模板原因及解決方法

經(jīng)實(shí)踐證明，模板打磨越好，混凝土中的氣泡越容易排出。模板光潔度越差，氣泡越不容易排出。不同模板澆筑的T 梁氣泡數(shù)量見(jiàn)表8。

表8 模板光潔度與氣泡的關(guān)系

1.2.3 脫模劑選用不當(dāng)及解決方法

目前工程施工習(xí)慣使用機(jī)油加柴油或液壓油作為脫模劑，這種產(chǎn)品黏性高，表面張力大，氣泡難以排出，尤其在冬季使用時(shí)，更不利于氣泡排出。使用食用油或水性脫模劑能大大減少混凝土的氣泡。其原理是黏性低的脫模劑能有效降低與模板接觸處混凝土的表面張力，氣泡易于排出。采用不同黏度的脫模劑對(duì)比混凝土的氣泡，試驗(yàn)結(jié)果如表9。

表9 脫模劑種類(lèi)與混凝土氣泡的關(guān)系

液壓油、機(jī)油+柴油、脫模劑1、脫模劑2 的黏度依次由高至低。脫模劑黏度越低，表面張力越小，氣泡越容易排出。

2 討論

從混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工配合比調(diào)整的角度，最主要的技術(shù)路線是采取各種措施降低混凝土的表面張力。混凝土的表面張力越小，氣泡越容易排出。在材料一定的前提條件下，混凝土強(qiáng)度越高，水膠比越低，混凝土越黏稠，相應(yīng)的表面張力越大，氣泡越不容易排出，這是高強(qiáng)混凝土氣泡相對(duì)更多的原因。

從施工的角度解決氣泡問(wèn)題應(yīng)將模板認(rèn)真打磨光滑，振搗時(shí)間控制到混凝土中沒(méi)有氣泡溢出為止。施工中使用低黏性的脫模劑降低混凝土的表面張力。不能將脫模劑直接加入混凝土中，原因是直接加入混凝土中雖然降低了表面張力，同時(shí)也降低了混凝土的強(qiáng)度。

3 結(jié)論

綜合上述，得出以下可減少混凝土的氣泡的相關(guān)措施：

（1）合理選用水泥的細(xì)度，降低混凝土的表面張力。

（2）選擇集料適合的級(jí)配。

（3）合理控制混凝土的含氣量。

（4）選擇優(yōu)質(zhì)摻和料。

（5）配合比設(shè)計(jì)中合理選擇砂率、合理控制水膠比，設(shè)計(jì)工作性能良好的配合比。

（6）合理控制振搗時(shí)間、控制振搗半徑。

（7）選擇優(yōu)質(zhì)光滑模板，選擇低黏度的脫模劑，有效降低混凝土的表面張力。