混凝土施工質量涉及結構安全,建設施工各方主體都很重視。但大家更多的是把混凝土強度的控制做為重點,而對其表觀質量重視不夠。現以本人參加的一建設專案為例談一談混凝土表面氣泡產生原因及防治措施。
正在施工的某高層住宅工程混凝土剪力牆表面氣泡較多,我們查閱資料,分析原因,與商品混凝土廠家共同商量,採取了相應的防治措施,使混凝土剪力牆表面氣泡現象得到明顯改善。現就我們對氣泡的認識和防治措施介紹如下。
1. 混凝土牆表面氣泡的危害
在混凝土的成型過程中,由於材料、施工工藝條件等方面的原因,往往會導致混凝土表面產生一些氣泡,特別是商品混凝土更易形成氣泡。少量的氣泡不會對構件或建築物產生大的影響;但太多的氣泡也會帶來一些問題。表面氣泡的存在不但會影響構件美觀,對混凝土的耐久性也產生一定的影響。因此需要對氣泡較多的混凝土表面進行二次處理,要花費工料,增加了施工成本。
2. 工程基本情況
本工程為鋼筋混凝土剪力牆結構,地下1 層,地上25層,採用全鋼大模板,混凝土使用泵送商品混凝土。混凝土等級為C40(16層以下),C35(16層及以上)。在結構施工過程中,一層牆體混凝土出現了較嚴重的表面氣泡現象, 最大氣泡直徑有5mm,深度有2mm,而且數量較多,分佈不均勻。
3. 氣泡產生的原因
根據氣泡產生的部位、分佈特點、施工操作方法、模板及混凝土情況在現場組織了專題會議對氣泡產生原因進行分析、研究。從氣泡的分佈特點上看,氣泡主要產生在牆體上,而梁板上很少,對同一牆面是上部較多下部較少,說明氣泡的產生與構件的高度有關,同時也與振搗時間、澆築厚度等有關。經分析認為產生氣泡的主要原因有:
3.1 混凝土中摻入外加劑的引氣作用會導到混凝土中含氣量增加,如果不能有效排出,會導致混凝土剪力牆表面產生氣泡。
3.2 混凝土中摻合料的多少也會影響氣泡數量的增減,目前西安地區的商品混凝土都摻有粉煤灰,粉煤灰會導致混凝土的粘度增加,影響氣泡的排出,故商品混凝土中摻合料較多也是導致氣泡產生的原因。
3.3 大鋼模使用機油做脫模劑,粘度很大,施工中又塗刷不均,區域性太厚,影響氣泡上升,限制了表面氣泡的排出,而用竹膠板時氣泡相對較少。同時鋼大模板封閉太嚴,表面排氣困難。
3.4 操作工人振搗時間不足(此類混凝土的振搗時間應比普通混凝土長),插振點不均勻,未按操作規程進行。
3.5 一次澆築厚度太大,致使振搗效果不好,氣泡更難於排出,對於剪力牆混凝土的澆築厚度要嚴格控制。而現場澆築剪力牆混凝土時,澆築厚度的控制措施往往不到位,大部分沒有控制措施,僅憑感覺下料。
3.6 商品混凝土運送道路較遠,混凝土坍落度損失較大,到現場時已很粘,影響氣泡的排除。
4. 產生氣泡的機理分析
4.1 混凝土原材料的影響。
這裡主要分析氣泡形成的物理原因。骨料級配不合理會直接導致氣泡產生,根據骨料級配密實原理,在施工過程中,如果砂石料本身級配不合理,或碎石材料中針片狀顆料含量過多,以及在生產過程中實際使用砂率比試驗室提供的砂率小,粗骨料間會形成大的空隙,細粒料不足以填充粗骨料之間的空隙,導致骨料不密實,形成產生氣泡的自由空隙。另外水泥的多少和水灰比的大小,也是導致氣泡產生的重要原因。在試驗室做混凝土試配時, 主要是針對強度考慮水泥用量,在能保證強度的前提下,對於較高等級的混凝土應儘量減少水泥量以降低混凝土的粘度,同時水灰比也要儘量小一些,因為當自由水存在於混凝土中時,水分蒸發後便形成氣泡。
摻合料的多少也會影響氣泡數量的增減,當混凝土中水泥的含量可以保證混凝土的強度時,可用摻合料代替部分水泥,適量的摻合料能改善混凝土的和易性,同時降低造價。形成的膠凝材料能填塞骨料間的空隙,減少氣泡的產生;但加入過量的摻合料會導致混凝土的粘度增加,影響氣泡的排出,故商品混凝土中摻合料較多也是導致氣泡產生的原因。
混凝土外加劑也會導致氣泡產生。目前常用的木質素磺酸鹽、腐植酸鹽、聚羧酸系及氨基磺酸鹽系等減水劑,由於能降低液氣介面張力,都具有一定的引氣作用。這些減水劑摻入混凝土拌合物中,不但能吸附在固液介面上,而且能吸附在液氣介面上,使混凝土拌合物中易於形成許多微小氣泡,這就是所謂“引氣”作用。這些氣泡可以改善混凝土拌合物的和易性,使混凝土在運輸和泵送過程中不泌水,不離析,並保持較穩定的坍落度。引氣劑、減水劑之類的外加劑許多是透過產生一些氣泡來改善混凝土的施工效能,它們為施工帶來便利的同時也會使這些氣泡匯聚到混凝土表面,特別是減水劑對錶面氣泡的產生影響較大,有關試驗結果表明,減水劑ZB-1A 摻量0.7%的混凝土表面氣泡數量是不摻減水劑的混凝土的3.5倍,而且摻量越大影響越明顯。
4.2 施工工藝的影響。
在混凝土的拌制和澆築過程中,容易混進一些空氣。混入混凝土拌合物中的氣泡基本上不能自行排出,只有透過振搗才能將氣泡排除,使混凝土獲得密實。在振搗力的作用下骨料顆粒互相靠攏緊密,膠結料填充骨料間的空隙,將拌合物中的空氣帶著一部分水泥漿擠到上部,並排入大氣。振搗能否密實、氣泡能否排出和許多因素相關,首先是振搗器型別對氣泡產生的影響,要根據不同結構型別的混凝土選用不同的振搗器。淺薄的平板結構,可選用平板振搗器,也可用插入式振搗器。深厚的結構,如基礎、樑柱等要用插入式振搗器。其次是振搗時間與混凝土表面氣泡的數量有直接的關係。一般來講,振搗時間越長,振動力越大,混凝土越密實,但時間太久易使混凝土發生分層、泌水,存在一個最佳振搗時間。振搗的效果還和振搗器有效半徑、分層厚度、振搗頻率和混凝土的稠度有關。插入式振搗器的振搗半徑是45～1875px,一般插入間距取1250px;分層厚度與振搗工具有關,採用插入式振搗器時,分層厚度不應大於振搗棒頭長度的0.8 倍,而且混凝土等級越高、粘滯力越大,厚度相應要減小。提高振動頻率,能有效提高振動範圍,而頻率過大時,振動範圍反而減小,實踐證明,頻率在12000r/min 時,振動有效範圍最大。振搗有效範圍還與混凝土的稠度有關。振搗器插入的速度、方法也會影響氣泡的排出。要快插慢拔,否則振搗棒的位置易形成砂漿窩或空隙,慢拔可使空隙在振搗過程中慢慢聚合填實,也利於氣泡外溢。
4.3 模板的影響。
目前框架及剪力牆結構的混凝土施工主要使用鋼模板或竹膠板。鋼模板採用油性脫模劑, 竹(木)膠板模板表面刷水性劑脫模劑。在鋼模成型的混凝土振搗過程中,由於自由水及氣泡往兩邊及上面走動,使得封閉很嚴的不吸水鋼模與混凝土接觸面含水、氣較多,同時鋼模上的油有一定粘滯力,使得接觸面的水、氣不易跑動,這樣混凝土表面形成氣泡的機率就較大;而竹(木)模板由於用水性脫模劑,粘滯阻力小,情況較好,這也與我們觀察的實際情況相符。由此可見,使用鋼模板對氣泡的排出是不利的。
5. 氣泡的防治措施
透過對上述各種因素的分析,計對本工程採取了以下防治措施。
5.1 與商品混凝土廠家商量,對混凝土配合比進行了調整,調整後的混凝土水泥用量和砂率略有增加,粉煤灰摻量減小,混凝土粘度降低。詳見表1:
5.2 加強混凝土生產質量控制,努力降低實際生產與試驗之間的偏差。生產混凝土的過程中要及時做好材料含水率檢測,隨時調整生產配合比,確保用水量和砂率與試配情況一致。
5.3 嚴格控制混凝土澆築過程中的分層下料厚度,要求剪力牆混凝土下料厚度不超過300mm。施工過程中用10鋼筋刷上黑白相間的分格作為標尺插入模板內控制下料厚度,並給班組配手電筒以便於觀察。
5.3 重視混凝土的振搗,從控制振搗時間、振搗半徑、振搗方法入手,注意總結,優選一套振搗效果最好的操作工藝。由於適當延長了振搗時間,混凝土牆澆到最上層時會產生一層較厚的浮漿,在牆體大鋼模拆除後要及時鑿除浮漿層(約20~30mm厚)。
5.4 大鋼模拆模後,要清理乾淨,模板應保持光潔,脫模劑要塗抹均勻,不宜塗得太多太厚,可以在油中適當摻入滑石粉。不得有堆集流淌現象。
混凝土施工質量涉及結構安全,建設施工各方主體都很重視。但大家更多的是把混凝土強度的控制做為重點,而對其表觀質量重視不夠。現以本人參加的一建設專案為例談一談混凝土表面氣泡產生原因及防治措施。
正在施工的某高層住宅工程混凝土剪力牆表面氣泡較多,我們查閱資料,分析原因,與商品混凝土廠家共同商量,採取了相應的防治措施,使混凝土剪力牆表面氣泡現象得到明顯改善。現就我們對氣泡的認識和防治措施介紹如下。
1. 混凝土牆表面氣泡的危害
在混凝土的成型過程中,由於材料、施工工藝條件等方面的原因,往往會導致混凝土表面產生一些氣泡,特別是商品混凝土更易形成氣泡。少量的氣泡不會對構件或建築物產生大的影響;但太多的氣泡也會帶來一些問題。表面氣泡的存在不但會影響構件美觀,對混凝土的耐久性也產生一定的影響。因此需要對氣泡較多的混凝土表面進行二次處理,要花費工料,增加了施工成本。
2. 工程基本情況
本工程為鋼筋混凝土剪力牆結構,地下1 層,地上25層,採用全鋼大模板,混凝土使用泵送商品混凝土。混凝土等級為C40(16層以下),C35(16層及以上)。在結構施工過程中,一層牆體混凝土出現了較嚴重的表面氣泡現象, 最大氣泡直徑有5mm,深度有2mm,而且數量較多,分佈不均勻。
3. 氣泡產生的原因
根據氣泡產生的部位、分佈特點、施工操作方法、模板及混凝土情況在現場組織了專題會議對氣泡產生原因進行分析、研究。從氣泡的分佈特點上看,氣泡主要產生在牆體上,而梁板上很少,對同一牆面是上部較多下部較少,說明氣泡的產生與構件的高度有關,同時也與振搗時間、澆築厚度等有關。經分析認為產生氣泡的主要原因有:
3.1 混凝土中摻入外加劑的引氣作用會導到混凝土中含氣量增加,如果不能有效排出,會導致混凝土剪力牆表面產生氣泡。
3.2 混凝土中摻合料的多少也會影響氣泡數量的增減,目前西安地區的商品混凝土都摻有粉煤灰,粉煤灰會導致混凝土的粘度增加,影響氣泡的排出,故商品混凝土中摻合料較多也是導致氣泡產生的原因。
3.3 大鋼模使用機油做脫模劑,粘度很大,施工中又塗刷不均,區域性太厚,影響氣泡上升,限制了表面氣泡的排出,而用竹膠板時氣泡相對較少。同時鋼大模板封閉太嚴,表面排氣困難。
3.4 操作工人振搗時間不足(此類混凝土的振搗時間應比普通混凝土長),插振點不均勻,未按操作規程進行。
3.5 一次澆築厚度太大,致使振搗效果不好,氣泡更難於排出,對於剪力牆混凝土的澆築厚度要嚴格控制。而現場澆築剪力牆混凝土時,澆築厚度的控制措施往往不到位,大部分沒有控制措施,僅憑感覺下料。
3.6 商品混凝土運送道路較遠,混凝土坍落度損失較大,到現場時已很粘,影響氣泡的排除。
4. 產生氣泡的機理分析
4.1 混凝土原材料的影響。
這裡主要分析氣泡形成的物理原因。骨料級配不合理會直接導致氣泡產生,根據骨料級配密實原理,在施工過程中,如果砂石料本身級配不合理,或碎石材料中針片狀顆料含量過多,以及在生產過程中實際使用砂率比試驗室提供的砂率小,粗骨料間會形成大的空隙,細粒料不足以填充粗骨料之間的空隙,導致骨料不密實,形成產生氣泡的自由空隙。另外水泥的多少和水灰比的大小,也是導致氣泡產生的重要原因。在試驗室做混凝土試配時, 主要是針對強度考慮水泥用量,在能保證強度的前提下,對於較高等級的混凝土應儘量減少水泥量以降低混凝土的粘度,同時水灰比也要儘量小一些,因為當自由水存在於混凝土中時,水分蒸發後便形成氣泡。
摻合料的多少也會影響氣泡數量的增減,當混凝土中水泥的含量可以保證混凝土的強度時,可用摻合料代替部分水泥,適量的摻合料能改善混凝土的和易性,同時降低造價。形成的膠凝材料能填塞骨料間的空隙,減少氣泡的產生;但加入過量的摻合料會導致混凝土的粘度增加,影響氣泡的排出,故商品混凝土中摻合料較多也是導致氣泡產生的原因。
混凝土外加劑也會導致氣泡產生。目前常用的木質素磺酸鹽、腐植酸鹽、聚羧酸系及氨基磺酸鹽系等減水劑,由於能降低液氣介面張力,都具有一定的引氣作用。這些減水劑摻入混凝土拌合物中,不但能吸附在固液介面上,而且能吸附在液氣介面上,使混凝土拌合物中易於形成許多微小氣泡,這就是所謂“引氣”作用。這些氣泡可以改善混凝土拌合物的和易性,使混凝土在運輸和泵送過程中不泌水,不離析,並保持較穩定的坍落度。引氣劑、減水劑之類的外加劑許多是透過產生一些氣泡來改善混凝土的施工效能,它們為施工帶來便利的同時也會使這些氣泡匯聚到混凝土表面,特別是減水劑對錶面氣泡的產生影響較大,有關試驗結果表明,減水劑ZB-1A 摻量0.7%的混凝土表面氣泡數量是不摻減水劑的混凝土的3.5倍,而且摻量越大影響越明顯。
4.2 施工工藝的影響。
在混凝土的拌制和澆築過程中,容易混進一些空氣。混入混凝土拌合物中的氣泡基本上不能自行排出,只有透過振搗才能將氣泡排除,使混凝土獲得密實。在振搗力的作用下骨料顆粒互相靠攏緊密,膠結料填充骨料間的空隙,將拌合物中的空氣帶著一部分水泥漿擠到上部,並排入大氣。振搗能否密實、氣泡能否排出和許多因素相關,首先是振搗器型別對氣泡產生的影響,要根據不同結構型別的混凝土選用不同的振搗器。淺薄的平板結構,可選用平板振搗器,也可用插入式振搗器。深厚的結構,如基礎、樑柱等要用插入式振搗器。其次是振搗時間與混凝土表面氣泡的數量有直接的關係。一般來講,振搗時間越長,振動力越大,混凝土越密實,但時間太久易使混凝土發生分層、泌水,存在一個最佳振搗時間。振搗的效果還和振搗器有效半徑、分層厚度、振搗頻率和混凝土的稠度有關。插入式振搗器的振搗半徑是45～1875px,一般插入間距取1250px;分層厚度與振搗工具有關,採用插入式振搗器時,分層厚度不應大於振搗棒頭長度的0.8 倍,而且混凝土等級越高、粘滯力越大,厚度相應要減小。提高振動頻率,能有效提高振動範圍,而頻率過大時,振動範圍反而減小,實踐證明,頻率在12000r/min 時,振動有效範圍最大。振搗有效範圍還與混凝土的稠度有關。振搗器插入的速度、方法也會影響氣泡的排出。要快插慢拔,否則振搗棒的位置易形成砂漿窩或空隙,慢拔可使空隙在振搗過程中慢慢聚合填實,也利於氣泡外溢。
4.3 模板的影響。
目前框架及剪力牆結構的混凝土施工主要使用鋼模板或竹膠板。鋼模板採用油性脫模劑, 竹(木)膠板模板表面刷水性劑脫模劑。在鋼模成型的混凝土振搗過程中,由於自由水及氣泡往兩邊及上面走動,使得封閉很嚴的不吸水鋼模與混凝土接觸面含水、氣較多,同時鋼模上的油有一定粘滯力,使得接觸面的水、氣不易跑動,這樣混凝土表面形成氣泡的機率就較大;而竹(木)模板由於用水性脫模劑,粘滯阻力小,情況較好,這也與我們觀察的實際情況相符。由此可見,使用鋼模板對氣泡的排出是不利的。
5. 氣泡的防治措施
透過對上述各種因素的分析,計對本工程採取了以下防治措施。
5.1 與商品混凝土廠家商量,對混凝土配合比進行了調整,調整後的混凝土水泥用量和砂率略有增加,粉煤灰摻量減小,混凝土粘度降低。詳見表1:
5.2 加強混凝土生產質量控制,努力降低實際生產與試驗之間的偏差。生產混凝土的過程中要及時做好材料含水率檢測,隨時調整生產配合比,確保用水量和砂率與試配情況一致。
5.3 嚴格控制混凝土澆築過程中的分層下料厚度,要求剪力牆混凝土下料厚度不超過300mm。施工過程中用10鋼筋刷上黑白相間的分格作為標尺插入模板內控制下料厚度,並給班組配手電筒以便於觀察。
5.3 重視混凝土的振搗,從控制振搗時間、振搗半徑、振搗方法入手,注意總結,優選一套振搗效果最好的操作工藝。由於適當延長了振搗時間,混凝土牆澆到最上層時會產生一層較厚的浮漿,在牆體大鋼模拆除後要及時鑿除浮漿層(約20~30mm厚)。
5.4 大鋼模拆模後,要清理乾淨,模板應保持光潔,脫模劑要塗抹均勻,不宜塗得太多太厚,可以在油中適當摻入滑石粉。不得有堆集流淌現象。