公路预应力混凝土空心板表面气泡成因及对策

裘智辉

(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081)

由于工厂化生产在质量控制、进度保障和文明施工等方面较现浇混凝土具有明显的优越性，场地预制已成为我国在建高速公路梁板生产的主要形式。预应力混凝土空心板具有自重轻、建筑高度小、施工工艺简便、吊装运输安全、易工厂化生产等特点，在我国新建、改扩建高速公路桥梁建设中得到了广泛应用。然而，由于预应力混凝土空心板的腹板厚度小，且腹板下部多设计为“马蹄”结构，造成了振捣时混凝土中气泡不易排出，拆模后腹板尤其是“马蹄”斜坡面表面气泡较多且集中，影响混凝土外观质量。随着混凝土新技术、新工艺的发展，人们对桥梁结构混凝土外观质量的要求越来越高，公路工程质量检验评定标准中也将外观质量作为质量评定的一项重要指标［1］。过多气泡的存在和集中不仅影响混凝土的外观，而且一定程度上降低混凝土表面的密实度，加速混凝土表面碳化的进程，从而降低混凝土结构的耐久性［2］。因此，对预应力混凝土空心板气泡的成因进行分析并确定减少气泡产生的应对措施，具有重要的现实意义。

1 成因分析

在混凝土的搅拌均化过程中，大量的空气以大小不一的气泡形式被包裹在混凝土内部。对混凝土进行振捣，就是排出这些空气以达到密实混凝土的目的。因此，混凝土表面气泡的形成原因应从结构构造、振捣工艺和混凝土质量稳定等因素进行分析。

1.1 结构构造的影响

根据结构的不同特点，空心板分为中板和边板两种形式，跨中断面图如图1及图2所示。从图中可以看出，中板和边板下腹板部位均设计为“马蹄”形，混凝土振捣时气泡上浮至“马蹄”斜坡面时受到模板阻隔，气泡不能被顺利排出而发生积聚。同时，由于腹板内预设有数量较多的预应力管道，对混凝土的有效振捣增加了难度，进一步加剧了“马蹄”斜坡面气泡的堆积。

1.2 施工工艺的影响

由于空心板建筑高度低，混凝土用量少，部分施工单位未严格执行分层分段浇筑工艺，工艺控制比较随意。多数施工单位在底板混凝土浇筑完成后，将腹板和顶板混凝土一次浇筑成型，个别施工单位甚至将底板、腹板和顶板混凝土一次浇筑成型。随意性较大的浇筑工艺，一方面导致混凝土分层浇筑厚度过大，振捣时混凝土气泡溢出行程较长，排出困难;另一方面，使得充分振捣发生困难，无法避免出现漏振现象。脱模剂的类型也是造成混凝土产生气泡，尤其是针眼式小气泡的一个因素。油性脱模剂粘度大，对气泡具有极大的吸附性，气泡一旦与之接触便被吸附在模板上并成型于混凝土表面;水性脱模剂粘度小，对气泡的吸附较弱，不会因吸附气泡造成气泡在机械振捣作用下不易排出［3］。

图1 边板跨中断面图

图2 中板跨中断面图

1.3 混凝土质量的影响

混凝土质量不稳定也是混凝土表面产生气泡的另一原因［4］。混凝土质量不稳定包括混凝土坍落度和含气量的过大波动、混凝土离析导致的浆骨分离等。造成混凝土质量不稳定的主要因素有:原材料质量不稳定，未严格按配合比混凝土，现场浇筑及振捣工艺随意变更等。

2 应对措施

根据空心板混凝土表面气泡的成因分析，从设计、施工和混凝土材料三个方面确定降低空心板混凝土表面气泡的基本措施。技术思路是:

1)减小“马蹄”变截面的角度或者设置排气孔;2)采用表面光滑的模板并涂刷水性脱模剂;3)采用水平分层的布料工艺。根据空心板的结构特点分层布料，避免混凝土封闭“马蹄”面并选用合适的振捣器;4)提高混凝土材料的均匀性。按照颗粒紧密嵌挤的原则进行混凝土配合比的设计，重视混凝土生产过程的质量控制，严格控制混凝土的入模坍落度。空心板“马蹄”形的结构形式是造成混凝土浇筑成型时阻碍气泡上浮溢出的主要原因。因此，施工和混凝土材料方面的技术措施不能完全有效地解决“马蹄”斜坡面混凝土气泡较多的问题，应进一步寻求其他技术途径。

透水模板布在解决混凝土表面气泡问题上的应用逐渐兴起［5，6］，其作用机理是:浇筑混凝土后，在混凝土内部压力、振捣棒机械振捣和透水模板布的毛细作用共同作用下，混凝土中的气泡以及表面部分游离的水分由混凝土内部向表面迁移，并通过透水模板布中间层排出，可以有效减少混凝土表面的气泡，同时增强混凝土表面的密实程度。作用机理如图3所示。使用时将透水模板布通过强力胶粘贴于钢模板表面从而使模板具有透水和透气的功能，拆模时透水模板布随模板一起脱离混凝土结构。

3 工程实例

某高速公路改扩建工程二标梁场场地预制的中板混凝土表面气泡较多，尤其是“马蹄”斜坡面气泡较集中，见图4。在该梁场开展透水模板布的对比应用试验。

图3 透水模板布作用机理

图4“马蹄”斜坡面气泡积聚

3.1 试验方案

采用比对试验的方式，在一侧腹板模板内衬透水模板布，另一侧按照传统的方法涂刷脱模剂，比较透水模板布的效果;板高80 cm，采取分两层的布料方式，第一层布料高度控制在“马蹄”面以下，第二层布到顶板;严格控制混凝土的入模坍落度在180 mm以内。

3.2 混凝土配合比的验证

应用试验前，在试验室对混凝土配合比进行了验证试验，混凝土配合比见表1。

表1 混凝土配合比

经验证，拌合物和易性较理想、含气量适宜，见图5。

3.3 应用试验

混凝土到达现场后，抽查坍落度为180 mm，含气量为2.8%，符合设计要求。按照设定的试验方案开始浇筑混凝土。

图5 拌合物状态和含气量试验示意图

3.4 效果及结论

内衬透水模板布和涂刷脱模剂的混凝土外观质量如图6，图7所示。

图6 内衬透水模板布的混凝土外观质量示意图

图7 涂刷脱模剂的混凝土外观质量示意图

从图6，图7可以看出，拆模后两侧混凝土的外观有显著的差别，内衬透水模板布的一侧混凝土表面光滑，没有气泡;涂刷脱模剂的一侧混凝土表面存在大小不一的气泡。应用试验结果表明，透水模板布在消除中板混凝土表面的气泡有显著效果。

4 结语

空心板混凝土表面气泡是预制空心板外观质量常见的问题，空心板的结构特点、混凝土浇筑工艺不严格，以及混凝土质量不稳定是表面气泡产生的主要原因。应用试验表明，采用透水模板布衬里技术，并严格控制混凝土的浇筑工艺和质量稳定，可大幅度的降低空心板混凝土表面气泡产生的几率，有效提高混凝土的表观质量，值得推广应用。

［1］JTG F80/1-2004，公路工程质量检验评定标准［S］.

［2］冯乃谦，刑 锋.混凝土与混凝土结构的耐久性［M］.北京:机械工业出版社，2009:106-107.

［3］张 童，胡 杨.泵送混凝土墙体表面气泡产生的原因及预防措施［J］.建筑技术，2010(1):45-46.

［4］陈建奎.混凝土外加剂原理与应用［M］.北京:中国计划出版社，2004:612-613.

［5］田正宏，百凯国，朱 静.透水模板布改善混凝土表层质量试验研究［J］.东南大学学报(自然科学版)，2008(1):146-150.

［6］秦明强，雷宇芳，汪发红.透水模板布对海工混凝土性能影响研究［J］.施工技术，2008(12):23-27.