透水模板布改善混凝土斜面表观质量的研究与应用

杨洋

摘要：位于北方海洋环境的大连星海湾大桥为三跨地锚式悬索桥，其锚碇上部结构复杂、尺寸大、多斜面。为达到设计高耐久性的要求，除采用海工高性能防腐混凝土外，还在施工中成功应用了透水模板布，消除了斜面上的气泡、麻面等质量通病问题,明显改善了混凝土的表观质量。文章简要介绍了透水模板布工艺试验，并着重阐述了透水模板布的使用工艺、主要功能及质量控制关键，以便今后类似工程参考借鉴。

关键词：海洋环境；锚碇；斜面；高耐久性；海工高性能防腐混凝土；透水模板布；气泡

中图分类号：TU37文献标识码： A

Research and Application

of the Controlled Permeability Formwork Liner for

Improving the Apparent Quality of the Concrete Gradient Surface

Hong Ling-yunYang YangSun Yu-hui

(N0.3 Eng.Co.，Ltd.of CCCC First Harbour Eng.Co.,Ltd., Dalian116001)

Abstract: Dalian Xinghai Bay Bridge is three span ground anchored suspension bridge in the north sea environment, and the anchor had complicated structure, large size, and many inclines. In order to fit the high durability requirements of the designer, the controlled permeability formwork liner had been applied successfully besides using the high performance concrete for sea port engineering. That reduced the air bubble and other concrete apparent quality problems, and improved the apparent of the concrete surface. This article has a brief introduction of the test of controlled permeability formwork liner at first, and then expounds the using method , main function, and the key process of quality control, to provide references for the similar projects in the future.

Key words: sea environment; anchor; inclines ;high durability; high performance concrete for sea port engineering; controlled permeability formwork liner; air bubble

一、工程概况

大连南部滨海大道工程海上桥梁段横跨整个星海湾，全长约10.36公里、设计标准为Ｉ级公路，设计基准期为100年，为大连市“七纵七横”交通网的重要“一横”。其中主桥为双塔三跨地锚式悬索桥，跨度为820m，锚碇基础为重力式沉箱结构，沉箱墩身以上为锚碇上部结构。

锚碇上部结构为沿锚碇中心线对称的近似棱台结构，主要由前锚室、散索鞍支墩、锚块及底板四部分组成，如图1所示。其中，散索鞍支墩内部采用两室箱形结构，锚块及底板为大斜面、大尺寸实心结构，前锚室为封闭的空腔结构并将锚块和散索鞍支墩连接成整体。前锚室、散索鞍支墩、锚块及底板均采用海工高性能防腐混凝土，单个锚碇上部结构混凝土总量约18900m3、永久外露面面积约7400m2。

图1大连南部滨海大道工程锚碇结构图

二、锚碇混凝土施工特点

本工程锚碇上部结构主要采用C40和C45标号的海工高性能防腐混凝土，其施工配合比见表1。由于高性能混凝土内掺加了较多的矿粉和粉煤灰，并在外加剂中加入了引气剂，因此在保证混凝土粘聚性强、抗冻和抗渗性高的同时，也造成了其工作性较差、含气量大，若漏振易产生气泡、蜂窝、麻面，若过振则产生松顶和色差等混凝土外观质量通病。

表1 混凝土施工配合比

标号 水泥 砂 碎石 水 聚羧酸减水剂 引气剂 粉煤灰 硅粉

C40F350W4 300 687 1047 150 3.16 0.62 111 16

C45F350W6 308 682 1041 150 3.24 0.63 113 16

另外,锚碇上部结构的永久外露面多为斜面，其中锚块斜坡面的最小水平夹角为40.32°，锚碇底板最小夹角为26.57°，具体见图2。由于斜面与水平夹角小，混凝土浇筑过程中产生的气泡很难通过振捣方式排出，细微的气泡富集在模板下方而连成较大的气泡或气泡群，形成大片渗透通道和强度薄弱区，严重影响混凝土的表面观感和结构耐久性，给百年工程留下质量隐患,因此亟待解决。

图2 锚碇锚块及底板局部透视图

三、 透水模板布简介

1．使用目的

为了减少或消除锚碇斜坡面的气泡、麻面等质量通病，通过调查研究拟采用一种叫做透水模板布的新型建筑材料，以提高混凝土表观质量。透水模板布又称“渗透可控混凝土衬垫”，是一种安装在模板内侧，以排出混凝土表层多余水分和空气，并截留混凝土表层颗粒的纤维结合体。

2．基本性能

透水模板布成品料通常呈亮白色，一般由透水层和过滤层复合而成，透水层一侧较光滑，过滤层一侧较粗糙，其基本技术指标要求见表2。

表2透水模板布基本性能指标表

序号 项目 单位 性能参数 备注

1 平均孔径 μm 28

2 排水能力 L/m2 ≥3

3 透气量 m3/m2S ≤4

4 保水量 L/m2 ≥0.45

5 断裂伸长 % 10

6 相对密度 0.91

7 耐热点 ℃ 140

8 耐酸性 耐酸性良好

9 耐碱性 耐浓碱

10 耐磨性 优良

3.工作原理

众所周知，浇筑混凝土后，在内部压力、浆体浮力及振捣器等共同作用下，较轻的胶凝颗粒、气泡以及游离的水分子会由混凝土内部向表面迁移。部分气泡在迁移过程中随着外部压强减小而膨胀，至顶面时胀裂而被排出；其余部分气泡则因浆体粘稠度大、上升通道被模板等阻挡，或因内外压强差未超过破裂临界点，而仍保留在混凝土表面浆液中。对于这部分不能顺利排出的气泡，以往通常采取在斜面开振捣孔或者使用附着式高频振捣器，并加强二次振捣的方法，但实施效果均不理想。

透水模板布就是为了解决混凝土气泡难题而开发研制的一种特殊材料。模板布通过表面产生的毛细孔压力，能将混凝土表面的游离水连同难以排出的气泡一起吸附、穿过透水层和过滤层排出；同时，颗粒较大的胶凝材料和骨料则被过滤层截留在混凝土内，使混凝土表面水胶比显著降低，构形成一层富含水化硅酸钙的致密硬化层，增强了表面耐磨性、表密度和硬度，阻隔了外界腐蚀物质渗透入混凝土内的通道，从而提高了混凝土构件的耐久性。

四、透水模板布应用与研究

1．工艺验证和对比试验

为验证正确的使用工艺、直观了解模板布的实际效果，我们首先进行了工艺验证和对比试验。

1.1试件制作

采用木胶板支模,制作了一个高度1m的试件，具体尺寸见图1。其中A面及B面采用透水模板布，其它两面则只涂刷模板油,未使用模板布。

图3 试件外形及尺寸图

1.2外观对比

利用拌和船泵送1m3的C40F350W4混凝土，混凝土坍落度经实测为180mm，扩展度为400mm，含气量为6.1%，浇筑温度25℃；浇筑时分两层浇筑，并由一名振捣手使用60型手持振捣器均匀振捣。浇筑并终凝48小时后拆模，拆模后对各面的外观进行了初步比较。

图4 使用透水模板布的A面和B面外观

图5 涂刷模板油的斜坡面外观

通过对比可以明显地看出，使用了透水模板布的A面和B面均无明显气泡、麻面；使用模板油的斜坡面气泡大且集中、有麻面、观感差，直立面则有少量的气泡和麻面。

1.3强度及抗渗性对比

未做进一步研究，当混凝土龄期达到3d和7d时，分别在试件的四个面进行了回弹强度检测，具体结果见表3。

表3表面平均回弹强度值统计表

龄期 A B 模板油斜面 模板油直面

3d(MPa) 15.6 15.8 13.4 13.8

7d(MPa) 28.8 31 26 26.7

当混凝土龄期达到7d和28d时，又分别在试件的四个面分别进行了钻芯取样：7d龄期时，在A面钻取了1块（A-7-1）、B面1块（B-7-1）、模板油斜面1块（C-7-1）、模板油直面1块（D-7-1）；28d龄期时，在A面钻取了1块（A-28-1）、B面2块（B-28-1、B-28-2）、模板油斜面1块（C-28-1）、模板油直面2块（D-28-1、D-28-2）；对样品进行了混凝土轴心抗压强度和电通量法氯离子扩散系数检测，具体检测结果见表4。

表4 龄期7d芯样试验检测结果统计表

项目 A-7-1 B-7-1 C-7-1 D-7-1

抗压强度（MPa） 40 40.3 39.2 37.7

氯离子扩散系数(10-12m2/s) 23.2 20.4 24.4 23.2

表5 龄期28d芯样试验检测结果统计表

项目 A-28-1 B-28-1 B-28-2 C-28-1 D-28-1 D-28-2

抗压强度（MPa) 42.8 46.4 43.6 41.1 43.0 42.5

氯离子扩散系数(10-12m2/s) 2.23 2.41 3.54 5.21 4.03 4.16

1.4试验结论

使用模板布可以改善混凝土表观质量，特别是能够显著消除混凝土斜面的气泡、麻面等质量通病。同时从检测结果数据上反映出，使用了模板布的混凝土与未使用的相比，其早期表面强度率高、28d实体强度却无明显区别；模板布可以提高混凝土的抗氯离子性能，特别对斜面影响效果明显。

根据试验结果，我们决定在锚碇结构的斜面位置全部采用透水模板布，在标高+2.0m~+7.25m部位的混凝土表面也同样采用模板布。

2．使用工艺

2.1选材

模板布材料质量是影响其功能效果的关键因素，同时也是决定其价格的重要因素，所以选择适应工程需要的模板布至关重要。本工程使用的是由江苏无锡中水土工新材料有限公司生产的5mm厚P/E420型透水模板布，其制作工艺和性能均符合《混凝土工程用透水模板布》（JT/T736-2009)的行业标准，同时其吸水面光滑、面材瑕疵少、品级较高、价格适中。

2.2使用部位

透水模板布的使用部位主要是锚块及底板斜坡面，以及标高+2.0m~+7.25m的锚块、散索鞍支墩的大体积混凝土表面。

2.3制作

模板布粘贴施工前必须先将模板表面打磨除锈，将凸块、锈斑、油污清洁干净，并确保模板干燥，使模板布喷胶能够充分粘结模板与模板布。

模板布的铺设尺寸要预先量好，一般倾斜面要求透水模板布在模板周围多留出5cm左右的长度。在需要拼接的部位要两布重叠后再裁掉多余的部分，同时适当增加拼接处的喷胶量。

使用模板布专用喷胶进行粘贴，喷好胶水的模板面应在15分钟之内粘布。粘布时, 先将透水布沿模板一侧逐渐摊平、铺设在已喷胶的模板面上，光滑面朝着拟浇筑混凝土一侧，然后使用圆压辊由中心用力压实模板布并推向两边，使透水模板布与模板面紧靠粘结牢固。注意推压时，作业人员应倒退操作，每个铺面应滚压2-3遍，确保模板布平整、粘牢、无褶皱。

图6 剪裁粘贴模板布

3．工艺质量控制关键

3.1模板布制作控制关键点

透水模板布的制作、粘贴的质量，是决定模板布使用效果的关键因素之一，所以应该根据现场使用的模板类型、结构特点、周转时间和环境因素制作、粘贴模板布，并主要注意以下几点：

（1）当模板面有预留孔洞时，应待模板布粘贴牢固之后再将模板布开孔，孔洞的周围应预留2-3cm长模板布，以保证气泡排出。

（2）喷胶量要根据部位、环境温湿度不同进行相应调整：当位于模板顶口、边角、倒角或拼接部位，应适量加大喷胶量；当环境温度高、湿度小、挥发量大时，也应加大用胶量。

（3）喷胶的最佳使用温度为15~30℃，当气温低于5℃或高于40℃时，不宜施工。

（4）模板布粘好后需静置一段时间，待彻底粘牢后再进行模板支立，静置时间内严禁触碰或浇筑混凝土。

3.2混凝土浇筑过程中控制关键点

模板布虽然可以明显改善混凝土的外观质量，但不应放松对混凝土拌和、浇筑及振捣过程控制的要求，尤其应注意以下几点：

（1）使用聚羧酸系高效减水剂时，应严格控制砂石料含泥量和粉煤灰掺量，避免低强度的颗粒物在混凝土表面富集形成松散、软弱层；

（2）严格控制下灰高度和泵口方向，尽量避免底部混凝土迸溅到较高位置的模板布上，造成灰浆干凝后形成颜色较浅的斑点；

（3）禁止振捣棒直接接触模板布，振捣棒与模板的最小振捣距离宜在10-15cm之间；

（4）上下两层浇注的间隔时间不宜过长，在上层混凝土振捣时应将振捣棒插入下层混凝土并振捣均匀。

（5）若因故长时间不能进行混凝土浇筑施工，应对粘布面进行覆盖，防止因阳光暴晒或淋雨而出现脱胶现象。

3.3模板布拆除控制关键点

在正常使用情况下，拆除模板时模板布会随模板一起与混凝土面分离，但当混凝土浇筑完成至拆模的间隔时间较长时，模板布有可能因纤维粘连或胶水挥发失效而脱离模板表面，并黏附在混凝土面上。此种情况并不会影响模板布减少气泡的效果，但在拆卸模板布时应注意采用合理方法：

（1）从模板面拆卸模板布

模板拆下后不要立刻拆下透水布，首先应是用平铲和硬刷清理掉粘在透水布表面的灰渣，然后使用壁纸刀紧贴模板喷胶面，削割透水布与模板间的粘连处；削割时，动作应注意不要损坏透水布的内层。

（2）从混凝土面拆卸模板布

拆卸模板布应按照“从弱到强”的方向进行，即从粘连较弱、起胶的部位向粘结较强的部位，逐步拆除；拆除时，应按模板布的剪裁大小逐条、逐块地扯拉，并可使用壁纸刀辅助切割，严禁生拉硬拽或用火烧的方式野蛮拆除。

（3）模板表面清理

在周转过一次、需重新铺设模板布的模板，其表面的残余的胶体、绒毛和灰浆应清理干净后，才可再次喷胶、粘贴模板布。否则，模板布粘贴不牢固，会在浇筑混凝土时脱离模板，造成混凝土夹皮，形成严重的表观质量缺陷。胶水喷后15分钟内必须铺设完透水模板布，防止胶水干硬失效。

4主要功能

4.1 提高混凝土外观质量

透水模板布的主要功能，就是可以明显减少气泡、砂斑、色差等混凝土质量通病，尤其能显著改善高性能混凝土在大倾斜面部位的外观质量，避免二次修补造成的成本浪费，保证了海工防腐混凝土高耐久性的实现。

4.2隔热保湿

由于透水模板布是一种高密度纤维布，热阻高、保水性好，在大体积混凝土升温阶段能有效防止混凝土表面出现干缩、减少细微裂缝的产生；在混凝土温降阶段，则利用其较低的热传导系数，降低混凝土表面和外界环境的热交换率，保证混凝土内外温差控制在规范要求以内，从而限制了温度裂缝的产生。在本工程实施过程中,我们利用模板布和棉被,对锚块及底板大体积混凝土进行隔热保湿养护,取得了较好的效果。

4.3成品保护

在上层混凝土施工时,不可避免地会污染下层的混凝土表面。而黏附在混凝土表面的透水模板布，可以有效地保护已完工部位，阻止水泥浆、铁锈、油漆和焊渣等污染物污染混凝土表面，防止模板、钢筋等硬物直接硬碰撞，从而实现成品保护的功能。

五、 实施效果

通过不断地学习和研究，现在我们已基本掌握了透水模板布在高性能混凝土斜坡面上应用的工艺特点和质量控制关键因素。下一步，我们将继续深入研究其对提高海工防腐混凝土耐久性的效果。

图7 使用了透水模板布的锚碇上部结构外观

六、 结束语

透水模板布可以明显减少混凝土表面的气泡等质量通病问题，特别适用于多斜面的海工高性能防腐混凝土结构。目前，这种材料已应用在我国的桥梁墩柱施工领域，而随着其品质的不断提升、效果的普遍认同、价格的趋于合理，将会更广泛地应用于水运、水利水电、铁路、化工、核电等基建领域，引领新的混凝土表观质量和耐久性革命。

参考文献

[1]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，2008，37(12):23-27.

[2]庄纪文，于伟国，透水模板布在海工混凝土施工中的应用，21世纪建筑材料，2009，1(6):31-33.

[3]中华人民共和国交通运输部，JT/T 736-2009，混凝土工程用透水模板布，2009.01.24