装配式混凝土构件表面气泡影响因素的研究分析Study and Analysison Bubbles Influential Factorson Prefabricated Concrete ComponentSurface

董恒瑞，李　城，石从黎，林宗浩（重庆建工新型建材有限公司，重庆4022；2重庆市建筑材料与制品工程技术研究中心，重庆4022）

装配式混凝土构件表面气泡影响因素的研究分析
Study and Analysison Bubbles Influential Factorson Prefabricated Concrete ComponentSurface

董恒瑞1，2，李城1，2，石从黎1，林宗浩1
（1重庆建工新型建材有限公司，重庆401122；2重庆市建筑材料与制品工程技术研究中心，重庆401122）

随着装配式建筑的大力推广，“高强、耐久、经济、美观”的装配式混凝土构件必将广泛应用于房建及市政工程中。该文针对某车间生产的装配式混凝土构件表面出现的不同程度的气泡问题进行了总结分析和中试试验验证，指出了装配式混凝土构件表面气泡问题产生的原因、技术角度和生产环节改善的关键。

装配式混凝土构件；表面气泡；工作性；成型制度；脱模剂

0　引言

政府工作报告提出“要积极推广绿色建筑和建材，大力发展装配式建筑，提高建筑技术水平和工程质量”的重要目标。装配式混凝土构件的生产是发展装配式建筑的关键环节。

车间生产装配式构件过程中部分构件表面存在大量尺寸不等的表面气泡：（1）从构件类别：预制楼梯板和梁出现表面气泡的概率和数量较多，部分气泡直径达到10mm以上并能看到裸露的粗骨料，装配墙板表面出现气泡较少；（2）从气泡分布：楼梯板多出现在垂直浇筑方向偏上部、踏板和踢板处以及两端梯段休息平台处，梁多出现在两端钢筋加密处及预埋线管密集处，部分出现在中上部，隔墙板主要集中在两端及榫口处。这些气泡不仅严重影响构件的美观，还会降低混凝土的耐久性，为此，研究和解决构件表面气泡问题，具有现实指导意义。

1　试验研究对象及分析

混凝土构件生产过程中表面气泡的产生主要分两个阶段：第一阶段是新拌混凝土内部的引气气泡和包裹的空气气泡经动力压实作用汇聚成大气泡振动上浮逸出到表面；第二阶段是逸出到表面的气泡未能获得更大的能量突破模板的束缚排出到空气中而附着在模板上［1］，在混凝土硬化后气泡破裂形成表面缺陷。因此，要解决混凝土表面气泡问题一方面要优化原材料和配合比设计，改善混凝土工作性能；另一方面是改善生产工艺环节，如选用表面光滑的模板、亲水性脱模剂、最佳的成型制度等以利于气泡的排出。

1.1考察混凝土自身因素的影响

混凝土是生产装配式构件的最主要材料，其工作性能不良可能是导致气泡不易排出的主要凶手。混凝土表面气泡缺陷产生的现象级原因是在模板的束缚下，附在模板表面的大气泡破裂产生诸多尺寸不一的气孔，更深层的原因与混凝土本身的特性有关，如流动性、粘聚性等工作性能、配合比和组成材料的变化等［2］。

试验选取生产车间具有代表性的三种不同工作性能的混凝土（编号分别为SY-1、SY-2、SY-3），采用车间工艺浇筑预制叠合梁，将表面气泡情况进行对比。三种混凝土的生产配合比分别见表1，所用原材料、设计强度等级均一致。

表1　混凝土配合比

（a）SY-1混凝土预制梁

SY-1混凝土初始坍落度T为160mm，SY-2混凝土初始坍落度T为195mm，SY-3混凝土初始坍落度T为225mm；车间生产过程中每罐混凝土材料从搅拌运至生产线到浇筑完毕大约需要1～1.5h，采用车间所用的插入式振捣方式进行振捣成型，至表面无明显气泡冒出为止。三种工作性能不同的混凝土所制备的预制梁构件见图1。

由图1可知：随着混凝土坍落度的增大，构件出现表面气泡的数量减少、平均气泡尺寸降低，说明混凝土工作性能增大可降低构件表面出现气泡的概率，工作性提高对混凝土平均气泡直径及比表面积、气泡的孔径分布等特征产生较显著的影响。另外、结合SY-1、SY-2、SY-3混凝土配合比和表面情况对比可知：增加胶材用量，可减少混凝土构件出现“泛砂”、“砂线”情况发生，进一步提高混凝土表面密实度，降低气泡遇阻滞留情况的发生。

图1　不同混凝土预制梁表面气泡分布情况

1.2考察成型制度因素的影响

新拌混凝土振捣的过程也是内部气泡汇聚排出的过程，振捣效果直接影响混凝土构件的表面质量。在车间现场试验考察不同成型方法、不同振实时间等因素对混凝土表面气泡的影响。

1.2.1振动成型和振捣成型

试验随机选取车间生产构件用的混凝土，其中坍落度190mm、粘聚性良好、保水性良好，试验选用与模板相同材质的铸铁试模，尺寸150× 150×150mm，模拟浇筑成型过程。拆模后标记表面气泡并统计表面气泡尺寸和数量，如图2-图4所示。

图2　试件表面气泡标记

图3　振动时间对试样表面气泡数量的影响

图4　振捣时间对试样表面气泡数量的影响

试验结果表明：混凝土表面5mm以上的气泡数量先减少后增多，2mm以上的总气泡数量呈现先增多后减少，考虑到表面有害气泡直径一般在5mm以上，故认为5mm以上气泡数量最少的成型时间即是最佳成型时间，该试验是40s；振动时间小于最佳时间将导致试件表面气泡数量增加，大于最佳成型时间导致5mm以上的大气泡也增加。混凝土振捣成型时，也存在一个最佳的成型时间，该试验是50s；在振捣成型50s时试件表面总气泡数最少，但振捣成型40s时的5mm及以上的气泡数量反而少于50s时同尺寸的气泡数量。

在混凝土预制构件成型时，外界振动波对气泡排放作用不同，作用力效应半径的不同对不同半径气泡的破坏力也不同［3］，振捣和振动成型均可有效排出气泡，但存在一个最佳成型制度。

1.2.2浮浆层及内部气泡情况

将振捣成型的试件劈开后观察内部浮浆层厚度及内部气泡的分布，见图5-图8所示。

图5　振捣10s时混凝土内部形貌

图6　振捣20s时混凝土内部形貌

图7　振捣40s时混凝土内部形貌

图8　振捣60s时混凝土内部形貌

对比可知：试件内部气泡数量与表面数量的变化规律是一致的；但振捣时间越长，试件浮浆层越厚。

以试件“表面气泡”、“内部气泡”和“浮浆层厚度”三项指标作为评判依据，可知：振动成型或者振捣成型时均存在最佳时间，伏文勇［4］也认为存在一个最佳振动时间T，大于或小于最佳成型时间都将影响混凝土的表面质量和均匀性，所以在构件生产过程中根据混凝土流动性的不同、钢筋疏密不同，选择合适的振捣或振动成型时间，振捣时间不足将导致预制构件排气不充分表面气泡数量较多，振捣时间过长也易造成表面气泡数量增多并引起浮浆层增厚。

1.3考察脱模材料因素的影响

由于模板的材质、平整度、脱模剂种类等对混凝土气泡排出也有影响，在成型时附着在模板表面的混凝土经振捣器动力压实作用气泡汇集、破裂在模板位置产生凹凸不平的气孔并上浮。

试验采用200×200×500mm透明立柱体试模观察表面喷涂水性脱模剂和油性脱模油对混凝土表面排气过程的影响，试验用混凝土从车间生产线随机选取。表面排气情况见图9。

图9　混凝土振捣成型时排气情况

从图9表面气泡分布直观情况看出：采用水性脱模剂更有利于气泡的排出，成型过程中混凝土表面气泡直径小、气泡少、外观质量好。使用脱模油时则试块表面气泡直径较大，分布较密集，外观质量差。使用水性脱模剂能有效解决混凝土表面气泡的问题。

水性脱模剂是一种亲水性聚合物，能够均匀地涂刷在模板表面，降低混凝土与模板之间的界面结合力，使气泡容易逸出破灭，减少混凝土表面气泡数量［5］；脱模剂中含有一定的消泡成分，有利于气泡的破灭或向内部移动，减小混凝土表面气泡直径，并降低气泡数量；脱模剂附着于成型物和模具之间直接起到隔离作用有利于改善混凝土表观质量［6］。

2　中试试验验证

为进一步验证车间试验结论的准确性、适用性，在上述试验基础上进行中试模拟试验，进一步论证其可行性。

随机选用车间C20、C30、C40混凝土浇筑350×400×2000mm预制梁，混凝土坍落度控制在190～210mm，采用西卡水性脱模剂，在研发中心成型室进行制作，采用插入式振捣成型，所制备梁构件见图10，三组预制梁表面均未出现大面积气泡。

图10　中试混凝土预制梁构件

3　结论

在车间生产过程中出现的装配式混凝土构件表面气泡问题的原因是多方面的，本文通过试验对比和中试验证认为改善上述情况的措施包括：

（1）增大混凝土的工作性，适当提高胶凝材料用量可明显降低表面气泡出现的概率。

（2）成型制度影响混凝土内部气泡的排放进程，振捣时间不足不利于气泡的排放，振捣时间过长将增大浮浆层层厚，影响装配构件结构安全。

（3）脱模材料影响气泡在模板上的排出效果，水性脱模剂效果优于脱模油。

［1］王迎春，陈柏连，严建军，等.三峡工程混凝土表面气泡形成原因分析［J］.材料科学与工程学报，2003，21（1）：41-43.

［2］郭明洋，杨荣俊，张金喜.水灰比对混凝土气泡特征参数影响的试验研究［J］.混凝土，2007（12）：13-16.

［3］傅智.新拌混凝土振动结构粘度研究［J］.公路交通科技，1996，13（3）：1-9.

［4］伏文勇.双控制粉煤灰混凝土剖断面（含表面）大气泡排出试验模型的建立［J］.粉煤灰，2001（2）：11-14.

［5］雷映平.高效水溶性混凝土模板脱模剂的研究［J］.混凝土，2002，155（9）：41-43.

［6］李方利，施小民，张培育.预制混凝土管片表面气泡影响因素研究［J］.铁道建筑，2015（6）：165-168.

责任编辑：孙苏，李红

With the tremendouspromotion of prefabricated construction,theprefabricated concrete componentsof"high strength,long durability,economy,and beauty"are definitely largely applied in residentialbuildingsandmunicipalengineering.Thispaper summaries,analyzes and verifies thebubble problems of differentdegreeson prefabricated concrete componentssurface in aworkshop,and pointsout the causesand improvementkey pointsat technicaland production stages.

prefabricated concrete component;surfacebubbles;workability;molding system;mold discharging agent

TU 528

A

1671-9107（2016）10-0054-03

10.3969/j.issn.1671-9107.2016.10.54

2016-07-22

董恒瑞（1988-），男，河南商丘人，本科，初级工程师，主要从事混凝土相关技术研究与管理。