混凝土表观质量影响因素及改进研究

柯余良 吴文贤 方云辉 张小芳 史艳娜 李格丽 吴传灯

（科之杰新材料集团有限公司）

0 前言

混凝土是建筑行业中最主要的、最大宗的建筑材料，随着我国建筑业发展迅速，混凝土需求量越来越大，质量要求也越来越高[1-2]。但是由于混凝土砂石原材料的短缺，质量越来越差，导致混凝土的原材料组成成分越来越复杂。在追求满足混凝土各项性能的同时，对混凝土表观质量的要求也越来越高[3-4]。混凝土表观气泡的存在不仅严重影响混凝土的外观，也会降低混凝土结构的强度、碳化和耐腐蚀性能[5]。在实际工程条件下，混凝土的表观质量受到混凝土原材料、配合比、脱模剂等多种因素的影响，本试验主要从减水剂、脱模剂和混凝土配合比等因素对混凝土表观质量的影响进行试验研究，分析混凝土表观成型质量的主要影响因素并提出改善的措施。

1 试验原材料及方法

1.1 水泥

实验所用水泥是由闽福建材有限公司生产的P.O 42.5 水泥，其物理性质指标如表1 所示。

表1 水泥的物理性能

1.2 粉煤灰

实验所用的粉煤灰为F 类Ⅱ级，试样干燥无结块，其技术指标值如表2 所示。

表2 粉煤灰技术指标

1.3 骨料

细骨料采用细度模数为2.8，石粉含量4%的机制砂；粗骨料采用公称粒径5～31.5mm 连续级配碎石。

1.4 减水剂

科之杰新材料集团有限公司生产的聚羧酸系高性能减水剂：PCE-1 和PCE-2 为醚类产品，含固量为50%；PCE-3 和PCE-4 为酯类产品，含固量为40%。

1.5 脱模剂

Point-TM1 和Point-TM2 为科之杰新材料集团有限公司生产的脱模剂；TMJ-1 为国外某知名品牌生产的脱模剂、TMJ-2 为国内某品牌生产的脱模剂，脱模剂物理性质指标见表3。

表3 脱模剂物理性质指标

1.6 试验方法

混凝土搅拌、成型等按照GB/T 50081-2019《普通混凝土拌合物力学性能试验方法标准》执行；采用Image-pro 图像分析软件，对试件图像处理后，以表面气孔面积百分率、1mm 以上气泡个数和表观形貌作为评价指标。

混凝土基准配合比见表4。改变试验条件，研究不同因素对混凝土表观气泡的影响。

表4 混凝土设计配合比

2 试验结果分析与讨论

2.1 减水剂种类对混凝土表观质量的影响研究

分别选用四种不同种类的聚羧酸系高性能减水剂：PCE-1、PCE-2、PCE-3 和PCE-4，混凝土配合比如表4 所示，分别调整外加剂掺量，控制混凝土扩展度为520±20mm，并保证混凝土拌合物和易性优良情况下成型。混凝土模具选用100×100×515mm 的收缩试模，并涂抹同一种脱模材料（Point-TM1）保证实验可比性，每种减水剂成型三组试块。统计混凝土表面的气泡个数和大小，如图1 所示。

图1 减水剂种类对混凝土试件表观质量的影响

从图1 和图2 可以看出，不同种类聚羧酸系高性能减水剂对混凝土表观质量的影响不同。在表观气泡上，对于1mm 以上气泡个数，采用减水剂PCE-4 的气泡最少，其次PCE-1，PCE-3 孔径较大且分布相对密集，PCE-2气孔比较小，但是分布较多。其主要原因在于不同种类聚羧酸系高性能减水剂分子结构不同，引气效果不同，其对混凝土表观气泡的影响规律也有所差异，所以导致表观形貌存在差异。

图2 四种减水剂对应的混凝土试件表观形貌

2.2 脱模剂种类对混凝土表观质量的影响研究

采用表4 所示的配合比和减水剂PCE-4 进行试配，减水剂的掺量为0.3%，分别涂抹四种不同种类脱模剂（Point-TM1、Point-TM2、TMJ-1、TMJ-2），每组脱模剂实验成型三组试块。拆模后观察试块表面并统计试模底部的粘附量。脱模材料种类对混凝土试块粘附量的影响如图3 所示。

图3 脱模材料种类对混凝土粘附量的影响

从图3 可以看出，四种脱模剂测得的混凝土粘附量均小于JC/T 949-2005 脱模剂标准中规定的5g/m2，且混凝土试块在脱模过程中能顺利脱模，保持混凝土试块棱角完整无损，表面光滑，说明四种脱模剂均符合规范规定的施工性能要求。使用脱模剂Point-TM2 时，混凝土粘附量最少，其外观质量最好，说明脱模剂Point-TM2 有利于气泡的逸出和破灭。

2.3 配合比对混凝土表观气泡的影响

采用表4 所示的配合比，采用减水剂PCE-4 进行试配，调整混凝土配合比，研究了坍落度、胶材用量及砂率等因素对混凝土表观质量的影响，结果见图4。

从图4（a）可以看出，随着坍落度的增大，混凝土表观气泡逐渐减少；当坍落度增加到180mm 时，混凝土表观效果较好；当继续提高坍落度时，混凝土表观气泡反而增多。可见，坍落度越大，混凝土中的结合水减少，自由水增多，自由水在混凝土硬化阶段散失后容易形成孔。因此，建议混凝土的坍落度不应太大。

从图4（b）可以看出，胶凝材料用量对混凝土表面的影响较小。胶凝材料用量越大，混凝土的和易性越好，拌合物存在浆富余的现象，这对混凝土表面孔数量的降低有一定的帮助；但是，在满足和易性的情况下，同时应该满足经济合理的原则。

从图4（c）可以看出，砂率大不一定好。如果是高标号混凝土，大的砂率能够提高混凝土的流动性，这是建立在高的胶凝材料的基础上。而当胶凝材料固定在360kg/m3时，如果混凝土的砂率较高，骨料的总比表面积增大，将会导致浆体不足，混凝土的流动性会受到不利的影响；与模板接触的浆体越少，空隙也会变多。因此，要控制合理的砂率。

图4 配合比调整对混凝土表观气泡的影响

3 结论

针对混凝土表观质量的要求，研究了减水剂种类、脱模剂种类和混凝土配合比对混凝土表观质量的影响，结论如下：

⑴不同的减水剂对混凝土表观气泡有一定的影响作用，其中PCE-4 对混凝土表观质量效果最好，与其引气性能有一定的关系；

⑵脱模剂对混凝土表观改善较为明显，其中脱模剂Point-TM2 应用效果最好，混凝土表面比较光滑，气泡最少，说明脱模剂Point-TM2 有利于气泡的逸出和破灭；

⑶在配合比方面，提高胶凝材料用量或者控制适当的坍落度和砂率，有助于改善混凝土的表观质量。