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混凝土气泡成因及处理

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2016/11/09 14:10
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   混凝土作为一种常用的建筑材料,大量应用于工程当中。由于混凝土属于一种多相材料,由固相、液相、气相组成,所以混凝土气泡的存在是必然的,不可避免的。混凝土表面气泡的存在会影响工程的观感质量,更重要的是它反映了该工程质量可能存在潜在风险。可以通过技术手段减少有害气泡的数量,增加有益气泡的数量,对混凝土性能进行改善。因此,工程技术人员应给予足够的重视。

  根据成因不同,一般认为在新拌混凝土中引入的空气在混凝土硬化后所占据的空间形态称为气泡,而未水化消耗的拌合用水在混凝土硬化体中所形成的结构称为孔隙。按照混凝土孔结构来划分,气泡属于孔隙的一种。

一、产生气泡的原因

1 混凝土浆集比偏小,水泥浆体体积不足以填充骨料的空隙。

2 混凝土砂率偏小,细集料体积不足以填充粗骨料的空隙,混凝土和易性差。

3 粗骨料级配不合理,粗颗粒过多,或粒型不好,针片状颗粒含量过多。

4 与某些外加剂以及水泥和掺合料自身的化学成分及性能有关。

5 与混凝土生产搅拌及运输的设备形式和时间有关。

6 与混凝土施工工艺的选择有关。

二、机理分析

(1) 材料方面。

气泡的形成主要是一种物理因素。混凝土是由多种材料结合而成,石子起到骨架的作用,砂来填充石子的空隙,水泥浆填充砂的空隙。混凝土中浆体在填充骨料的空隙后要有一定的富余,以使混凝土保持良好的工作性。但配合比设计和生产过程中可能存在浆集比偏小的现象,造成集料不密实,形成自由空隙,因而产生有害气泡。

根据骨料紧密堆积原理,在施工过程中,由于骨料级配不良,针片状颗粒含量较多,或河砂细度模数波动较大,都有可能导致实际使用的砂率小于理论配合比,细颗粒含量不足以填充粗颗粒间的空隙,集料本身未达到最紧密堆积,为气泡的产生提供了空隙。

混凝土用水量对气泡有一定的影响,但对混凝土孔结构影响较大。混凝土拌合用水除提供水泥水化所需用水以外,多余的水可以充当润滑剂的作用,使混凝土具有良好的工作性。在混凝土硬化后,多余的水蒸发会在混凝土中形成大量的连通孔隙。另外由于泌水,会在骨料或钢筋下方形成水隙,当水分蒸发后形成空洞,这与气泡的成因不同。

减水剂对气泡的影响也不可忽视。市场上常见的减水剂都具有一定的引气效果,不同的类型和掺量都会影响气泡的数量和大小,而且减水剂掺量越大影响越明显。例如聚羧酸减水剂,其减水组分本身就具有一定的引气效果,在混凝土中引入的气泡含量和质量是不稳定的,主要是一些大的有害的气泡会影响混凝土性能。只进行混凝土含气量测试不能对引入的气泡的数量和大小进行表证。当含气量满足要求时,引入的也可能是有害气泡,这对混凝土强度及耐久性反而不利。一般应采用“先消后引”技术对聚羧酸盐减水剂进行处理,通过掺加消泡剂降低其含气量,从而消除有害气泡的影响。另外根据混凝土耐久性也需要掺加一定的引气剂,引入大量微小的有益的气泡,复配成引气型聚羧酸减水剂。

 

 

由于掺加减水剂后混凝土用水量减小,虽然混凝土坍落度满足要求,但混凝土粘度明显增大,使混凝土中引入的空气不易排出。

(2)工艺影响

搅拌时间不合理。搅拌时间短会导致搅拌不均匀,使气泡产生的密集程度不同。但搅拌时间过长又会使混凝土中引入更多的气泡。由于运距过长,混凝土运输车对混凝土的搅拌过程中也会引入过多的气泡。若混凝土到现场后坍落度损失较大,现场工人一般都会加水来增加混凝土工作性,但这样会使混凝土水灰比增大,进而影响混凝土强度和耐久性,使混凝土孔隙率增大。应加强现场管理,通过掺加减水剂的方法来调整混凝土工作性。

在混凝土灌注过程中,容易混进一些空气。混凝土拌和物的气泡既不能自行逸出,也不会靠混凝土拌和物本身的重量排出,所以振捣是使混凝土获得密实,排除气泡的重要手段。振捣时骨料颗粒相互靠拢紧密,将空气和一部分水泥浆挤到上部,气泡借助振动力冒出来。振捣能否密实,气泡能否排出和许多因素相关。振捣时间与气泡的排除有直接的关系。一般来讲,振捣时间越长,力量越大,混凝土越密实。但时间过长,石子下沉,水泥浆上浮,发生分层、泌水、离析现象,使有害气体集中于顶部,形成“松顶”。时间过短,骨料颗粒还没有靠拢紧密,不能将水和多余的空气排出,达不到密实的目的。对于流动性较大的混凝土,振动力不能过大,时间不宜过长;对于干硬性混凝土,则必须强力振捣。振实的标志是:在振捣过程中,当混凝土停止下沉,表面不在出现气泡。

 

 

不同结构类型的混凝土要选用不同的振捣器,振捣器种类不同,性能显著不同。浅薄的结构,如桥面铺装层,一般用平板振捣器。深厚的结构物,如基础墩台,梁等要用插入式(也叫内振式) 振捣器。对于T形梁、箱梁和工字梁的腹板可配以附着式振捣器。

在一定条件下,延长振捣时间,可以提高振捣效果,但不能增加有效范围。而有效范围之内的气泡才能在振捣过程中排出,所以要选择合理的振捣半径。提高振捣频率,能有效提高振动范围,而频率过大时,振动范围反而又减小。在通常情况下,插入式振捣器的振捣半径是45~75 cm ,插入间距大都限制在60 cm 以下。如前所述,不同振捣方法,捣实的混凝土厚度不同。采用插入式振捣器时,分层厚度不应大于振捣棒长度的0. 8 倍。采用表面振捣器时,分层厚度不应大于20 cm。振捣有效范围还跟混凝土的粘度有关。一般振动波随着四周距离的延长而减弱,对于干硬性混凝土来说,和易性越差,振动能的衰减越大,有效距离越短。稀软性混凝土则相反。

三、解决办法

1 加强配合比试验管理,要通过理论计算分析和试验来保证混凝土的密实度,并充分考虑现场材料质量波动的影响。

2 选择合理砂率,使细集料能完全填充粗集料的空隙,使混凝土具有良好的工作性。

3 严把材料质量关,控制粗骨料大小和针片状颗粒含量,备料时要认真筛选,剔除不合格材料。

4 选用化学成分品质优良的外掺剂和水泥。在实际生产中,应进行水泥与外加剂的相容性试验。选取匹配性较好的材料用于生产。

5 严格控制搅拌过程,高度重视混凝土的振捣,要选择适宜的振捣设备,最佳的振捣时间,合理的振捣半径和频率,插入式振捣器要快插慢拔

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