浅析混凝土异形构件变截面处表面气孔产生原因及预防

1 引言

现阶段建设的各类工业与民用建筑，均存在大量现浇混凝土构件，其中有部分截面为异形的构件，在浇筑完脱模后表面往往存在有较多气孔现象发生，严重的甚至影响观感质量，投入使用后在雨水作用下易形成污渍累聚，造成混凝土面腐蚀或其它不良影响。特别是在桥梁工程施工中，如现浇预制梁、现浇防撞墙等构件尤为明显。在施工浇筑完成脱模后，其翼板变截面位置处，混凝土表面极易出现较多气孔。

2 混凝土本身的特性

一般工程中应用的混凝土由水泥、水、砂子、碎（卵）石、外加剂、掺和料等组成。混凝土内部基本构成为：粗骨料形成的空隙由细骨料填充，细骨料形成的间隙由水泥浆填充。在粗细骨料级配良好的情况下，通过机械搅拌使各类材料充分均匀拌合，浇筑时采用强力振捣，经后期养护达到设计强度后，使混凝土形成密实的人造石，与构件预埋钢筋骨架等形成共同受力结构，一起承载各类型荷载，达到使用功能。

混凝土在拌和中加入的水，经与水泥及其它添加料产生复杂的物理化学反应后，基本分为两部分：一部分水参与水泥和添加剂的化学反应，形成结合水；另一部分形成游离水，后期养护期间，在温度和外界影响下，将以气体的形式蒸发掉。由此可见，在混凝土内部，必将会有部分水因各种原因，不能充分参与到和水泥等材料的化学反应中形成结合水，余下的水必将以游离水的形式，蒸发后在混凝土内部留下气孔（气泡）。

从混凝土的组成材料上理解，其内部产生或大或小气孔（气泡），是混凝土类人造石建材先天所具有的本性，通常情况下不影响其承载力使用功能。因此，混凝土是典型的多孔性材料，其表面布满毛细孔，具有很强的吸湿性和渗透性。要想在混凝土生产中完全消灭其内部游离水形成的气孔（气泡），本身既不可能也不经济。

一般工程中混凝土拆模后，其表面具有或多或少的气孔（气泡）是其内部属性的表现，属正常范畴。但如拆模后气孔（气泡）大小不一，又过多地在一定部位集中出现，影响了观感质量，则应从施工生产原材料及工艺操作上寻找原因，此为本文所关注讨论的重点。

3 出现气泡成因分析

现浇混凝土异形构件变截面的表面气孔产生原因较复杂。

3.1 原材料使用

3.1.1 水

水泥在实际应用时，为了获得适宜的施工性，即一定的塑性和流动性，拌和的用水量要远大于其理论需水量，通常为理论需水量的1.5～3倍，水灰比越大（水量/水泥量），则用水量越多，而多余的水份将从混凝土中逸出，会在混凝土中留下孔隙，拌和的水越多，形成的毛细孔就越多。

3.1.2 水泥

水泥在生产过程中一般添加有助磨剂，通常有助于气泡的产生，如碱含量过高，细度太细，则含气量也会增加。

3.1.3 粗细骨料

粗细骨料对气孔（气泡）的产生具有一定影响。根据“粒料级配密实”原理，在施工过程中，材料级配不合理，粗骨料偏多、大小不当，碎石中针片状颗粒含量过多，以及生产过程中实际使用砂率比试验室提供的砂率偏小，造成细粒料不足以填充粗粒料空隙，导致粒料不密实，会形成自由空隙较多，也为气孔（气泡）的产生提供了条件。根据实际经验数理统计，砂的粒径范围在0.3～0.6mm时，混凝土含气量最大，而小于0.3mm或大于0.6mm时，混凝土含气量会显著下降。

3.1.4 外加剂

外加剂类型和掺量对气泡形成具有较大影响。如混凝土中产生的大气泡特别多，可能与减水剂中较差的引气组成材料有关。一般减水剂（特别是聚羧酸类减水剂和木质素磺酸盐类减水剂）或泵送剂中，可能会掺入一定量起引气作用的增气剂。减水剂用量增加，气孔（气泡）也会增加；另外，当加入的外加剂为松香类引气剂时，所产生的气孔（气泡）也比其它类型的外加剂要稍多。

3.2 施工原因

搅拌时长对混凝土内部产生气孔（气泡）会有不同影响，如搅拌不匀或时间过短，外加剂汇聚较多的部位所产生的气孔（气泡）就会多。但过分搅拌时间过长，又会使混凝土内部形成气孔（气泡）越来越多，产生负面影响。

脱模剂使用不当会影响气泡（气孔）的产生。由于有些施工单位延用了老的脱模剂，常用的是机械修理厂回收的废机油，这种油往往对气泡（气孔）具有极强的吸附性，混凝土内存在的气泡（气孔）与之一接触，便会吸附在模板上，并成型于混凝土结构表面。还有一种脱模剂，即水性脱模剂，对混凝土产生的气泡（气孔）亦具吸附作用，使混凝土内的气泡（气孔）无法随机械振捣而随模板的接触面逐步上升，排出气泡（气孔）。故脱模剂应慎重选择。

振捣情况也会影响气孔（气泡）的生成。由于施工中振捣的环境复杂，振捣工的操作对混凝土表面出现气孔（气泡）的多少有着根本影响。作为混凝土结构，振捣越好其内部结构就会越密实。从分层振捣的高度和振捣时间两方面分析，分层的高度即每次下料高度越高，则混凝土内部的气孔（气泡）就越不容易往上排出。但振捣的时间过长（超振）或过短（欠振），以及未振捣到位的部位（漏振），混凝土的表面气孔（气泡）缺陷也会越多。“超振”会使混凝土内部的微小气孔（气泡）在机械强作用下出现破灭重组，由小变大。“欠振”和“漏振”都会使混凝土出现不密实，从而导致其产生自然空洞或空气型的不规则大小气孔（气泡）。

4 异型构件变截面处的特殊性

不同于截面规整的垂直、水平构件，异型构件变截面表面位置在脱模后易出现气孔。如现浇预制工形梁下部变截面的翼板表面，以及桥梁上部防撞墙等，其截面通常为下大上小，此部位模板安装时通常为斜置且密封，气泡出现后因浮力原理垂直向上运动至斜置模板处，受模板摩擦力、混凝土水平阻力影响，气泡（气孔）有可能处于力学平衡即相对静止状态。如振捣方法不对，则可能无法破坏此种平衡，处于上述情况下的气泡，在拆模后极易出现气孔。如下图。

预制梁标准断面

常规浇筑脱模后翼板表面形成的气孔

4.1 避免出现过多气孔（气泡）影响混凝土观感的解决措施

4.1.1 原材料控制

鉴于现在很多工程均使用订购商品混凝土，施工单位在选择供应厂家时，一定要选择实力强、生产质量稳定，最好具有全套水泥、砂石骨料、自生产来源稳定的商品混凝土供应商，向其详细提出所需混凝土的技术指标要求，从原材料上把好质量关，对避免产生大量表面气泡有重要影响。

水泥要优先选用低碱、不掺或少掺助磨剂、适应性强、有一定品牌、规模较大、质量稳定且试配中产生气孔（气泡）较少的水泥品种，有利于减少气孔（气泡）产生。

选用减水剂或其它外掺料时，应尽量避免或取消添加剂中的引气组分。进行各类型减水剂复配选型时（如起减少用水量的减水剂、加快强度增长的早强剂等），不宜采用已发酵或长时间存放的原材料，如纸厂或糖厂的废液等（通常有较明显的异味或臭味）。

4.1.2 施工操作措施

正确的混凝土施工振捣，对脱模后气孔的产生具有关键影响作用。特别是现浇预制梁下部的翼板结构，防撞墙下部的大脚部位等。现有的施工模板一般为预制定型钢模，翼板上表面位置的模板均处于密闭状态，在混凝土振捣时，如分层厚度过厚，一次装料在变截面以上的，则排除底部振捣时产生气泡较困难。

在分层振捣时，分层的高度一定要选择在变截面处，完成底层第一次混凝土充分振捣后，浇筑第二层时振捣棒不得再插入下层，让已密实的混凝土再次产生强力扰动。否则，将造成下层产生的气泡或游离水不能从上一浇筑层界面顺利排出，使脱模后的表面产生大量气孔。

4.2 实施效果

实际操作时，对现浇预制梁及防撞墙分别进行了试操作样板评估。在采用同一批商品混凝土情况下，施工振捣作业分为两组。一组按常规操作，即也分层但未严格按4.3.3所述操作要领进行布料振捣，脱模后仍然存在或多或少的气孔；另一组严格按本文所述操作要领进行精细化振捣，虽然在浇筑进度上与第一班组相比，效率上有所降低，但脱模后未存在明显气孔现象，基本达到观感质量良好目标。情况如下图所示。

现浇预制梁翼板变截面严格进行分层精细化操作脱模后效果

防撞墙常规浇筑脱模后产生气孔

防撞墙振捣严格进行分层精细化操作脱模后效果

5 结语

综上所述证明，现浇混凝土异形构件，为避免在浇筑完成脱模后表面产生较多气孔，应在以下两方面把好质量关：（1）重要影响因素：施工原材料及和易性等指标。（2）关键影响因素：现场混凝土施工振捣作业。

如做好以上两点预控，作为施工单位，需要管理层重视，施工前做好作业人员质量技术交底培训和施工过程管控，发扬“工匠精神”，严格进行分段分层、“精细化”施工操作，克服“唯进度效率论”及质量麻痹思想，避免在混凝土异形截面构件浇筑脱模后，表面出现气孔过多，影响观感质量的情况发生。