預制混凝土襯砌管片是盾構(gòu)法中的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，管片的整體性能對工程質(zhì)量影響極大，因此，必須嚴格控制管片生產(chǎn)質(zhì)量 ^[l] 。防水性能是管片的一個主要功能，好的防水性能建立在良好抗?jié)B性能的基礎(chǔ)上。但是管片在生產(chǎn)中表面易出現(xiàn)較多氣泡，不僅影響工程的美觀，而且易形成滲漏通道，影響管片的強度與耐久性能。如何消除混凝土表面氣泡是技術(shù)人員常遇到的問題。引起混凝土結(jié)構(gòu)表面氣泡的原因較多。本文針對神華新街 TBM 斜井工程預制混凝土襯砌管片表面存在不同程度氣泡的問題，通過試驗研究分析氣泡的成因，提出解決預制混凝土管片表面氣泡的有效措施。

1  工程概況

    本工程為新街臺格廟礦區(qū)一號礦井的主井，采用預制鋼筋混凝土管片襯砌，管片結(jié)構(gòu)外徑7.3m,內(nèi)徑6.6m,管片厚度0.35-0.87m,寬度1.5m,個別管片的混凝土為大體積混凝土。管片表面要求密實、光潔、平整，邊棱角完整無缺損，麻面面積不得大于管片面積的5%。混凝土設計強度等級C40,抗?jié)B等級Pl2。

2  試驗原材料與方法 

2.1 原材料

   水泥備選了冀東、蒙西、天浩 3 個廠家 P.042.5 級普通硅酸鹽水泥，其主要物理力學性能如表 1 所示。粉煤灰采用達拉特電廠（華宇）粉煤灰。細骨料為細度模數(shù) 2.42 的中砂，含泥量為 3% 。粗骨料為 5.0-31.5mm 連續(xù)級配碎石。水為普通自來水。減水劑為包頭鋼鹿建材公司聚狻酸減水劑，減水率 35% 。脫模劑為四川某公司生產(chǎn)的脫模劑 T-1, 青島某公司生產(chǎn)的脫模劑 T-2, 上海某公司生產(chǎn)的脫模劑 T-3, 液壓油 T-4 。

3.1 水泥品種對混凝土表面氣泡的影響

     3 種水泥配制的混凝土物理力學性能見表 3 。 3 種水泥對混凝土表而 氣 泡的影響見圖 1 。

     由表 3 看出， 3 種水泥配制的混凝土 3d 強度接近、 28d 的強度接近，均能滿足工程要求。從圖 1 可以看出， 3 種水泥對混凝上表面氣泡的影響不大，但蒙西水泥效果相對最好，所以該工程優(yōu)選蒙西水泥，試驗也采用蒙西水泥。

3.2  砂率對混凝土表面氣泡的影響

   根據(jù)工程特點、要求以及混凝土配合比設計原則，砂率分別按 30%,33%,35%,37% 共設計了 A,B,C,D4 組混凝土，分析不同砂率對混凝土表面汽泡的影響。不同砂率混凝土的配合比及抗壓強度見表 4 ，砂率對混凝土表面的影響見圖 2 。

圖2  不同砂率對混凝土表面汽泡的影響

    由表 4 可以看出，砂率對混凝土強度的影響不大。但從圖 2 可以看出，不同砂率對混凝土試塊外觀質(zhì)量的影響不同。在表面氣泡的數(shù)量和孔徑大小上看，砂率為 33% 時混凝土表觀質(zhì)量最優(yōu)?？梢?，砂率是影響混凝土表面氣泡的一個重要因素。在水泥用量和水灰比一定的條件下，一方面，由于砂子與水泥漿組成的砂漿在粗骨料間起到潤滑和滾珠軸承作用，可以減小粗骨料間的摩擦力，有利于氣泡的逸出。在合理砂率范圍內(nèi)，隨砂率的減少，混凝土黏聚性、流動性增大，對混凝土表面氣泡起到改善作用。另一方面，由于砂子的比表面積比粗骨料大，隨著砂率的增加，粗細骨料的總表面積增大，在水泥漿用扯一定的條件下，骨料表面包裹的漿扯減薄，潤滑作用下降，使混凝土流動性降低，阻礙氣泡的逸出。所以砂率既不能大，也不能小，從本次試驗來看，砂率取 33% 效果較好。

3.3   不同水膠比對混凝土表面氣泡的影響

   選用蒙西水泥，涂脫模劑T-1, 按表5 配合比進行試驗。調(diào)整混凝土水膠比，研究水膠比對混凝土表面氣泡的影響，結(jié)果見圖3。不同水膠比混凝土的抗壓強度見表5

    圖  3   不同水膠比對混凝上表面氣泡的影響         

  表 5   不同水膠比混凝土的抗壓強度

   從圖3可以看出，隨水膠比增大，混凝土表觀質(zhì)拭變差；隨水膠比的減小，試塊表面氣泡減少，對混凝土外觀質(zhì)從改善作用較明顯。由表5可知，隨水膠比的減小，強度增大但過小的水膠比可能會影響混凝土的工作性能，增大混凝土的收縮，經(jīng)濟方面也不合適。由此可見，水膠比是影響混凝土表面氣泡的一個重要因素。水膠比對混凝土平均氣泡直徑及比表面積、氣泡的孔徑分布等特征會產(chǎn)生顯著的影響【2-5】。其主要原因是隨療用水量的降低，膠材用量相對增加，膠凝材料水化所悄耗的用水扯增加，使混凝土中自由水降低，從而有利于減少表面氣泡的生成。

3.4 脫模劑對混凝土表面氣泡的影響

       選用蒙西水泥，按表2基準混凝土配合比進行試驗，分別涂刷脫模劑T-l,T-2,T-3和液壓油T-4,分析脫模劑對混凝土表面氣泡的影響，結(jié)果見圖4。

圖4   3種脫模劑和液壓油對混凝土表面汽泡的影響

   由圖4可以看出，脫模劑性能對混凝土表面氣泡影響較大。使用T-1，T-2， T-3 時，對混凝土表觀質(zhì)量的改善效果明顯。其中使用T-1 時，混凝土表面氣泡直徑最小，氣泡最少，外觀質(zhì)量最好。使用液壓油T-4 時，試塊表面氣泡孔徑較大，且分布較密集，外觀質(zhì)量很差。總體來看，使用脫校劑T-1能有效解決混凝土表面氣泡的問題。
    涂刷 T-1 脫模劑能有效解決表面氣泡問題的主要原因： ① 脫模劑是一種水性聚合物，能夠均勻地涂刷在模板表面，降低混凝土與模板之間的界面結(jié)合力，使氣泡容易逸出破滅，減少混凝土表面氣泡數(shù)量； ② T-1 脫模劑中含有一定的消泡成分，有利于氣泡的破滅或向內(nèi)部移動，減小混凝土表面氣泡直徑，并降低氣泡數(shù)量； ③ T-1 脫模劑中含有一定的緩凝組分，可延長混凝土表面漿體的凝結(jié)時間，漿體的自身重力作用使生成的氣泡破滅或向內(nèi)部移動，減少混凝土表面氣泡的數(shù)量。 ④ 脫模劑附著于成型物和模具之間直接起到隔離作（圖 5) ，脫模時能在 B 面剝離，使得脫模效果最優(yōu) ^[6-7] ，有利于改善混凝土表觀質(zhì)量 。

         圖5  脫模示意

   采用表2基準配合比，將T-1脫模劑用于現(xiàn)場預制混凝土管片構(gòu)件，經(jīng)養(yǎng)護，拆模后觀察制品表面狀況，表面光滑，有少許微小氣泡，表觀質(zhì)量良好，詳見圖6。

       圖  6  預制混凝土管片成品

4  結(jié)論  

   1) 水泥品種對混凝土表面氣泡影響不大。

   2) 砂率對混凝土表面氣泡有一定的影響。在合理砂率范圍內(nèi)，隨著砂率的減小，混凝土的表觀質(zhì)量得到改善。

   3) 降低水膠比能有效解決混凝土表面氣泡問題。但過小的水膠比可能會影響混凝土的工作性能，增大混凝土的收縮，經(jīng)濟性也不佳。

   4) 脫模劑對混凝土表面氣泡的改善效果明顯。不同脫模劑效果不同，均明顯優(yōu)于液壓油。

參考文獻

本文轉(zhuǎn)載自《鐵道建筑》2014年第6期，旨在研究和學習預制混凝土表面汽泡問題，若遇版權(quán)問題，請聯(lián)系本公司，將立即刪除。