1、預(yù)制混凝土管片氣泡控制研究摘要：混凝土管片是地鐵隧道盾構(gòu)施工的主要結(jié)構(gòu)，混凝土管片的質(zhì)量直接影響了地鐵隧道的工程質(zhì)量， 因此，一般對(duì)混凝土管片性能質(zhì) 量的要求都非常高?；炷凉芷a(chǎn)過(guò)程中的質(zhì)量控制重點(diǎn)、難點(diǎn)也就是管片的氣泡問(wèn)題，管片表面氣泡較多，影響管片外觀質(zhì)量，容易 形成滲漏通道，造成地鐵隧道出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。本文對(duì)混凝土管片氣泡 形成的主要因素進(jìn)行分析，并通過(guò)實(shí)例探討，確定了控制管片氣泡的 具體措施，提咼了管片的外觀質(zhì)量。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；混凝土管片；氣泡；控制預(yù)制混凝土管片是地鐵隧道盾構(gòu)施工中的主要組成部分，管片質(zhì)量直接影響了盾構(gòu)隧道的工程質(zhì)量，因此對(duì)預(yù)制混凝土管片質(zhì)量的要 求也非常高。管片生

2、產(chǎn)的質(zhì)量控制重點(diǎn)、難點(diǎn)也就是管片的氣泡控制。 下面結(jié)合合肥地鐵1號(hào)線的盾構(gòu)管片生產(chǎn)，探討如何控制管片表面的 氣泡問(wèn)題。1管片介紹合肥地鐵1號(hào)線的管片采用環(huán)寬1.5m的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，管環(huán)外徑6000mm ,內(nèi)徑5400mm。每環(huán)管片分6片組成(3A+2B+1K)。合肥地 鐵管片為雙面楔形通用環(huán)管片，楔形環(huán)的楔形量為45mm ,管片混凝 土強(qiáng)度等級(jí)為C50;抗?jié)B等級(jí)為P12,管片鋼筋分HPB300和HRB400 兩種規(guī)格?；炷晾碚撚?jì)算量為 8.0m3。2管片氣泡的形成及造成的危害管片在生產(chǎn)過(guò)程中，由于混凝土骨料間隙在攪拌時(shí)本身形成的氣 泡，受到振動(dòng)擠壓作用，氣泡聚集變大從混凝土表面排出，一部分在 振搗

3、過(guò)程中未排出的形成氣泡，在管片的環(huán)向兩側(cè)，特別是槽道內(nèi)最 為明顯。另一種氣泡是由于混凝土中結(jié)合水外的水分所形成的。管片由于氣泡的存在，降低了混凝土的致密性，管片混凝土內(nèi)部 留下氣泡（孔隙）越多，強(qiáng)度下降越多。管片表面氣泡的存在，等于減 少了鋼筋保護(hù)層的有效厚度，降低了混凝土管片的耐腐蝕性能， 在地 下水豐富的隧道中，管片百年耐久受到威脅。管片側(cè)面存在較多的氣 泡時(shí)，即使使用止水帶防水，但凹陷的氣泡容易連通，形成連通的滲 漏通道，降低了管片的防水性能，靠近內(nèi)弧面的側(cè)面氣泡，會(huì)導(dǎo)致嵌 縫防水效果下降。管片生產(chǎn)要求內(nèi)實(shí)外美，由于管片表面氣泡的出現(xiàn)， 嚴(yán)重影響了管片的外觀。3管片表面氣泡的形成因素分析

4、實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)混凝土中氣泡的粒徑在 50nm以下時(shí)，這些氣泡對(duì)增加混凝土的耐久性、抗 凍性、抗摻性是有極大的好處的。當(dāng)管片氣泡大于以上標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，會(huì)降低管片強(qiáng)度和耐久性。我們這里探討的是50nm以上的氣泡。生產(chǎn)實(shí)踐表明， 以下因素是導(dǎo)致產(chǎn)生氣泡的主要原因。氣泡太多將直接影響砼的抗?jié)B和防水性能， 減少砼表面的氣泡是制定管片生產(chǎn)工藝的重要環(huán) 節(jié)。經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析后認(rèn)為：砼表面氣泡是正?，F(xiàn)象；不能用增加振動(dòng)時(shí)間的方法減少氣 泡，以免粗細(xì)骨料分離；進(jìn)口復(fù)合消泡劑、 磷酸三盯酯、有機(jī)硅膠等消除砼氣泡的技術(shù) 還不成熟，故不宜應(yīng)用；骨料和粉料同時(shí)攪拌，拌合物的含氣量大于粉料先攪拌的情況；塌落度不同，砼振搗時(shí)排氣的效率也

5、不相同。針對(duì)如上認(rèn)識(shí)，在原有工藝的基礎(chǔ)上采取如下措施，經(jīng)過(guò)實(shí)踐取得了良好的效果。1）控制振動(dòng)時(shí)間不超過(guò) 3min。2）改進(jìn)振動(dòng)方式，加裝變頻器和偏心塊自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，初步振動(dòng)時(shí)采用較小的頻率（48Hz）和較大的激振力（100 % ）以加大排氣的力度，后期振動(dòng)時(shí)采用較大的頻率 （75Hz）和較小的激振 力（65 %）以防止拌合物中粗骨料移動(dòng)， 而且增大細(xì)骨料和粉料之間的擠壓， 排出較小的氣泡。3）砼攪拌時(shí)先攪拌砂漿，后放人粗骨料。4）嚴(yán)格控制拌合物塌落度在 2060mm之間。5）管片脫模后立即用水泥膠泥進(jìn)行修補(bǔ)，止水槽位置修補(bǔ)前應(yīng)用鋼刷子刷一遍，使所有的氣泡暴露。3.1原材料因素水泥品質(zhì)：一些水泥

6、廠為提高水泥早強(qiáng)、降低成本，在熟料粉磨 時(shí)加入帶有木鈣、二乙二醇、丙二醇等的混雜型助磨劑，這些助磨劑 帶有引氣效果，拌制混凝土后引入的氣泡不均勻且偏大。減水劑品質(zhì)：聚羧酸系減水劑在生產(chǎn)中需要先用消泡劑來(lái)消泡， 然后摻入引氣劑以引入微氣泡，優(yōu)質(zhì)的聚羧酸引氣劑在混凝土中能引 入大量均勻分布、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡，但如果減水劑廠家為節(jié)約 成本，使用廉價(jià)低質(zhì)的引氣劑（如松香類），則會(huì)在混凝土管片中形 成較大的氣泡，因這種氣泡表面能較低，容易形成聯(lián)通性大氣泡，導(dǎo) 致管片氣泡過(guò)多?；蛘咄饧觿┲杏胁缓侠淼脑龀斫M份，會(huì)導(dǎo)致混凝土料過(guò)于粘稠，振搗時(shí)氣泡難以排出。粗集料顆粒形狀：沒(méi)有經(jīng)過(guò)整形的粗集料棱角過(guò)多、 針

7、片狀顆粒 含量過(guò)多，會(huì)使混凝土中氣泡難以排出，導(dǎo)致管片內(nèi)滯留氣泡過(guò)多。細(xì)集料顆粒形狀：天然砂資源越來(lái)越少，一些管片工程會(huì)采用人 工砂或混合砂替代；這些砂如果沒(méi)有充分整形，其顆粒形狀較差時(shí)， 氣泡難以排出，且管片外弧面收水時(shí)會(huì)造成較多的砂眼。3.2混凝土配合比因素外加劑摻量：若為了降低水灰比，過(guò)于提高減水劑的摻量，所產(chǎn) 生氣泡的狀況也將隨之改變，如果過(guò)振，將會(huì)使微氣泡聯(lián)通組合成大 氣泡。砂率：粗集料過(guò)多，細(xì)集料偏少，如果細(xì)集料及膠凝材料不足以 填充粗集料之間的空隙，會(huì)導(dǎo)致管片混凝土不密實(shí)，形成空隙；粗集 料偏少，細(xì)集料偏多，會(huì)導(dǎo)致混凝土粘稠，氣泡難以排出。水灰比：混凝土水灰比過(guò)小，混凝土料粘稠，

8、難以振搗、氣泡難 以排出。水灰比過(guò)大，攪拌所用的水達(dá)到飽和后，多余的水份形成自 由水，最后轉(zhuǎn)換成氣泡，混凝土產(chǎn)生的氣泡增多。攪拌時(shí)間：管片混凝土水灰比較低，用水量較少，如果攪拌時(shí)間 過(guò)短會(huì)產(chǎn)生攪拌不勻現(xiàn)象，外加劑多的部分產(chǎn)生氣泡多，外加劑少的 部分會(huì)出現(xiàn)坍落度小、難以振搗的現(xiàn)象。坍落度控制：混凝土坍落度偏大時(shí)，自由水相對(duì)較多，管片因?yàn)?曲面特征，混凝土入模后不能充分振搗，管片內(nèi)大量氣泡無(wú)法排出； 若坍落度過(guò)小，難以振搗，氣泡也難以排出。3.3生產(chǎn)工藝因素 脫模劑：從施工工藝上來(lái)減少氣泡的產(chǎn)生實(shí)踐證明，從模板的脫模劑上來(lái)消除混凝土表面的氣泡會(huì)起到很好的效果。目前在市場(chǎng)上已經(jīng)有很多單位研制出了具有

9、消泡化學(xué)成分的脫模劑，這種消泡型的脫模劑在使用后當(dāng)混凝土產(chǎn)生的氣泡與模板表面脫模劑中所含的消泡劑相遇后，消泡劑會(huì)立即破滅或由大變小,由小變微，使混凝土表面起到極其平滑致密的效果。 另外，實(shí)踐還證明，當(dāng)采用表面光滑的模 板時(shí)產(chǎn)生的氣泡少，當(dāng)采用表面粗糙的模板時(shí)產(chǎn)生的氣泡就會(huì)多一些。因此在選定施工方案 或模板材料時(shí)，盡可能地選用優(yōu)質(zhì)、表面光滑的模板材料。管片模具一般使用水性脫模劑，仍具有一定粘性，若稀釋比例過(guò)低脫模劑仍會(huì)對(duì)氣泡有吸附作用，但稀釋比例過(guò)高，混凝土?xí)衬＃?氣泡均無(wú)法順利隨機(jī)械振搗而逐步上升、排出。振搗情況：在混凝土的施工過(guò)程中，我們應(yīng)注意：應(yīng)分層布料，分層振搗。分層的厚度以不大于 5

10、0cm 為宜。否則氣泡不易從混凝土內(nèi)部往上排出。同時(shí)應(yīng)注重混凝土的振搗，嚴(yán)防出現(xiàn)混凝土的欠振、漏振和超振現(xiàn)象。管片能否密實(shí)、氣泡能否排出與振搗有密切關(guān)系。表2所列為混凝土正常振搗及欠振、漏振和超振的“三振”現(xiàn)象表現(xiàn)。國(guó)內(nèi)混凝土管 片的澆搗多采用人工振搗方式施工，由于工人隊(duì)伍的建立、操作的穩(wěn) 定性和技術(shù)熟練程度的差異，對(duì)混凝土管片氣泡的多少有著根本性區(qū) 別。表2混凝土正常振搗及“三振”表現(xiàn)振搗時(shí)粗、細(xì)集料顆粒相互靠攏緊密,正常振搗包裹著空氣的水泥漿憑借振動(dòng)能浮上表面，一般表面泛漿即可。振搗時(shí)間越長(zhǎng)，混凝土越密實(shí)，但過(guò)長(zhǎng) 時(shí)會(huì)導(dǎo)致石子下沉，水泥漿上浮，管片 超振： 混凝土發(fā)生分層、泌水現(xiàn)象，管片外

11、弧面會(huì)疏松形成“松頂”，混凝土內(nèi)部微小氣 振搗時(shí)間長(zhǎng) 泡在機(jī)械作用下岀現(xiàn)破滅重組，由小變大，在結(jié)構(gòu)內(nèi)重組成大氣泡，氣泡多，尋缺陷多。'欠振:振搗時(shí)間過(guò)短、振搗間距過(guò)大、振搗隨 振搗時(shí)間短意性大漏振，集料顆粒還沒(méi)有靠攏緊密， 振搗漏振振動(dòng)能不足以將包裹的空氣的水泥漿排漏振:岀，管片混凝土?xí)绗F(xiàn)不密實(shí)或存在不 規(guī)則大氣泡，氣泡多，缺陷多。未振搗到模具保養(yǎng)：混凝土振搗時(shí)振搗棒難免會(huì)觸碰到模具，管片鋼筋籠 放置時(shí)偶爾也會(huì)碰撞模具，手孔、螺栓孔加強(qiáng)筋焊接時(shí)也難免發(fā)生電 弧損傷管片模具表面，以及管片模具正常磨損等等，均會(huì)造成模具內(nèi) 表面粗糙，使得排氣不暢氣泡殘留過(guò)多。4管片表面氣泡的控制措施對(duì)管片

12、氣泡產(chǎn)生原因進(jìn)行分析后，就可以采取有針對(duì)性措施來(lái)減少氣泡的產(chǎn)生。水泥：選用大廠有品質(zhì)保證的水泥，慶春路管片一開(kāi)始就選用了 華東地區(qū)水泥品質(zhì)較好的海螺 52.5P. II水泥，避免小水泥廠摻加過(guò)多 的摻合料和助磨劑的問(wèn)題。減水劑：使用杭州市構(gòu)生產(chǎn)的HG-PCA600聚羧酸減水劑，經(jīng)過(guò) 引氣劑比對(duì)試驗(yàn)，最終選擇了三萜皂甙類引氣劑，該類引氣劑與聚羧 酸相容性適應(yīng)性超過(guò)松香類、十二烷基類引氣劑，引入微氣泡小、穩(wěn) 定，成品效果明顯。集料：粗集料選擇了帶圓磨整形機(jī)的生產(chǎn)線，雖然增加了采購(gòu)價(jià)格，但集料顆粒圓潤(rùn)，針片狀顆粒含量從原來(lái)的12%筆低到5%細(xì)集料中起潤(rùn)滑作用的主要為 0.315mm、0.630mm兩

13、種顆粒， 杭州市場(chǎng)上幾種不同的細(xì)集料品種及對(duì)管片氣泡形成的影響見(jiàn)表3,最終我們選擇了江西贛江天然河砂，級(jí)配卩2.63.0，實(shí)際使用中，對(duì) 氣泡的減少有著非常明顯的作用。表3細(xì)集料品種對(duì)管片氣泡形成的影響0.315、0.630mm集料種類顆粒累計(jì)含量效果贛江河砂30%-35%管片外弧面無(wú)砂眼，管片氣泡 少卵石15%-20%管片外弧面明顯砂眼，表面氣破碎砂泡增多，用水稍微增加石子10%-20%管片表面氣泡最多，用水量高、破碎砂流動(dòng)性差、難振搗、強(qiáng)度低特細(xì)河砂< 1%粘稠，氣泡多，復(fù)配成混合砂 較差配合比:表4為不同水灰比對(duì)管片氣泡形成的影響，可見(jiàn)當(dāng)水灰比在0.300.35之間時(shí)，不僅具有較好

14、的強(qiáng)度，且氣泡含量較少，最終水灰比定確定為0.33。表4水灰比對(duì)管片氣泡形成的影響水灰比效果>=0.35強(qiáng)度低，振搗后氣泡排出快，施工難 度低0.31-0.34強(qiáng)度良好，振搗后氣泡排出速度-般<=0.30強(qiáng)度過(guò)高，料粘稠板結(jié)難以振搗， 洞、氣泡多空坍落度控制：在混凝土生產(chǎn)攪拌樓上安裝高精度的攪拌機(jī)主機(jī)電 流、電壓表，從電流電壓上側(cè)面反映攪拌機(jī)內(nèi)混凝土的坍落度，在攪 拌機(jī)主機(jī)殼上開(kāi)挖一個(gè)觀察孔并安裝防護(hù)網(wǎng)，方便工人直接觀察攪拌 機(jī)內(nèi)的混凝土。對(duì)堆場(chǎng)集料安裝防雨棚，確保集料含水率波動(dòng)不受天 氣影響，同時(shí)，提前做好材料含水率和水泥外加劑適應(yīng)性變動(dòng)調(diào)整的 工作，將坍落度波動(dòng)減少到最低。攪拌

15、時(shí)間：經(jīng)過(guò)近20次對(duì)比試驗(yàn)，我們總結(jié)出水灰比為 0.33的 管片混凝土攪拌時(shí)間與坍落度關(guān)系曲線，見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，攪拌時(shí)間過(guò)短，外加劑與水泥接觸不完全，坍落度 過(guò)小，難以振搗，管片成品氣泡多；攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，坍落度增加不明 顯，影響生產(chǎn)進(jìn)度，因此我們選擇了 90s作為標(biāo)準(zhǔn)攪拌時(shí)間。圖1混凝土攪拌時(shí)間與坍落度的關(guān)系脫模劑：水性脫模劑廠家資料一般推薦攙兌水的比例為1： 5,該攙兌比例為理想狀態(tài)下攙兌比例，生產(chǎn)中還需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行 不同比例攙兌試用摸索出最佳攙兌比例，這樣不僅管片表面氣泡少， 且每平方脫模劑成本低，修補(bǔ)量低，達(dá)到整體最佳效益。表4所示為不同攙兌比例對(duì)管片表面質(zhì)量和氣泡的影響，由表

16、4可見(jiàn)，攙兌比例為1： 3時(shí)，管片表面性能良好，氣泡數(shù)量較少，實(shí)際生產(chǎn)中我們攙 兌比例在1： 3.0-1 : 3.5。表4不同攙兌比例對(duì)管片表面質(zhì)量、氣泡的影響脫模劑肋M(jìn) H效果攙兌比例1: 1粘染氣邑多，脫模方便，管片表面被 K高2粘，1 : 2輕彳稠，氣泡稍少，脫模方便，管片表面 微被污染1 ： 3 不1 : 4 氣11 : 5 氣大粘稠，氣泡少，管片表面光潔，成本泡少，管片有粘模現(xiàn)像，需增加修補(bǔ) 泡多，管片有較多粘?，F(xiàn)像，修補(bǔ)量 綜合成本高振搗：在管片振搗中，延長(zhǎng)振搗時(shí)間，可以提高振搗效果，但不 能增加振搗范圍。在振搗范圍內(nèi)的氣泡才能排出，因此要選擇合理的 振搗半徑，震動(dòng)波隨振搗半徑的延

17、長(zhǎng)而減弱， 振搗有效范圍還跟混凝 土的粘稠度有關(guān)，對(duì)于干硬性的管片混凝土，震動(dòng)能衰減大，有效距 離短。任何完美的振搗方案，都需要工人去執(zhí)行，因此要重視對(duì)管片澆 筑工人的培訓(xùn)，提高其業(yè)務(wù)能力，必要時(shí)可將管片表面氣泡數(shù)量劃分 等級(jí)后納入考核中。綜合以上因素，我們根據(jù)管片水灰比及坍落度等情況，摸索、制 定了管片振搗參數(shù)：混凝土分兩層播料，分兩次從模具環(huán)內(nèi)兩側(cè)向中 間推導(dǎo)型振搗，模具環(huán)內(nèi)兩側(cè)采用斜向振搗，中間采用垂直振搗，每 個(gè)點(diǎn)振搗時(shí)間20-25S，振搗半徑30cm，兩次振搗中心間距50cm，2 米寬度管片每行4次振搗，整片振搗時(shí)移動(dòng)方式為行列式移動(dòng)。振搗 要求快插慢拔，上下抽動(dòng)，逐點(diǎn)移動(dòng)，避免漏振

18、，振搗以表面泛漿作為參考。基本杜絕了表2所列的“三振”現(xiàn)象，大大減少了管片側(cè)面氣泡數(shù)量，效果非常明顯。模具保養(yǎng)：管片模具有磨損后不利于氣泡排出，因此需要適時(shí)打 磨模具，減少氣泡吸附，以利氣泡排出。我們?cè)诠芷a(chǎn)期間使用 120#木砂紙粗磨240#木砂紙細(xì)磨的方式對(duì)有局部磨損的模具開(kāi)展了 三次局部精細(xì)打磨。5管片表面氣泡的修補(bǔ)經(jīng)實(shí)踐證明，采用與商品混凝土同品種、同標(biāo)號(hào)、同配比的水泥和粉煤灰配制后，對(duì)商品混凝土構(gòu)件表面所產(chǎn)生的細(xì)微氣泡進(jìn)行填補(bǔ)，會(huì)起到色澤一致、強(qiáng)度要求相當(dāng)?shù)男Ч?。但填抹時(shí)，應(yīng)在混凝土構(gòu)件剛拆模時(shí)進(jìn)行，這樣當(dāng)填抹的水泥粉料填入混凝土表面的氣泡中時(shí)，粉料會(huì)吸入混凝土內(nèi)部的多余水分或是利用給混凝土養(yǎng)護(hù)的水分來(lái)自身發(fā)生水化、固化反應(yīng)，從而基本達(dá)混凝土原設(shè)計(jì)的強(qiáng)度。對(duì)較大缺陷的氣