某电厂混凝土结构表面气泡产生原因及预防措施

文/刘霖、董林博 中核工程公司福清核电项目部 福建福清 350318

1、工程简介

该电厂主厂房结构为现浇钢筋混凝土剪力墙结构，主厂房分为地下结构和地上结构。地下部分埋深约12m，地上部分约50m，主厂房地下外墙混凝土采用C35P8，主厂房地下内墙及地上外墙混凝土采用C35，混凝土总量约10万方。

2、混凝土气泡情况描述

混凝土表面气泡多为“隐性”存在，即在模板拆除后混凝土表面较为光滑，气泡在后续结构装修过程中对墙面及楼板进行打磨后显现；少数气泡在模板拆除后直接显现于墙面。

隐性气泡在墙体及楼板表面分布相对较为平均。气泡大小主要在2mm到5mm之间。80%以上气泡均为2mm左右较小气泡。

3、混凝土墙体气泡产生原因分析

3.1 混凝土原材料分析

3.1.1 水泥

1）水泥的烧失量波动大

水泥的烧失量越大，含碳量越高，碳会吸附混凝土中的外加剂，导致混凝土坍落度损失快，混凝土的坍落度不稳定，后期混凝土振捣人员对振捣时间的控制难度很大，振捣过程中不益于将混凝土气泡顺利全部排出。

2）水泥的比表面积不稳定

如果水泥比表面积过大，早期水化反应会比较充分，需水量大。如果水泥的比表面积过小，参与水化反应的用水量就减少，而混凝土中的自由水就增多，最终就形成混凝土中的“水泡”。

3.1.2 粉煤灰

1）细度波动较大

粉煤灰过粗，起不到填充和润滑的作用。粉煤灰过粗含碳量越高，对外加剂的吸附能力强，使外加剂与水泥的适应性变差，混凝土用水量加大，就会造成骨料之间的空隙无法靠细料填充，空隙中的空气含量就会增加。

2）烧矢量波动较大

粉煤灰的烧失量大，表明粉煤灰含碳元素多，对混凝土中外加剂的吸附性就大，造成混凝土塌损大，烧失量大，还说明粉煤灰比较粗，起不到填充作用，还造成混凝土用水量加大，而造成骨料之间为填充密实的部分将被气体填充，造成混凝土内的气体量增加，而气体通过后期的振捣无法全部排出，最终形成气泡。

3.1.3 砂

砂的细度模数不稳定。搅拌站所用的中砂细度模数基本在3.0左右，虽未超过3.0属II区中砂，但基本累计筛余靠近上限，粒径之间的空隙就大，需要填充的胶凝材料就多，在胶凝材料不变的情况下，混凝土搅拌后所产生的空隙均被游离水占据，在混凝土的搅拌过程中产生“水泡”。

3.1.4 石子

混凝土含气量偏高与骨料的级配的合理与否有绝大关系，根据实验报告可以得出：

1）5mm～16mm级配碎石的累计筛余量显示2.36mm的石子和4.75mm的石子靠上限、针片状石子和16mm的石子靠下线、4.75mm的石子波动较大；

2）16mm～31.5mm级配碎石的累计筛余量31.5mm的石子和针片状石子含量靠下线、4.75mm的石子靠上限、4.75mm的石子波动较大。

由于骨料级配不合理，粒径之间的空隙大，各种级配之间的空隙无法靠有限的胶凝材料填充满，在胶凝材料不变的情况下，混凝土搅拌后所产生的空隙均被游离水占据，在混凝土的搅拌过程中产生“水泡”。

3.1.5 外加剂

根据试验报告可知外加剂的固含量呈上升趋势，而且波动比较大，外加剂的固含量不稳定。国内混凝土所用外加剂（减水剂）普遍具有一定引气作用，这些气泡的产生在混凝土中犹如一个个细小的滚珠，对混凝土和易性流动性具有很好的改善作用，同时也会使这些气泡汇聚到混凝土表面，特别是减水剂对表面气泡的影响较大。在混凝土生产过程中，掺加聚羧酸高效减水剂的混凝土含气量在现场抽检制拌后的混凝土含气量存在≥4.0情况，而混凝土工程施工技术规格书中未对含气量做相关要求。当搅拌站生产的混凝土由于坍落度损失等原因使得现场混凝土坍落度偏小，混凝土黏稠或现场施工振捣不能充分将混凝土中气泡排出。

3.2 混凝土配合比设计分析

本工程所用的混凝土配合比如下表所示，混凝土含气量偏高和混凝土配比设计有很大关系，混凝土的配合比应该随时根据材料的稳定性、混凝土中骨料级配、针片状含量、砂率、胶凝材料等指标的变化技术进行优化，保证配合比的合理性。

3.3 混凝土制拌及运输环节分析

混凝土采用利勃海尔DW3.0双卧轴强制搅拌机拌制，每盘混凝土拌制方量为2m3，搅拌时间为120s～180s。采用东风日产UD系列自落实搅拌罐车运输，在运输过程中贯彻始终保持搅拌，在浇筑之前都进行了拌合，从搅拌站到浇筑地，运输距离约为3.0公里，运输时间约为8分钟，混凝土的经时损失在20～30mm，因外界因素影响，在运输过程中会导致混凝土的坍落度损失大。

3.4 混凝土浇筑布料环节分析

混凝土浇筑采用汽车泵或地泵布料，人工振捣的方式进行。为满足《现浇混凝土工程施工技术规格书》中规定的混凝土不得从大于1.5m的高度自由落下，厂房墙体混凝土的布料时，通过现场变更的方式调整了墙体的拉钩筋的布置，每隔3m设置一个下料口（钢筋密集区的两侧设置下料口），混凝土墙体浇筑高度小于4.0m，为便于布料，现场布料设备均加设布料软管，增加后软管长度达到6m。可保证混凝土布料时混凝土自由下落高度要求。下料口满足布料软管进出。

混凝土在钢筋密集区下料时，密集区两侧分别预留浇筑点下料，将混凝土变更为细石混凝土，减小混凝土的浇筑分层厚度，分层厚度控制在200mm～300mm内。其它区域混凝土浇筑时，在预留的浇筑点下料，分层厚度为不大于500mm。

现场采用两种设备进行浇筑，一种为地泵，地泵的泵送压力值为30MPa,泵管为Φ125；一种为混凝土汽车泵，泵送压力值为8 MPa，泵管为Φ125。现场混凝土泵送后塌落度损失值经现场抽检主要分布在10～20mm区间范围。存在混凝土坍落度损失值偏大的情况，同时伴随混凝土经时损失偏大的情况。

3.5 混凝土振捣环节分析

非钢筋密集区：混凝土振捣采用Φ50插入式振捣器进行振捣，操作振捣器遵循以下原则：“直上直下，快插慢拔”，插棒间距40～50cm，混凝土振捣采用梅花型，振捣必须密实，不得有漏振或振捣不实的现象发生。振捣时间10～20s为宜，振捣效果判断标准为：砂浆上浮，石子下沉不出现气泡，混凝土表面平整反光。

钢筋密集区：混凝土振捣采用Φ30插入式振捣器进行振捣，操作振捣器遵循以下原则：“直上直下，快插慢拔”，振捣时间延长到30～50s，插棒间距20～30cm之间，呈梅花型布置，振捣必须密实，不得有漏振或振捣不实的现象发生；对于钢筋特别密集的区域。

混凝乳浇筑层之间的结合，振动棒须插入下层已浇筑混凝土内不小于50mm。现场混凝土的振捣满足规范及技术规格书的要求。

3.6 混凝土气泡产生原因分析总结

1）原材料本身级配不合理，粗骨料偏多、大小不当，碎石中针片状颗粒含量偏少；实际使用的砂率比实验室提供的砂率偏小，细粒料不足以填充粗粒料空隙，导致粒料不密实，形成自由空隙，自由空隙将会被自由水填充。

2）水泥和水用量的比例，在水泥用量较少的混凝土拌合过程中，由于水化反应耗费的水较少，使得薄膜结合水、自由水相对较多。从而导致水泡形成几率增加。

3）某些混凝土外掺剂以及水泥自身的化学成分，也是导致气泡产生的原因。

4）在振捣过程中由于将混凝土内部的气泡没有全部排出。

5）现场采用的粉煤灰属于火电厂附属产品，火电厂所烧煤品质有所差异，直接导致粉煤灰质量存在不稳定情况，反应在颜色上会出现偏白色和偏黑色两种。间接导致粉煤灰与外加剂匹配性欠佳。

6）混凝土用原材料如：粉煤灰、外加剂存在不稳定情况，造成混凝土不稳定，表现为坍落度时大时小、和易性欠佳、墙面存在一定数量气泡无法排出；

7）因混凝土和易性问题，导致振捣操作人员对于混凝土的振捣时间掌控存在较大困难。

3.7 混凝土气泡预防措施

1）对粗细骨料的质量严格把关，控制骨料的粒径，对粗骨料的级配及细骨料的细度进行严格控制，避免使用不合格的材料，从而减少混凝土中气泡的形成；

2）严格控制水泥的质量，对水泥的技术参数进行严格检查，保证烧失量及水泥比表面积的变化规律基本平衡，不要产生大幅变化，从而杜绝混凝土中的“水泡”产生；

3）对于骨料级配要合理配备，骨料的粒径不均匀，粒径之间的空隙大，各种级配之间的空隙无法靠有限的胶凝材料填充满，在胶凝材料不变的情况下，砼搅拌后所产生的空隙均被游离水占据，在砼的搅拌过程中会产生“水泡”。因此要对骨料连续级配的含量进行合理控制；

4）对外加剂（减水剂）的质量严格控制，不能因外加剂自身参数的不稳定而导致混凝土气泡的增加；

5）根据材料的变化，对混凝土的配合比进行调整，在混凝土配置过程严格控制各材料的用量，以保证混凝土良好的和易性。

6）严格控制混凝土浇筑过程中的分层厚度，对于剪力墙结构浇筑厚度一般不超过300mm。并要重视混凝土的振捣，从振捣时间、振捣半径、振捣方法入手，注意在施工过程中进行总结，结合现场实际情况选用一套最优的振捣方法，

总结：

混凝土结构表面的气泡产生的主要原因是原材料的稳定性不好，波动较大，使得混凝土的坍落度不稳定，和易性欠佳，气泡无法排出；间接原因是因混凝土坍落度时大时小，操作人员对于混凝土振捣时间难以掌控，导致混凝土打磨后表面气泡较多。如何解决在混凝土施工中出现的表面气泡现象，是每一个建筑工程人员必须面对的一项课题。根据理论是可以减少或者消除混凝土结构表面气泡的，但还应当在实际操作中进行验证，本文从原材料的使用到振捣过程时间的控制，希望给广大建筑工程人员提供更多的思路。

[1]《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013.

[2]《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011.

[3]《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2013.

[4]《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002.