浅谈箱梁外观色差控制对策

王晓伦

(衡水市公路勘测设计所)

1 前 言

衡水 -井陉公路武邑至前磨头段滏阳河桥位于衡水市桃城区境内,跨越滏阳河的一座大桥,是衡水 -井陉公路的关键工程之一。本文对象为滏阳河桥,桥梁全长 105m,桥面全宽 13.0 m,设计荷载为公路 -Ⅰ级,设计规模为 5～20m的连续现浇混凝土预应力梁桥。

箱梁为大体积结构物,其暴露于外界的面积也较大。随着人们审美观点的提高,要求箱梁不但要“内实”,而且要“外美”。所以保证箱梁外观颜色的统一,消除色差是问题根本所在。现就衡井线桥滏阳河 20m箱梁施工中色差控制做以下论述。

2 混凝土表面颜色的形成

混凝土构件的制作过程为:水泥(胶凝材料)加粗细骨料加水再掺加一定的外加剂经过拌和形成拌和物,再经过浇筑、振捣、养生成型。混凝土内起着填充作用的胶凝材料——水泥包裹着整个骨料,混凝土构件表面充满了水泥浆。因此,水泥的本色就是混凝土构件表面的颜色,这是基色。基色的深浅通过用水量、水泥的成分和用量以及施工措施和环境的变化来实施。

混凝土除了基色外还充斥着其它的颜色。混凝土内部存在着很多的毛细孔隙,混凝土构件在脱离整个模板后,长期裸露于自然环境中,随着硬化过程的进行和多余水分的蒸发,在其表面渗及内部形成许多的、大小不一的毛细孔隙,通过光的折射、反射作用,从毛细孔内反射出骨料,主要是粗骨料的基岩颜色。

3 混凝土表面色差形成的原因

混凝土表面色差产生的主要原因有两个,其一是原材料造成的。其二为人为施工工艺方法所为。

3.1 原材料对箱梁表观色差的影响

(1)硅酸盐水泥原料

生产硅酸盐水泥的原料,主要是石灰质原料和粘土质原料两类。石灰质材料主要提供 CaO,粘土质原料主要提供SiO2、Al2O3以及 Fe2O3。有时两种化学原料不能满足要求,还要加入少量校正原料。

从硅酸盐水泥的制作原料基岩来看,其按原始状态分为两种,一种是经过化学加工前的硅酸盐水泥原料基岩,一种是只经过物理加工的骨料基岩。硅酸盐水泥制作原料基岩包括烧制前的生料和烧制后的熟料及外加掺合料。由于受地理地质的影响,各地水泥的制作原料均存在差异性,原料中所含的矿物成分如铬、铁等含量不一,因此导致同等级的水泥内各种成分含量存在差异性。这样最后形成的是混凝土表面基色存在根本的差异性:白、灰、红、青等各种不同的颜色。

(2)骨料

由于选用的材料有限:粗骨料——石灰岩、花岗岩、石英岩等,细骨料——河砂、山砂以及岩石破碎的碎砂等。同样由于地理地质条件的限制与影响,骨料的成分较为复杂,因此在混凝土内部通过光的折射、反射体现出来的颜色就不尽相同。由于骨料受水泥浆的包裹,裸露面积小,通过毛细孔折射光的面积较小,因此在混凝土表面形成的颜色就只是淡淡的骨料基岩颜色。由于受条件的限制,不可能做到为了混凝土基色的一致性,而耗费大量的人力物力进行选择,因此施工中只能认可这种现象。

(3)拌和用水

拌和用水所含物质对预应力混凝土不应产生有害作用,即不影响混凝土的和易性及凝结;不损于混凝土强度的发展;不降低混凝土的耐久性。从对外观的要求来说必须不污染混凝土表面。

(4)外加剂

目前桥梁工程所用预应力混凝土,通常要求设计强度为C50以上,水灰比必须在 0.35～0.40之间才能达到强度要求,所以必须采用高效减水剂等外加剂才能满足满足混凝土拌和物的工作性能。

外加剂的用量一般较少,其对混凝土表面颜色的影响可以忽略不计。

3.2 施工工艺对箱梁的表观影响

混凝土施工工艺颜色受水灰比、模板、施工中控制、外界环境等的影响,下面逐一进行分析。

(1)水灰比

为了便于施工,混凝土必须具有一定的施工坍落度,在不掺加外加剂的情况下势必增加水泥用量。掺加外加剂,在配置高强度混凝土时,如不掺加掺合料,同样需要较大的水泥用量。但是随着水泥水化反应和强度的增长以及各种环境的变化影响,混凝土内的水分蒸发,在混凝土内形成许多毛细孔,而在形成毛细孔的同时,在毛细孔内析出 Ca(OH)2等结晶,这样透过光的折射,在混凝土表面形成白或灰白颜色,析出的晶体越多则颜色越白。

硅酸盐水泥加水后不久,拌合水即变成氢氧化钙饱和溶液,确切地说就是碱和氢氧化钙过饱和溶液,氢氧化钙从过饱和溶液中结晶析出,同时从水泥中主要成分与水的反应可以看出,生成了较多得氢氧化钙。很明显将会有更多的Ca(OH)2晶体析出。

2(3CaO.SiO2)+6H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+3Ca(OH)2

2(3CaO.SiO2)+4H2O→3CaO.2SiO2.3H2O+Ca(OH)2

由此得出结论:水泥用量越大,晶体越多,颜色越淡。

(2)模板

箱梁支模必须选用质量合格的光面外模。施工中虽然在模板上使用脱模剂(如肥皂水),但是难免会依附其它各种物质,如:灰浆、污垢、粉尘、油漆以及金属部分的锈蚀等,在混凝土达到一定强度以后,这些物质也便依附于混凝土构件表面,形成各种难看的污点,严重者将直接影响构件的外观质量。模板在规定的周转次数内,虽然经过打磨处理,但是模板表面的光洁度肯定一次不如一次,导致混凝土表面形成毛面,同时模板上的污垢也越来越厚甚至发生台阶状的尘垢,致使混凝土构件表面形成难看的台阶状花纹,严重影响混凝土构件的外观质量。当然在模板比较光洁的情况下,混凝土表面的颜色表现为基色,但是由于受脱模剂涂抹不均匀的影响,可能外观颜色也表现为不一致。脱模剂不可随意更换,要始终固定使用同一种,减少色泽差异。

模板反复周转,之间很难做到整体性,因此模板之间即使使用双面胶带也存在空隙。在混凝土浇筑过程中,易透过不密贴的部位出现漏浆。由于水泥浆的流失和随着混凝土养生的进行水份的蒸发,在接缝不密贴部位就形成麻面、翻砂或形成青黑色或者是花斑毛面状(该处多为不密实状态)。

(3)浇筑施工中控制

当使用两个或两个以上拌和站搅拌混凝土时,可能由于计量不准造成配合比不一致而导致混凝土色泽稍有差异。

混凝土在施工中,由于使用振捣工具的不当,如振动棒接触模板振捣,将会在混凝土构件表面形成振动棒印,而影响构件外观效果。由于混凝土的过振造成混凝土离析出现水线状,形成类似裂缝状影响外观,还会造成混凝土离析形成花斑状(石子外露点),不仅是外观质量差而且混凝土强度也会降低很多。

若浇筑过程中出现较长的时间间断,易造成混凝土之间形成青白颜色的色差等不均性。

钢筋与模板之间若使用与混凝土颜色不一致的塑料垫块,会造成点斑色差。

(4)外界环境

混凝土在施工中,水泥的水化反应受环境的影响较大,尤其是受温度影响较大。当环境温度较低时,混凝土的原材料:粗细骨料、水的温度较低,同时受拌和机具、运输机具、模板等的吸热影响,混凝土最终入模的温度亦较低,水化反应较慢,强度增长较慢,在混凝土达到较高强度则花费的时间较长,水化反应的充分,析出的 Ca(OH)2较少,因此混凝土成型后的外观颜色就呈现青色。相反,当温度较高时,混凝土原料吸热较多,温度较高,同时受拌和机具、运输机具、模板的影响,造成混凝土入模温度较高,水化反应较快,较高的水化热致使混凝土内部温度迅速升高,析出的Ca(OH)2较多,因此颜色较多的表现为灰白色。在实际的施工中,受工期等的影响,同时为了降低成本,而采取覆盖、蒸汽养护或其它保温措施养护,但值得注意的是,升温不应只对混凝土加热而忽略了原材料的温度,因此升温的措施应当双管齐下。选择一个合理的混凝土入模温度和养护温度,对混凝土的强度增长最为有利,满足整个施工进度的需要。也就是说,在条件许可的情况下,尽可能采用自然养护,在环境温度较低时,应对原材料和机具加热,成型后对混凝土加热养护,保持一定的湿度;在环境温度较高时,应对原材料、机具等降温,不需要再对混凝土加热养护,但同时必须用水不间断养生。

4 消除色差控制方法

综合以上色差形成的原因,结合我项目箱梁实际的施工特点和成功经验,特总结消除色差控制方法如下。

(1)使用相同厂家的水泥,从根本上做到水泥颜色一致。

(2)粗细骨料 14d膨胀率应小于 0.1%,且无潜在碱-硅酸反应危害。最好使用相同产地的粗细骨料,拌和前要进行清洗,清除里面的杂质。

(3)拌和用水应符合JGJ63-89混凝土拌和用水标准要求。我项目使用无色无味地下水,起到了良好效果。(4)浇筑用混凝土配合比应保持一致,不得随意变化。(5)重复利用模板必须清理打磨干净,模板拼缝用双面胶带处理,确保不漏浆,同时脱模剂必须涂抹均匀。

(6)若使用两个及以上拌和站,可使用专站专车的运输方式,在现场分站分边分泵泵送,尽量保证每站的混凝土浇筑在固定的一侧,使相临混凝土颜色统一。

(7)加强振捣工人的培训,振捣时不得接触模板并且不得过振、漏振。

(8)尽量使用同一型号同一颜色且和混凝土颜色像近的塑料垫块。

(9)加强浇筑完成后的养护工作,注意随气温的变化而采用不同的养护措施。

5 结束语

以上对箱梁表面颜色进行了理论和实践上的初步探讨并给出了解决方案。总之,严格执行国家有关规范、技术标准,再结合自身实际条件进行施工,是达到箱梁外观要求的基础和前提。在的施工实践中只要多观察、多比较、多分析、多总结,不断改善技术措施,就一定能实现箱梁“内实外美”的要求。

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[2] 苏权科,张文忠.桥梁施工违规纠正手册[M].人民交通出版社,2004.

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