PCCP管芯混凝土气泡产生原因分析及抑制措施

PCCP管芯混凝土气泡产生原因分析及抑制措施

颜钱

山东龙泉管道工程股份有限公司山东省淄博市255200

摘要：目前大口径埋置式PCCP管的浇筑成型，均采用立式浇筑并通过附着式高频振动器进行振动作业的方式，因而存在混凝土浇筑过程中排气效果较差，管芯外表面易出现气孔的现象，基本上均存在气泡，难以完全杜绝气泡的产生。

关键词：PCCP管芯；混凝土气泡；原因分析；抑制措施

引言

预应力钢筒混凝土管（PCCP）管芯采用立式浇筑并通过附着式高频振动器进行振动作业的方式成型，管芯外表面易出现气孔的现象，基本上均存在气泡，难以完全杜绝气泡的产生。本文中主要浅谈管芯浇筑中管壁混凝土产生气泡原因分析和抑制措施。

一、混凝土气泡产生原因分析

1、混凝土配合比不当，混凝土过于粘稠，振捣时气泡很难排出。由于混凝土配合比不当，例如胶结料偏多、砂率偏大、用水量太小、外加剂中有不合理的增稠组分、水胶比较大等，都会导致新拌混凝土过于粘稠，使混凝土在搅拌时就会裹入大量气泡，即使振捣合理，气泡在粘稠的混凝土中排出也十分困难，因此导致硬化后的混凝土结构表面出现气泡及蜂窝麻面。由于混凝土和易性较差，产生离析泌水，为了防止混凝土分层，混凝土入模后，不敢充分振捣，大量的气泡排不出来，也会导致硬化混凝土结构表面出现较多的气孔。当采用的水胶比越大，则混凝土结构表面所产生的气泡就会越多。这主要是因为当混凝土中的水达到饱和后，多余的水份，从混凝土中游离出来而排出、并吸附于混凝土结构的表面，会被混凝土自身养护而吸收或随着空气而蒸发，形成气泡。

2、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，这样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，为气泡的产生提供了条件。

3、有一些水泥厂为了增大水泥细度，提高水泥早期强度，又考虑节约电能，往往在磨粉时加入一些助磨剂，例如木钙、二乙二醇、三乙醇胺、丙二醇等物质，由于其中一些助磨剂有引气性，而且引入的气泡不均匀且偏大，也会给硬化混凝土结构表面造成气泡及蜂窝麻面现象。

4、目前建筑市场使用的减水剂部分为阴离子型表面活性剂。当外加剂加入到混凝土中后，使混凝土中拌合用水的表面张力不同程度地下降，埋伏下了起泡的因素，在混凝土搅拌或制作过程中会产生不必要的气泡，国外发达国家很早就发现了这个问题，他们在许多外加剂中都掺加了适量的消泡剂，用来消除有害的大气泡。如果再加上振动不合理，大气泡不能完全排出，肯定会给硬化混凝土结构表面造成气泡及蜂窝麻面现象。

5、环境温度对混凝土结构面层的质量也有影响。由于气泡内部含有气体，因此气泡体积变化对环境温度特别敏感，环境温度高时气泡体积变大，气泡承载力变小，容易破灭。环境温度低时气泡体积变小，承载力较大，不容易形成联通气泡。温差较大时，附着在混凝土结构表面的气泡体积变化也很大，当混凝土面层水泥浆体的强度小于气泡强度时，气泡体积随环境温度变化而变化，气泡周围的水泥浆体也随之变化，随着时间的推移水泥浆体的强度不断增加，当气泡周围水泥浆体达到一定强度时，再不随气泡体积变化而变化，如果此时正赶上气泡直径最大时，势必给混凝土面层留下气泡。

6、不合理使用脱模剂是造成硬化混凝土结构表面蜂窝麻面及气孔的主要原因。目前脱模剂市场比较混乱，良莠不齐，产品大致分以下几大类：矿物油类、乳化油类、水质类、聚合物类和溶剂类等。

就矿物油类脱模剂而言，不同标号的机油黏度也不尽相同，即使是同标号的机油，由于环境温度不同，黏度也不相同，气温高时黏度低，气温低时黏度高。当气温较低时，附着在模板上的机油较黏，新拌混凝土结构面层的气泡一旦接触到黏稠的机油，即使合理振捣气泡也很难沿模板上升排出，直接导致混凝土结构表面出现气泡及蜂窝麻面。有一些单位充分注意到这一点，在机油中加入部分柴油，用来降低脱模剂的黏度，这样做能起到一定作用，但是仍不能取得令人满意的效果。

水乳类脱模剂目前在市场上比较多，但是有一些产品选用的乳化剂引气性较大，也会给混凝土结构面层造成气泡及蜂窝麻面。

动植物油进行脂化的脱模剂出现的问题较多，其原因是产品中含有引气性比较大的乳化剂及增稠剂，会给混凝土结构面层带来极大的影响。模具材质不同也会使混凝土结构面层出现不同的状态。

7、混凝土的不均匀搅拌会导致外加剂在混凝土中的不均匀分布，从而起不到外加剂的作用。特别是混凝土从出厂到施工现场需要较长的运输时间，在这种情况下更要加强混凝土的均匀搅拌。但搅拌的时间越长，产生的气泡就会越大。

8、浇筑工艺：振捣的时间越长（超振）或越短（欠振）以及未振捣到的地方（漏振）对混凝土的表面均会产生气泡缺陷。超振会使混凝土内部的微小气泡在机械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而导致的混凝土自然空洞或空气型的不规则大气泡。

二、工程案例

山东龙泉管道工程股份司有限公湖北分公司生产的PCCP管内径为3800mm，有效长度为5143mm，芯厚度为340mm，管芯混凝土内壁厚85.0mm，外壁厚253.5mm，内、外部混凝土一次浇筑成型。PCCP在混凝土结构中属于薄壁高强结构，管芯混凝土采用立式浇筑成型方式，通过附着式高频振动器进行混凝土振动作业。管芯混凝土标号为C55，抗渗等级W10，抗冻等级F100。

1、混凝土所使用的水泥、粉煤灰、骨料、减水剂等指标如下：

（1）水泥：P.O52.5（低碱）水泥。所有检测项目均达到GB175-2007标准要求。

（2）碎石：规格为5-25mm的碎石。使用的碎石经过水洗，颗粒均匀，无杂质、质地坚硬、无泥块，符合技术要求，超逊径含量按照SL352-2006《水工混凝土试验规程》检测。所有指标均符合GB/T14685-2011。

（3）中砂：选用规格2.3-3.0的中砂。外观检测无杂质，符合GB/T14684-2011指标要求。

（4）粉煤灰：F类I级粉煤灰。外观颜色灰白色，较之水泥颜色浅一些，无结块，堆积密度以及外观手感均达到GB/T1596-2005、GB/T50146-2014标准中Ⅰ类粉煤灰标准要求。

（5）外加剂：聚羧酸类减水剂。符合GB/T8076-2008、GB50119-2003标准要求。

2、混凝土配合比设计

设计要求：在满足混凝土强度保证率95%的前提下，经过试验确定。水灰比不大于0.34，塌落度在70～110mm，使用聚羧酸类高效减水剂，总碱含量控制在3Kg/m3以内，抗渗等级W10，抗冻等级F100。

混凝土配合比设计粗细骨料以干燥状态为基准计算，试验依据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011、《高强混凝土应用技术规程》JGJ/T281-2012、《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008及管材生产技术指标要求，按高强混凝土进行配合比设计，通过适配试验最终确定混凝土设计配合比，水泥：365kg，粉煤灰：64kg，中砂：661kg，碎石：1227kg，水：133kg，减水剂：4.5kg。

3、采取的抑制措施

针对管芯混凝土产生气泡产生原因，采取主要抑制措施有：

（1）混凝土拌合控制

试验员严格按照设计配合比计算施工配合比，拌和站操作员按照当天下达的混凝土配料单进行拌制，保证混凝土充分均匀搅拌。质检员管控管芯混凝土的和易性、坍落度，拌制的混凝土坍落度控制在90-110mm。施工过程中每天的中砂、碎石含水率。另外，拌合站使用的砂石料为同批次进场的砂石料，避免因砂石含水率及质量波动引起混凝土质量的不必要波动。

（2）严格控制进场原材料质量

碎石选用时，严格控制好骨料粒径、颗粒级配、针片状含量，备料时认真筛选，选择合适的颗粒级配。原材进场后及时进行取样检测，合格后由监理按比例进行平行检测，试验检测结果合格后方可投入使用。

蒸汽养护的预应力混凝土，不宜掺用引气剂和引气减水剂，选用的减水剂不掺入引气剂。

（3）PCCP管浇筑工艺控制

在模具都按要求安装到位后，先下料2m3左右，打开模具下面外部4个附着式振动器和里面2个附着式振动器，继续浇筑混凝土至模具中部位置，浇筑过程中控制混凝土落料速度和浇筑高度，保持钢筒内混凝土浇筑高度高于钢筒外混凝土浇筑高度且不超过500mm，浇筑高度达到管材高度的3/5时，再打开模具上面外部4个附着式振动器和内部2个附着式振动

器，继续浇筑至模具2/3位置时，关闭下部内、外附着式振动器，防止底部混凝土过振，成型时间控制在40～45min范围内，防止底部混凝土过振。浇筑结束时应放慢下料速度，以免过量，继续振动10-15min时间，如观察管芯上端面仍有气泡未排除，适时复振1-3min，既保证排除了混凝土拌合料中多余的水份和空气，使混凝土充分密实，又避免了混凝土产生分层现象。直至达到混凝土生产工艺要求的振捣时间后停止振动。

混凝土应连续浇筑并控制下料速度，使混凝土中的气泡逐层上升并“破泡”，消除掉。

（4）保证振动器的振幅与震击力

保证空气压力的前提下，全部使用新购进的振动器，振动器的振幅和震击力得到了保障。

（5）养护制度控制

为了使管材上部混凝土中的气泡在水泥浆体达到一定强度前排出，采用低温蒸养，严格控制蒸养温度，混凝土静停、升温、降温都持续有效进行，杜绝了温差变化过大对管材的影响。采取上述的措施后，PCCP管芯混凝土浇筑脱模后，管芯内壁基本杜绝了气泡的产生，管芯外壁气泡数量明显减少且气泡较小。管芯外观质量得到了很大提高。

结语

通过采取以上措施后，经过现场跟踪验证，管芯混凝土中的气泡虽未完全消除，但气泡明显变小、变少。在以后的工作中，针对本文中提到的原因，我们仍将进行研究和试验，持续改进；同时，我们也会继续寻找其他影响因素，对生产工艺进行改进和优化。