摘要：在混凝土施工过程中，由于各种原因，混凝土表面出现气泡、泛砂、色斑甚至裂缝等缺陷，影响混凝土结构的抗冻性、抗渗性、抗冲刷和耐磨性要求，因此，施工技术人员需了解混凝土表面缺陷的成因并采取相应的措施防止和控制表面缺陷的产生。在宛坪高速公路管辖A1标段的施工过程中，结合试验室的试验与实际施工，提出控制混凝土表面缺陷的措施，对实际施工具有较好的指导意义，现将混凝土表面缺陷的成因分析与控制总结如下。
关键词：混凝土桥墩;缺陷;解决措施
一、混凝土桥墩表面缺陷的成因及机理分析
1、气泡
(1)形成机理。在振捣过程中，混凝土中的空气不断排出，当混凝土与模板表面之间的空气不能完全排出时，滞留的空气占有一定空间，即形成气泡。
(2)影响因素。①原材料的影响：砂石含泥量过大、砂过细导致混凝土过度粘稠，阻碍混凝土拌合物中的空气排出。②水灰比的影响：混凝土单位用水量偏多，水泥水化热造成水分的蒸发，使拌和物中产生较多的水蒸汽，在气温较高的施工环境中，会进一步加大拌和物中水蒸汽的含量，增加排除气体的难度。③脱模剂的影响：采用油系列的脱模剂，如果粘度较大，在振捣过程中，脱模剂与水亲和形成油水混合物，这种油水混合物增加空气排出的难度，④混凝土浇筑层厚度的影响：一般的插入式振捣器的有效半径为45~75mm，当浇筑厚度达到50cm以上时，下层混凝土中的空气很难排出。⑤振捣作业影响：漏振或捣固时间不足都会使拌和物的排气效果变差。另外振捣顺序有很大影响，从中间向四周振捣，若将水分赶至模板边缘，振动时间应适当延长。⑥坍落度影响：坍落度过大，小气泡易积聚成大气泡，增加大气泡数量。⑦砂率影响：砂率过大得混凝土，粘聚性和保水性过大，增加细小气泡数量。
2、泛砂
(1)形成机理。在混凝土浇筑和成型的过程中，会产生较大的离析和泌水。离析使水泥浆从混凝土拌和物中逸出，拌和物各成份离析，失去连续性;泌水使固体颗粒下沉，水份上升，泌水的水从混凝土内部向模板间隙渗流，把混凝土表面的水泥浆带走而留下细砂附于混凝土表面，形成不规则砂砾或泛砂，严重影响混凝土的光洁度。
(2)影响因素。①原材料的影响：集料级配不良，粒径过大，砂过粗都会影响混凝土粘聚性和保水性，加大混凝土的离析和泌水，使混凝土在表面出现泛砂现象;水泥品种不同，拌和物保水性不同;掺加粉煤灰时，粉煤灰的细度对混凝土的质量有很大影响，Ⅲ级灰会产生严重的泌水，对混凝土表观质量有不利影响，Ⅰ级灰可以有效地改善混凝土的和易性。在水泥用量较少的低标号混凝土中可以适当地加入粉煤灰。②水灰比和坍落度的影响：水灰比过大，混凝土粘聚性差，拌和物就容易离析泌水。③砂率的影响：最佳砂率可以使混凝土拌和物获得良好的粘聚性和保水性，反之砂率控制不好，会使混凝土产生离析和泌水。④振捣作业的影响：混凝土受到过振，会使混凝土出现离析和泌水，造成泛砂现象。工程技术人员一般要求混凝土振捣棒操作人员注意振动时间，却忽视混凝土振捣棒距离模板的距离，当距离<10cm时，极易造成过振而泛砂。⑤模板影响：模板刚度不够，其弹性及传递振动波能力较高，同条件下其受被动拍打的力度较大，如次数过多，会在振动相对频繁的部位产生泛砂现象。
3、色斑
(1)形成机理。混凝土拆模后表面出现颜色不一致的斑带,表面呈花斑状。色斑是反映混凝土搅拌质量的重要特征。
(2)影响因素。①模板表面质量的影响：模板表面不清洁，特别是在模板除锈打磨后不及时涂刷脱模剂时，会导致模板被氧化成氧化亚铁、氧化铁，形成氧化物色斑。②脱模剂的影响：当脱模剂本身颜色较深(一般来说油质脱模剂大都有染色问题)，会导致混凝土表面颜色较深，特别是当脱模剂涂刷不均时极易产生色斑。③ 拌和质量的影响：搅拌时间不够，搅拌不均使得水泥浆未充分均匀包裹集料从而造成和易性、坍落度无法满足要求并导致混凝土表面颜色不一致。④集料中含有染色物质的影响：集料中含有如风化严重的泥岩、褐铁矿、铝矿等矿物碎屑，浸润在混凝土表层，与空气接触后会形成氧化物时，混凝土颜色出现差异。⑤原材料使用的影响：构件使用的原材料(水泥批号、砂石级配)不统一，砂石含泥量过大，造成混凝土表面出现色斑。
4、裂缝
裂缝问题是大体积混凝土病害的首要问题。裂缝出现的主要原因是混凝土受到的拉应力超过其所能承受的最大极限。裂缝的类型和成因可分为：①整体塑性收缩裂缝通常比较小而且长度和宽度都不是很大，产生的原因可能为用水量过大，混凝土表面失水过快，混凝土配合比中细集料比例偏小，粗骨料比例过大，水灰比偏大等。这类裂缝在早期对结构的安全性能影响不大，但随着混凝土龄期的增长，在外荷载和内外温差的影响下，微裂缝逐步发展变大，造成结构抗裂安全度降低。②干湿收缩裂缝是由于混凝土构件拆模后完全置于饱和的空气中，混凝土中的自由水会很快逸失，且逸失先从混凝土表面开始，一般混凝土表面向内的干燥深度发展很慢，最多75mm，而表面水分的散发速度非常之快，从而造成干湿收缩，当干湿收缩的应力超过混凝土抗拉应力就会产生裂缝，且湿度梯度越大，产生的裂缝越多。
二、表面缺陷的控制措施
基于上述对混凝土表面缺陷产生的原因的分析，我监理公司建议A1标段混凝土桥墩施工中采取了如下控制混凝土表面缺陷的措施：
1、原材料的控制
施工现场的原材料与试验室设计配合比的原材料有一定的差异，所以对进场的原材料要严格加以控制，不能使用过期的水泥，同一构件应使用同一厂家同一炉号的水泥、避免产生表面色斑。对砂石严格控制含泥量及针片状含量。在宛坪高速公路A1标段桥墩浇筑时所采用的配合比中砂率取32%，但砂子级配不能满足现行的国家标准，砂子中含有较多的小石子。在现场做砂石搭配试验后，试验数据见表1。通过适当提高砂率，将砂中的细石子代替部分粗骨料来调整混凝土现场配合比。为使混凝土达到最大的密实度，砂率宜选在35%~40%之间，这样既可以保证混凝土内部的密实度和混凝土的强度，又减少混凝土表面出现气泡、泛砂等缺陷。
表1砂石搭配试验数据
石子重量/kg 砂重量/kg 砂率/% 添砂重量/kg 桶重/kg 桶+样/kg 松散堆积密度/(kg/m3) 桶+样/kg 紧密堆积密度/(kg/m3)
45 47.37 20 11.25 2 21.30 1930 22.35 2035
45 46.88 25 0.49 21.50 1950 22.35 2035
45 46.55 30 0.32 22.50 2050 22.75 2075
45 46.32 35 0.23 22.35 2035 23.45 2145
45 46.15 40 0.17 22.60 2060 23.40 2140
2、混凝土搅拌质量的控制
混凝土拌和物的和易性与搅拌质量有很大的关系，搅拌不均匀会使得水泥浆未充分均匀包裹集料从而造成和易性、坍落度无法满足要求，并导致混凝土表面颜色不一致，一般搅拌时间应≮3min。在投料时，砂石应严格按质量计，严禁以体积代替质量。潮湿的砂由于颗粒表面吸附水膜的存在，砂粒互相粘附，形成疏松结构会引起体积显著增加。一般当砂的含水率为5%~8%时，其堆积密度最小而体积最大，当砂的含水率继续增大，砂粒相互间不能粘结,重新恢复其流动性,所以体积反而缩小，当含水率为20%左右时，湿砂体积与干砂相近(如图1);若含水率继续增加，颗粒相互挤紧，湿砂的体积小于干砂。另外，骨料含水量的变化将影响水灰比，进而影响混凝土的坍落度等。在投料时应先将砂或石子投入料斗，再投放水泥，防止水泥粘在料斗上。
图1砂含水率与体积改变的关系
3、模板与脱模剂的控制
模板是混凝土成型的基础，因此成型的混凝土表面质量与模板表面质量的优劣有很大的关系。为使混凝土表面光洁平整、周转率高，一般采用钢模板。钢模板除需满足刚度、平整等基本要求外，主要是控制其表面的光洁度和清洁度。一般拆模后应及时处理模板表面并涂刷脱模剂，防止表面氧化，再用塑料薄膜覆盖，防止模板表面污染。塑料薄膜的宽度依浇筑分层厚度而定，一般控制在50~60mm左右，浇筑时扯下塑料薄膜，以防止水泥浆污染混凝土表面。
脱膜剂要选择对混凝土无污染、脱膜剂效果好的脱膜剂。涂刷要均匀，显油光即可。涂刷过厚会造成下层混凝土表面颜色较深且颜色不一致。经宛坪高速公路A1标混凝土桥墩试验证明，采用有机硅脱膜剂效果好。
4、浇筑质量的控制
混凝土的浇筑对混凝土表面质量的影响最大。混凝土的振捣时间要严格控制，时间过短，混凝土振捣不够密实，气泡不易排尽;时间过长，容易使混凝土拌和物中的石子下沉，水泥浆上升，造成泌水和离析(当发生泌水时，泌水会积聚在模板表面，产生水泡，拆模后表面出现水泡孔洞，影响外观。振捣一般控制在 20~30s为宜，以混凝土停止流动，不冒气泡，表面平坦，泛浆时为好。振捣时还应注意离模板表面要有一定的距离，一般控制在10~20cm，严禁磕碰模板，否则将引起模板的振动，导致模板和混凝土之间有一定的间隙，在浇注上层混凝土时的水泥浆沿着间隙下流，污染下层初凝混凝土的表面。
5、拆模及养护的控制
施工阶段混凝土表面出现裂缝主要与拆模和养护有关，拆模过早会导致混凝土表面粘模、缺棱掉角，过晚会增加拆模难度。一般在混凝土强度达到2.5MPa 时，即浇筑结束后第4d或以后开始拆模，并选择天气晴朗，气温较高的时段进行，因为此时气温变化相对较小，不宜导致气温相差过大而使混凝土表面产生裂缝。拆模后必须覆盖严实，防止昼夜温差过大而引起温度裂缝，晚上可起到保温的作用，还可防止混凝土表面在风沙作用下失水过快而在表面形成干缩裂缝。应在气温较高的时段进行洒水养护，防止失水开裂，禁止在低温时段浇水养护。养护时间在7~14d。
按照以上方法进行控制，混凝土表面质量得到了很大的提高，基本消除了泛砂、色斑等缺陷，表面气泡很少，气泡直径较小。
三、结束语
混凝土工程是综合系统工程，混凝土表面缺陷受到混凝土的原材料、配合比、模板质量、脱模剂、施工工艺等多种因素的影响。对大体积混凝土，还需注意温度裂缝，浇筑及养护阶段需采取适当措施加以监控和降温。
基于目前尚没有具体的混凝土外观评定标准，应实行全面质量管理，提高各级施工人员的质量意识，借鉴以往的实际工程施工经验，认真采取措施加以控制。