0 引言

　　在建筑领域快速建造体系中，铝合金模板技术被广泛应用，而基于铝合金模板的混凝土结构成型过程常受各种因素影响，完成后表面显现气泡、气孔。诸如此类混凝土结构表面缺陷往往易被忽视，但气泡的产生对混凝土结构质量有严重危害，不仅影响混凝土外观美感，也会降低混凝土结构强度，影响混凝土结构耐久性。通过研究、分析气泡产生的原因，并加以控制其分布产生，进一步提升工程质量。

　　1 工程概况

　　海德城市花园项目位于东莞市新源路与四环路交会处，由7栋高层住宅楼和2栋办公楼组成，建筑面积272 727.39m²，最高101.46m，地上34层，地下2层。其中，高层住宅楼均采用铝合金模板技术。

　　结合本工程实例，铝合金模板拆除后，气泡主要出现在竖向混凝土结构(墙体)表面，水平混凝土结构(楼板)较少见;呈不均匀、无规律分布，或气泡形或气孔形，大小不一;主要出现于墙体中下部，上部气泡较少;在部分墙体出现较多。微观上，混凝土结构表面气泡的产生直接削减钢筋有效保护层厚度，加快混凝土表面碳化速度;混凝土强度降低;进而影响结构耐久性和强度^[1]。

　　2 气泡成因分析

　　2.1 原材料影响

　　2.1.1 水胶比

　　混凝土生产过程中水胶比过大，则会导致混凝土结构成型后表面产生气泡。结合现场实际开展对比试验(见表1)，控制胶凝材料及其他级配材料用量不变，用水量为可变量，由同一批工人进行混凝土浇筑施工。铝合金模板拆除后，试验结果显示，C40墙体:Q1墙体表面气泡较Q2墙体少，Q3墙体较Q2墙体多;C45墙体:Q5墙体表面气泡较Q4多。

　　从研究试验结果来看，一般情况下，混凝土成型外观气泡含量与水胶比呈正比例关系，水胶比越大，混凝土结构成型表面气泡就越多。同时，根据Stoke原理也可知，气泡上升速度与气泡大小呈正相关，与黏液黏性呈负相关^[2]。过大的水胶比会出现水分过度饱和，使混凝土内部引气剂功能受到影响，不能有效排除混凝土中过多水分和空气，在混凝土表面产生数量庞大的气泡。

　　  

　　表1 不同水胶比对比试验 

　　 

　　 

　　

　　表1 不同水胶比对比试验

　　2.1.2 掺合物

　　混凝土配合比中粉煤灰等掺合物添加量过多是混凝土结构表面气泡产生的又一要因。过多的掺合物会使混凝土黏稠性增大，影响混凝土和易性，对气泡排出的阻滞力增强，致使混杂在混凝土中的气体无法正常排除，进而造成混凝土结构表面产生气泡。

　　2.1.3 级配

　　粗骨料偏多，骨料大小不当，碎石针片状颗粒含量多，粒形差;细颗粒不足以填充粗骨料之间空隙，导致混凝土不密实，形成自由空隙，为气泡的产生提供有利条件。因此，除重视碎石压碎值指标外，碎石粒形、级配也尤为重要。

　　2.1.4 砂率

　　通过试验，周汉章等^[3]的研究表明了砂率与气泡之间的关系，混凝土砂率与含气量呈正相关。在一定砂率基础上，当砂率越大则混凝土含气量越大。当混凝土砂率过小时由于没有足够砂浆包裹石子易产生大气泡且稳泡性差，大气泡极易破灭导致混凝土和易性差甚至泌水，当砂率过大时易产生少害和有害孔级气泡且较稳定以致含气量也升高。

　　同时，张斌等^[4]在配合比试验中指出:混凝土中细砂比例在35%～60%时，细砂含量越大，混凝土拌合物抗分离性越差，振捣过程越易分层造成上部气泡集中;细砂比例在20%～35%时，混凝土拌合物在振捣过程中基本不分层，但细砂含量越小，混凝土拌合物和易性越差。试验最终得出结论:细砂含量为35%时，混凝土拌合物具有较好的抗分离性。

　　2.1.5 外加剂

　　混凝土外加剂过多造成的影响:引气剂、减水剂等外加剂通过产生一些气泡来改善混凝土施工性能，同时也会使这些气泡汇聚到混凝土表面，对表面气泡的产生影响较大。

　　2.1.6 坍落度

　　混凝土工作性能较差，黏聚性差或由于减水剂掺量不足、坍落度不足造成混凝土流动性差等，进而影响混凝土振捣密实，形成气泡、气孔，甚至气洞;相反，过大坍落度的混凝土胶凝材料用量则会增加，黏聚性过大，水分饱满也会影响混凝土中气体的排出。总之，坍落度不足或过大均为混凝土气泡产生的原因。

　　2.2 组合材料因素

　　2.2.1 铝合金模板材质

　　铝合金模板不同于传统胶合木模板，由于其自身材质的密闭性，吸水性差，模板拼缝严密，致使混凝土浇筑过程中产生的气泡难以排出。此外，铝合金模板中金属铝(Al)为活泼金属，易与混凝土中氢氧化物及硅酸盐等复合强碱性物质发生化学反应，生成二氧化碳(CO₂)、氢气(H₂)等气体附着于铝合金模板表层，造成混凝土结构表面产生气泡或气痕;但经多次化学反应后，铝合金模板表面被钝化，后续此类气泡逐渐减少^[5]。该现象较多早见于铝合金模板首次或二次拼装。

　　2.2.2 脱模剂

　　结合工程实例，使用油性脱模剂的墙体拆除铝合金模板后，混凝土结构表面出现的气泡较多，气泡孔径普遍在2～3mm;而涂刷水性脱模剂的墙体，气泡孔径普遍为1mm左右，且较分散。结合现场分析，油性脱模剂较黏稠，气泡排出路径不顺畅;而水性脱模剂溶于水形成较润滑的表层，较前者易将气泡排除。此外，铝合金模板脱模剂涂刷不均匀也是混凝土结构表面气泡产生的重要因素。

　　2.2.3 钢筋

　　考虑墙体表面气泡的产生可能受墙体内部材料(钢筋)的影响。结合现场实际情况研究对比，研究对象分别选取钢筋直径较大、数量多且密集的钢筋混凝土承重墙体A，钢筋直径较小、分布稀疏的填充墙体B;随机挑选3层进行墙体A,B对比。

　　由3组墙体A,B对比可知，墙体A表面气泡较墙体B多，且气泡直径相对较大。当墙体钢筋较密集时，振捣困难，易在墙体内形成间隙，空气充满间隙难以排出，形成气泡附着于铝合金模板表面;另外，当混凝土浇筑时，钢筋保护层过小且浇筑施工过程中钢筋晃动，造成气泡聚集，若不充分处理，则会导致混凝土结构表面产生气泡。此外，墙体上的水电线盒等预埋件周围也常见少量气泡、气孔产生。

　　2.3 施工工艺影响

　　2.3.1 模板表面清洁度

　　铝合金模板拆除后表面未清理干净黏结的混凝土渣块、杂物或污渍，致使混凝土浇筑时，黏结物周围产生间隙包含空气，易导致混凝土结构表面滋生气泡、气孔。

　　2.3.2 混凝土振捣

　　本工程大部分气泡出现在竖向(墙体)结构上，而非水平(楼板)结构;主要是水平(楼板)结构振捣气体排出路径短，有效疏散气体面积大。

　　1)过振或振捣不足均会使混凝土表面出现气泡缺陷过振则会使混凝土内部微小气泡在机械作用下出现破灭重组，由小变大。振捣插入间距过大、振捣时间短、振捣不足和漏振均会使混凝土出现不密实而导致自然空洞或不规则大气泡产生。

　　2)振捣棒使用方法不当则会适得其反振捣棒“快插慢抽、上下抽拔”正确振捣方式能有效抑制气泡产生。现场试验发现，振捣棒上下垂直拔出比倾斜拔出更能抑制气泡产生。振捣棒参数如表2所示。

　　  

　　表2 混凝土振捣棒参数 

　　 

　　 

　　

　　表2 混凝土振捣棒参数

　　2.3.3 混凝土浇筑分层厚度

　　采用插入式振捣棒时，混凝土分层厚度应取决于振捣棒长度(以ZN50型振捣棒为例)，分层厚度过大会超出有效振捣深度，使气泡无法排出。试验将浇筑分层厚度分为500,600,800mm(见表3)。混凝土结构成型拆模后，墙体表面往往中下部产生不均匀分布的气泡、气孔，当分层厚度越大，气泡产生数量越多，且气泡体积越大。分层厚度在400～500mm时，墙体表面出现气泡较少。根据试验结果，当分层厚度越大时，气泡排出路径越长，混凝土内部气泡越不易向上排出。

　　2.3.4 混凝土搅拌时间

　　混凝土生产过程对搅拌时间有严格规定。搅拌时间过短，原材料搅拌不充分，混合不均匀，导致混凝土中气泡未排出;过分搅拌则会导致混凝土出现离析现象。搅拌速度过快也会导致混凝土新增气泡。

　　  

　　表3 不同浇筑分层厚度试验结果  

　　 

　　 

　　

　　表3 不同浇筑分层厚度试验结果

　　2.4 外部环境

　　高温天气浇筑混凝土时，会加快混凝土内部水分蒸发，影响混凝土和易性或混凝土受温度影响发生干缩反应，导致混凝土表面产生间隙气泡及气孔，甚至会出现空洞、裂缝;当雨天浇筑混凝土时，混凝土外部湿度大，或雨滴落入混凝土中，水分饱和，混凝土水灰比增大，气泡上升受阻，直接影响混凝土中气泡顺利排出。

　　3 气泡控制方法

　　3.1 混凝土原材料管控

　　混凝土浇筑需严格按混凝土设计用水量执行，同时配合比需结合材料情况及时调整，除考虑砂石含水外，水泥标准稠度、粉煤灰需水量及减水剂减水率等变化均会决定混凝土单方用水量是否合适。根据级配情况选用合适砂率，根据实际情况适当添加引气剂，优化混凝土配合比，从源头控制气泡发展。

　　3.2 铝合金模板表面控制

　　对于刚进场的铝合金模板，为避免首批混凝土浇筑与铝合金模板发生化学反应，使用高强度水泥浆或其他化学剂涂刷，钝化处理，使铝合金模板表层形成氧化膜。

　　铝合金模板在反复周转使用的同时，必须保证模板拼装前表面平整光洁，无残渣、污渍。内壁使用水性脱模剂进行涂刷，水性脱模剂必须保证质量可靠，涂刷厚度宜在3mm左右，涂刷均匀。

　　3.3 钢筋控制

　　对于钢筋较密集的混凝土墙体，必须使用塑料垫圈严格控制墙体钢筋保护层，并在浇筑过程中注意避免墙体钢筋频繁摇动，对预留钢筋进行端头固定，及时检查纠正墙体钢筋定位，同时对钢筋密集部位加强振捣，使气泡上升消散。对墙体上的水电线盒等预埋件周围混凝土也应加强振捣。

　　3.4 合理搅拌

　　混凝土拌合及运输到场直至下料前应注意动态掌握混凝土质量情况，合理充分搅拌均匀，同时也要避免过度搅拌。王明庆^[6]所做的混凝土搅拌试验表明:在达到一定搅拌时间后，找到1个最佳点(见图1)。而任长喜^[7]的研究试验得出结论:混凝土搅拌时间为90～120s，坍落度适中，密度优良，均匀性好，和易性较好。结合现场实际试验，得出90～120s为混凝土达到良好和易性的搅拌时间，成型后表面气泡较少。

　　

　　图1 搅拌过程曲线  

　　 

　　混凝土坍落度应严格控制在160～180mm，确保混凝土优良的和易性和流动性，对混凝土结构表面气泡的控制起到重要作用。

　　3.5 分层浇筑

　　混凝土浇筑时，下料高度>2m时，必须使用串管或溜槽配合下料。严格控制下料按400～500mm厚度分层浇筑(见图2)，配合振捣，使混凝土中气泡正常排出后再浇筑第2次，依次类推。振捣棒应插入已浇筑层面下100mm进行再振捣，以便使上、下层界面气泡振动、上升排出。

　　

　　图2 混凝土分层浇筑  

　　 

　　3.6 正确振捣

　　混凝土振捣过程中要严格遵循“快插慢抽、上下抽拔”原则(见图3)，操作振捣棒要直上直下，尽量保持振捣棒垂直插入拔出，避免倾斜，快插慢拔，不得漏振，在振捣过程中，宜将振捣棒上下略微抽动，使上下振捣均匀，每个振点延续时间以表面呈现灰浆为度，将气泡排出。

　　

　　图3 混凝土振捣示意  

　　 

　　当墙厚≤200mm时，采用单行式排列振捣(见图4);当墙厚>200mm时，宜采用方格式排列振捣(见图5)。振捣间距与混凝土结构表面气泡的产生存在相关性，主要体现为振捣间距过大影响振动密实，振捣棒移动间距宜为400mm左右，振捣时间宜为15～30s，且隔20～30min后进行第2次复振。严防出现混凝土欠振、漏振和超振现象。

　　

　　图4 单行式排列振捣  

　　 

　　

　　图5 方格式排列振捣  

　　 

　　对于楼板等水平结构，混凝土在使用振捣棒振捣的同时，应配合平板式振捣器进行振捣，使混凝土中气体更易排出。

　　3.7 针对外部环境采取措施

　　当混凝土浇筑遇高温天气时，应结合混凝土坍落度情况，积极与搅拌站沟通，适当添加减水剂，改善混凝土拌合物流动性及和易性，便于气泡顺利排出。反之，雨天天气浇筑混凝土时，则应考虑雨水情况，适当降低水灰比，避免雨水造成混凝土水灰比较大，对于浇筑完成的混凝土及时进行薄膜覆盖，雨势较大时则应暂停混凝土浇筑。

　　3.8 气泡修复方案

　　基于实际现场情况的复杂性和不确定性，采用铝合金模板施工的混凝土结构墙体在实施各系列气泡控制措施基础上，也会不可避免地出现少量气泡现象。

　　针对已产生的混凝土表面气泡现象，应规范处理方案。首先，应对气泡、气孔缺陷部位使用钢丝刷进行清水冲刷，清理干净，并使缺陷部位充分湿润;调制与原结构面相同强度等级、配合比、掺合物的1∶2.5水泥粉煤灰干粉末，并向微小气泡内填抹，粉末遇到湿润气泡孔内的水分发生水化、固化反应，进而与原结构融合，确保修补材料牢固黏结，色泽一致，无明显痕迹与原混凝土色泽相近。此外，倘若现场墙体出现较大气泡，则应对其进行凿除，采用高一强度等级加微量膨胀剂水泥砂浆进行修复。

　　4 结语

　　主要从主、客观两方面研究探索气泡产生的作用条件、影响及排出机理，提出气泡控制方法。控制铝合金模板施工工艺下的混凝土结构表面气泡的产生，一方面从源头出发，合理优化混凝土配合比，动态管控混凝土质量;另一方面，必须保证工人混凝土浇筑操作行为的正当合理性。