透水模板布改善混凝土斜面表觀質量的研究與應用

楊洋

摘要：位于北方海洋環境的大連星海灣大橋為三跨地錨式懸索橋，其錨碇上部結構復雜、尺寸大、多斜面。為達到設計高耐久性的要求，除采用海工高性能防腐混凝土外，還在施工中成功應用了透水模板布，消除了斜面上的氣泡、麻面等質量通病問題,明顯改善了混凝土的表觀質量。文章簡要介紹了透水模板布工藝試驗，并著重闡述了透水模板布的使用工藝、主要功能及質量控制關鍵，以便今后類似工程參考借鑒。

關鍵詞：海洋環境；錨碇；斜面；高耐久性；海工高性能防腐混凝土；透水模板布；氣泡

中圖分類號：TU37文獻標識碼： A

Research and Application

of the Controlled Permeability Formwork Liner for

Improving the Apparent Quality of the Concrete Gradient Surface

Hong Ling-yunYang YangSun Yu-hui

(N0.3 Eng.Co.，Ltd.of CCCC First Harbour Eng.Co.,Ltd., Dalian116001)

Abstract: Dalian Xinghai Bay Bridge is three span ground anchored suspension bridge in the north sea environment, and the anchor had complicated structure, large size, and many inclines. In order to fit the high durability requirements of the designer, the controlled permeability formwork liner had been applied successfully besides using the high performance concrete for sea port engineering. That reduced the air bubble and other concrete apparent quality problems, and improved the apparent of the concrete surface. This article has a brief introduction of the test of controlled permeability formwork liner at first, and then expounds the using method , main function, and the key process of quality control, to provide references for the similar projects in the future.

Key words: sea environment; anchor; inclines ;high durability; high performance concrete for sea port engineering; controlled permeability formwork liner; air bubble

一、工程概況

大連南部濱海大道工程海上橋梁段橫跨整個星海灣，全長約10.36公里、設計標準為Ｉ級公路，設計基準期為100年，為大連市“七縱七橫”交通網的重要“一橫”。其中主橋為雙塔三跨地錨式懸索橋，跨度為820m，錨碇基礎為重力式沉箱結構，沉箱墩身以上為錨碇上部結構。

錨碇上部結構為沿錨碇中心線對稱的近似棱臺結構，主要由前錨室、散索鞍支墩、錨塊及底板四部分組成，如圖1所示。其中，散索鞍支墩內部采用兩室箱形結構，錨塊及底板為大斜面、大尺寸實心結構，前錨室為封閉的空腔結構并將錨塊和散索鞍支墩連接成整體。前錨室、散索鞍支墩、錨塊及底板均采用海工高性能防腐混凝土，單個錨碇上部結構混凝土總量約18900m3、永久外露面面積約7400m2。

圖1大連南部濱海大道工程錨碇結構圖

二、錨碇混凝土施工特點

本工程錨碇上部結構主要采用C40和C45標號的海工高性能防腐混凝土，其施工配合比見表1。由于高性能混凝土內摻加了較多的礦粉和粉煤灰，并在外加劑中加入了引氣劑，因此在保證混凝土粘聚性強、抗凍和抗滲性高的同時，也造成了其工作性較差、含氣量大，若漏振易產生氣泡、蜂窩、麻面，若過振則產生松頂和色差等混凝土外觀質量通病。

表1 混凝土施工配合比

標號 水泥 砂 碎石 水 聚羧酸減水劑 引氣劑 粉煤灰 硅粉

C40F350W4 300 687 1047 150 3.16 0.62 111 16

C45F350W6 308 682 1041 150 3.24 0.63 113 16

另外,錨碇上部結構的永久外露面多為斜面，其中錨塊斜坡面的最小水平夾角為40.32°，錨碇底板最小夾角為26.57°，具體見圖2。由于斜面與水平夾角小，混凝土澆筑過程中產生的氣泡很難通過振搗方式排出，細微的氣泡富集在模板下方而連成較大的氣泡或氣泡群，形成大片滲透通道和強度薄弱區，嚴重影響混凝土的表面觀感和結構耐久性，給百年工程留下質量隱患,因此亟待解決。

圖2 錨碇錨塊及底板局部透視圖

三、 透水模板布簡介

1．使用目的

為了減少或消除錨碇斜坡面的氣泡、麻面等質量通病，通過調查研究擬采用一種叫做透水模板布的新型建筑材料，以提高混凝土表觀質量。透水模板布又稱“滲透可控混凝土襯墊”，是一種安裝在模板內側，以排出混凝土表層多余水分和空氣，并截留混凝土表層顆粒的纖維結合體。

2．基本性能

透水模板布成品料通常呈亮白色，一般由透水層和過濾層復合而成，透水層一側較光滑，過濾層一側較粗糙，其基本技術指標要求見表2。

表2透水模板布基本性能指標表

序號 項目 單位 性能參數 備注

1 平均孔徑 μm 28

2 排水能力 L/m2 ≥3

3 透氣量 m3/m2S ≤4

4 保水量 L/m2 ≥0.45

5 斷裂伸長 % 10

6 相對密度 0.91

7 耐熱點 ℃ 140

8 耐酸性 耐酸性良好

9 耐堿性 耐濃堿

10 耐磨性 優良

3.工作原理

眾所周知，澆筑混凝土后，在內部壓力、漿體浮力及振搗器等共同作用下，較輕的膠凝顆粒、氣泡以及游離的水分子會由混凝土內部向表面遷移。部分氣泡在遷移過程中隨著外部壓強減小而膨脹，至頂面時脹裂而被排出；其余部分氣泡則因漿體粘稠度大、上升通道被模板等阻擋，或因內外壓強差未超過破裂臨界點，而仍保留在混凝土表面漿液中。對于這部分不能順利排出的氣泡，以往通常采取在斜面開振搗孔或者使用附著式高頻振搗器，并加強二次振搗的方法，但實施效果均不理想。

透水模板布就是為了解決混凝土氣泡難題而開發研制的一種特殊材料。模板布通過表面產生的毛細孔壓力，能將混凝土表面的游離水連同難以排出的氣泡一起吸附、穿過透水層和過濾層排出；同時，顆粒較大的膠凝材料和骨料則被過濾層截留在混凝土內，使混凝土表面水膠比顯著降低，構形成一層富含水化硅酸鈣的致密硬化層，增強了表面耐磨性、表密度和硬度，阻隔了外界腐蝕物質滲透入混凝土內的通道，從而提高了混凝土構件的耐久性。

四、透水模板布應用與研究

1．工藝驗證和對比試驗

為驗證正確的使用工藝、直觀了解模板布的實際效果，我們首先進行了工藝驗證和對比試驗。

1.1試件制作

采用木膠板支模,制作了一個高度1m的試件，具體尺寸見圖1。其中A面及B面采用透水模板布，其它兩面則只涂刷模板油,未使用模板布。

圖3 試件外形及尺寸圖

1.2外觀對比

利用拌和船泵送1m3的C40F350W4混凝土，混凝土坍落度經實測為180mm，擴展度為400mm，含氣量為6.1%，澆筑溫度25℃；澆筑時分兩層澆筑，并由一名振搗手使用60型手持振搗器均勻振搗。澆筑并終凝48小時后拆模，拆模后對各面的外觀進行了初步比較。

圖4 使用透水模板布的A面和B面外觀

圖5 涂刷模板油的斜坡面外觀

通過對比可以明顯地看出，使用了透水模板布的A面和B面均無明顯氣泡、麻面；使用模板油的斜坡面氣泡大且集中、有麻面、觀感差，直立面則有少量的氣泡和麻面。

1.3強度及抗滲性對比

未做進一步研究，當混凝土齡期達到3d和7d時，分別在試件的四個面進行了回彈強度檢測，具體結果見表3。

表3表面平均回彈強度值統計表

齡期 A B 模板油斜面 模板油直面

3d(MPa) 15.6 15.8 13.4 13.8

7d(MPa) 28.8 31 26 26.7

當混凝土齡期達到7d和28d時，又分別在試件的四個面分別進行了鉆芯取樣：7d齡期時，在A面鉆取了1塊（A-7-1）、B面1塊（B-7-1）、模板油斜面1塊（C-7-1）、模板油直面1塊（D-7-1）；28d齡期時，在A面鉆取了1塊（A-28-1）、B面2塊（B-28-1、B-28-2）、模板油斜面1塊（C-28-1）、模板油直面2塊（D-28-1、D-28-2）；對樣品進行了混凝土軸心抗壓強度和電通量法氯離子擴散系數檢測，具體檢測結果見表4。

表4 齡期7d芯樣試驗檢測結果統計表

項目 A-7-1 B-7-1 C-7-1 D-7-1

抗壓強度（MPa） 40 40.3 39.2 37.7

氯離子擴散系數(10-12m2/s) 23.2 20.4 24.4 23.2

表5 齡期28d芯樣試驗檢測結果統計表

項目 A-28-1 B-28-1 B-28-2 C-28-1 D-28-1 D-28-2

抗壓強度（MPa) 42.8 46.4 43.6 41.1 43.0 42.5

氯離子擴散系數(10-12m2/s) 2.23 2.41 3.54 5.21 4.03 4.16

1.4試驗結論

使用模板布可以改善混凝土表觀質量，特別是能夠顯著消除混凝土斜面的氣泡、麻面等質量通病。同時從檢測結果數據上反映出，使用了模板布的混凝土與未使用的相比，其早期表面強度率高、28d實體強度卻無明顯區別；模板布可以提高混凝土的抗氯離子性能，特別對斜面影響效果明顯。

根據試驗結果，我們決定在錨碇結構的斜面位置全部采用透水模板布，在標高+2.0m~+7.25m部位的混凝土表面也同樣采用模板布。

2．使用工藝

2.1選材

模板布材料質量是影響其功能效果的關鍵因素，同時也是決定其價格的重要因素，所以選擇適應工程需要的模板布至關重要。本工程使用的是由江蘇無錫中水土工新材料有限公司生產的5mm厚P/E420型透水模板布，其制作工藝和性能均符合《混凝土工程用透水模板布》（JT/T736-2009)的行業標準，同時其吸水面光滑、面材瑕疵少、品級較高、價格適中。

2.2使用部位

透水模板布的使用部位主要是錨塊及底板斜坡面，以及標高+2.0m~+7.25m的錨塊、散索鞍支墩的大體積混凝土表面。

2.3制作

模板布粘貼施工前必須先將模板表面打磨除銹，將凸塊、銹斑、油污清潔干凈，并確保模板干燥，使模板布噴膠能夠充分粘結模板與模板布。

模板布的鋪設尺寸要預先量好，一般傾斜面要求透水模板布在模板周圍多留出5cm左右的長度。在需要拼接的部位要兩布重疊后再裁掉多余的部分，同時適當增加拼接處的噴膠量。

使用模板布專用噴膠進行粘貼，噴好膠水的模板面應在15分鐘之內粘布。粘布時, 先將透水布沿模板一側逐漸攤平、鋪設在已噴膠的模板面上，光滑面朝著擬澆筑混凝土一側，然后使用圓壓輥由中心用力壓實模板布并推向兩邊，使透水模板布與模板面緊靠粘結牢固。注意推壓時，作業人員應倒退操作，每個鋪面應滾壓2-3遍，確保模板布平整、粘牢、無褶皺。

圖6 剪裁粘貼模板布

3．工藝質量控制關鍵

3.1模板布制作控制關鍵點

透水模板布的制作、粘貼的質量，是決定模板布使用效果的關鍵因素之一，所以應該根據現場使用的模板類型、結構特點、周轉時間和環境因素制作、粘貼模板布，并主要注意以下幾點：

（1）當模板面有預留孔洞時，應待模板布粘貼牢固之后再將模板布開孔，孔洞的周圍應預留2-3cm長模板布，以保證氣泡排出。

（2）噴膠量要根據部位、環境溫濕度不同進行相應調整：當位于模板頂口、邊角、倒角或拼接部位，應適量加大噴膠量；當環境溫度高、濕度小、揮發量大時，也應加大用膠量。

（3）噴膠的最佳使用溫度為15~30℃，當氣溫低于5℃或高于40℃時，不宜施工。

（4）模板布粘好后需靜置一段時間，待徹底粘牢后再進行模板支立，靜置時間內嚴禁觸碰或澆筑混凝土。

3.2混凝土澆筑過程中控制關鍵點

模板布雖然可以明顯改善混凝土的外觀質量，但不應放松對混凝土拌和、澆筑及振搗過程控制的要求，尤其應注意以下幾點：

（1）使用聚羧酸系高效減水劑時，應嚴格控制砂石料含泥量和粉煤灰摻量，避免低強度的顆粒物在混凝土表面富集形成松散、軟弱層；

（2）嚴格控制下灰高度和泵口方向，盡量避免底部混凝土迸濺到較高位置的模板布上，造成灰漿干凝后形成顏色較淺的斑點；

（3）禁止振搗棒直接接觸模板布，振搗棒與模板的最小振搗距離宜在10-15cm之間；

（4）上下兩層澆注的間隔時間不宜過長，在上層混凝土振搗時應將振搗棒插入下層混凝土并振搗均勻。

（5）若因故長時間不能進行混凝土澆筑施工，應對粘布面進行覆蓋，防止因陽光暴曬或淋雨而出現脫膠現象。

3.3模板布拆除控制關鍵點

在正常使用情況下，拆除模板時模板布會隨模板一起與混凝土面分離，但當混凝土澆筑完成至拆模的間隔時間較長時，模板布有可能因纖維粘連或膠水揮發失效而脫離模板表面，并黏附在混凝土面上。此種情況并不會影響模板布減少氣泡的效果，但在拆卸模板布時應注意采用合理方法：

（1）從模板面拆卸模板布

模板拆下后不要立刻拆下透水布，首先應是用平鏟和硬刷清理掉粘在透水布表面的灰渣，然后使用壁紙刀緊貼模板噴膠面，削割透水布與模板間的粘連處；削割時，動作應注意不要損壞透水布的內層。

（2）從混凝土面拆卸模板布

拆卸模板布應按照“從弱到強”的方向進行，即從粘連較弱、起膠的部位向粘結較強的部位，逐步拆除；拆除時，應按模板布的剪裁大小逐條、逐塊地扯拉，并可使用壁紙刀輔助切割，嚴禁生拉硬拽或用火燒的方式野蠻拆除。

（3）模板表面清理

在周轉過一次、需重新鋪設模板布的模板，其表面的殘余的膠體、絨毛和灰漿應清理干凈后，才可再次噴膠、粘貼模板布。否則，模板布粘貼不牢固，會在澆筑混凝土時脫離模板，造成混凝土夾皮，形成嚴重的表觀質量缺陷。膠水噴后15分鐘內必須鋪設完透水模板布，防止膠水干硬失效。

4主要功能

4.1 提高混凝土外觀質量

透水模板布的主要功能，就是可以明顯減少氣泡、砂斑、色差等混凝土質量通病，尤其能顯著改善高性能混凝土在大傾斜面部位的外觀質量，避免二次修補造成的成本浪費，保證了海工防腐混凝土高耐久性的實現。

4.2隔熱保濕

由于透水模板布是一種高密度纖維布，熱阻高、保水性好，在大體積混凝土升溫階段能有效防止混凝土表面出現干縮、減少細微裂縫的產生；在混凝土溫降階段，則利用其較低的熱傳導系數，降低混凝土表面和外界環境的熱交換率，保證混凝土內外溫差控制在規范要求以內，從而限制了溫度裂縫的產生。在本工程實施過程中,我們利用模板布和棉被,對錨塊及底板大體積混凝土進行隔熱保濕養護,取得了較好的效果。

4.3成品保護

在上層混凝土施工時,不可避免地會污染下層的混凝土表面。而黏附在混凝土表面的透水模板布，可以有效地保護已完工部位，阻止水泥漿、鐵銹、油漆和焊渣等污染物污染混凝土表面，防止模板、鋼筋等硬物直接硬碰撞，從而實現成品保護的功能。

五、 實施效果

通過不斷地學習和研究，現在我們已基本掌握了透水模板布在高性能混凝土斜坡面上應用的工藝特點和質量控制關鍵因素。下一步，我們將繼續深入研究其對提高海工防腐混凝土耐久性的效果。

圖7 使用了透水模板布的錨碇上部結構外觀

六、 結束語

透水模板布可以明顯減少混凝土表面的氣泡等質量通病問題，特別適用于多斜面的海工高性能防腐混凝土結構。目前，這種材料已應用在我國的橋梁墩柱施工領域，而隨著其品質的不斷提升、效果的普遍認同、價格的趨于合理，將會更廣泛地應用于水運、水利水電、鐵路、化工、核電等基建領域，引領新的混凝土表觀質量和耐久性革命。

參考文獻

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