影响混凝土外观质量的因素及改善措施

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

前言

随着我国混凝土新工艺新技术不断发展，在追求混凝土优越的工作性能、力学性能和耐久性能的基础上，人们对于混凝土的外观质量也提出了越来越高的要求，特别是一些大型重点工程。在施工过程中，受原材料、生产搅拌、运输、浇注、养护等各种因素影响，往往易出现气泡、麻面、蜂窝、水纹、裂缝等外观质量缺陷，这些缺陷不仅会影响美观，严重的会直接影响结构物的耐久性。因此，如何有效控制混凝土外观质量成为行业关注的问题[1，2]。

本文通过图像处理软件对反应混凝土表观质量的图像进行处理分析，从引气剂、水灰比、成型模板和脱模剂[3-6]等方面探讨了影响混凝土表观质量的影响因素，分析了影响原因，并在此基础上提出了相应的改善措施。

1 试验及研究

1.1 试验材料

(1)水泥：四川嘉华锦屏特种水泥有限责任公司生产的“隆冠”P·O42.5水泥；

(2)粉煤灰：贵州黔桂发电有限责任公司生产的“凌云”F类Ⅱ级级粉煤灰；

(3)细骨料：上铺子砂石料场生产的人工砂，砂子细度模数为F.M=2.70；

(4)粗骨料：上铺子砂石料场生产人工碎石，级配为5mm～20mm和20mm～40mm；

(5)减水剂：石家庄市长安育才建材有限公司GK-3000缓凝型高性能减水剂；

(6)引气剂：石家庄市长安育才建材有限公司GK-9A引气剂；

(7)其它材料：GK-M构件表面优化剂(石家庄市长安育才建材有限公司)；油性脱模剂；水性脱模剂；试模(塑料试模和钢模)。

1.2 混凝土试验

按照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行混凝土成型试验，拆模后，采用高清相机采集混凝土表观状态。混凝土配合比见表1。

表1 混凝土配合比

1.3 图像处理

用高清相机拍照且保存为RAW格式，通过软件Image-J进行图像处理。先将照片像素改为8bit，并设置标尺。再对图片进行色差对比，用软件中Threshold将表面气泡都标注出来。最后利用软件自带Particle Analyze对标注气泡进行计算，得到气泡面积占单位面积的面积百分比，以及气泡直径和分布情况[7]。

2 试验结果及讨论

2.1 引气剂对混凝土表观质量的影响

在保证混凝土工作性能，满足施工要求的前提下，采用两种减水剂进行对比试验，其中一种含有引气组分(引气剂)，另一种不含引气剂。所得结果如图1和表2所示。

(上图为掺有引气剂，下图为未掺引气剂)

表2 引气剂产生的表面气泡统计

由图1可知，在掺入含有引气剂的减水剂后，硬化混凝土表面气泡明显增多，气孔特别是小气泡的数量明显增多；通过图像处理分析，得到的数据如表2所示，可以看出未掺引气剂的硬化混凝土表面气泡直径和气泡面积明显要小很多，因此，在保证新拌混凝土和易性和施工性能的前提下，应尽量控制引气剂的用量，进而控制混凝土含气量，减少硬化混凝土表观气泡的产生。

2.2 水灰比的影响

混凝土配合比与混凝土表观质量有着非常紧密的联系，特别是水灰比和矿物掺合料的种类和用量，在其他条件不变的情况下，通过改变水灰比，进行混凝土试验，结果如图2和表3所示。

(上图：水灰比0.35，下图：水灰比0.33)

表3 不同水灰比的混凝土表面气泡统计

注：未统计周围拆模痕迹，避免其对试验结果的影响

从图2和表3可以看出，随着水灰比的增加，硬化混凝土表面的气泡也随之增多，气泡的平均直径和气泡面积都有一定的增加。主要原因可能是水灰比增大，用水量较多，导致混凝土搅拌的过程中，水泥水化消耗大部分水后，剩下自由水较多，形成很多水坑，增加了硬化后混凝土表面气泡的产生机率。

2.3 混凝土模板对混凝土表观质量的影响

在相同试验条件下，分别采用塑料试模、钢模进行混凝土成型，观察不同模板拆模后的硬化混凝土外观质量缺陷情况，结果如图3所示。结果表明：相比表面较粗糙、使用次数较多的钢模，采用表面非常光滑且使用次数少的塑料试模成型的混凝土表面缺陷更少，光洁度更好。工程中多采用钢模，由于使用频率较高，保护不当，导致钢模表面容易生锈及不光滑，混凝土表面与模板接触不好，因此，在使用前应对模板表面进行处理，尽量使得模板光洁平整。

2.4 脱模剂对混凝土表观质量的影响

在混凝土配合比和其他试验条件相同的基础上，分别在模板上使用油性脱模剂、水性脱模剂以及构件表面优化剂进行对比试验，观察硬化混凝土外观质量缺陷情况，结果如图4所示。

(左图为钢模，右图为塑料试模)

(左图为油性脱模剂，中图为水性脱模剂，右图为构件表面优化剂)

从图4可以看出，使用油性脱模剂的混凝土表面气孔最多，表面光洁度较差，色泽比较暗淡；使用水性脱模剂的混凝土表面孔洞相对较少，光洁度较好；构件表面优化剂对混凝土表面质量缺陷的改善效果最好。传统油性脱模剂，其作用机理主要是润滑和隔离作用，油类容易附着在混凝土表面，使混凝土表面被污染弄脏，造成表面色差现象，更严重的是，过多的油分还能与水泥中的碱发生皂化反应，导致混凝土表面粉化，进而降低混凝土的耐久性；同时，油性脱模剂由于其粘度较大，增大气泡液相表面张力，气泡难以破裂排出，造成表面气孔较多。而水溶性脱模剂，其成分主要为水溶性高分子成膜物质，喷涂在模板表面，几十分钟即形成透明薄膜，可以降低气泡液相的表面张力，促进气泡排出，进而减少表面气泡的产生[3，4，6]。

3 结论

(1)混凝土在成型过程中，引气、水灰比、脱模剂、模板是影响其外观质量的主要因素。通过对收集的表面缺陷照片进行图像处理，使用含有引气组分(引气剂)的减水剂，提高水灰比，都会不同程度增大混凝土表面的气泡直径和面积，因此，应在满足施工要求的情况下，控制引气剂的用量和拌合用水量。

(2)施工时所用的模板以及脱模剂对混凝土表观质量缺陷影响也较为明显，为了保证混凝土外观质量，应使用表面光滑平整的混凝土模板，选择适宜的水性脱模剂或者构件表面优化剂。