振捣时间对清水混凝土表观质量的影响研究

张 攀 尤仁良 郑 清

（科之杰新材料集团福建有限公司）

0 前言

随着我国建筑产业的发展与进步，对混凝土构件的要求不再局限于混凝土强度，对构件表观质量也提出了更高的要求，近年来我国清水混凝土相关的研究与工程应用得到了快速的发展[1]。常见的清水混凝土构件的外观缺陷是指构件外观的“气泡孔洞缺陷”[2]，下文简称“孔洞”。当前业内对混凝土构件外观质量的评价方式大部分是以个人感官或通过人工数混凝土构件单位面积内“气泡孔洞”数量为准，没有具体可量化的评价方法，存在较大的主观随意性。

Photoshop 计算机图像处理技术是一种以数字化的方式对图像进行分析、识别和加工,使其更精准,直观地展示信息[3]。本试验通过Photoshop 图像处理技术，对不同坍落度、不同振捣时间所制作的混凝土试件的表观质量进行精准的分析，并形成了详细的基础数据，对今后清水混凝土工程的研究具有一定的参考价值。

1 原理及所需的设备及软件

1.1 原理

当清水混凝土构件出现“气泡孔洞”的质量缺陷时，在合适的光线角度下拍摄照片，此时“气泡孔洞”的缺陷部位会呈现出阴影与周围正常混凝土构件颜色产生极大的差异[4]。将图片进行预处理剪裁掉混凝土构件以外的区域后导入Photoshop 软件，调出软件中的直方图功能即可显示整张图片的像素值，记录该值为T1，通过色彩范围功能选择取样颜色“阴影”，此时直方图上即可显示阴影区域的像素值，记录该值为T2，计算公式T2/T1×100%=孔洞缺陷区域占比。

1.2 所需设备及软件

所需的设备及软件有：拍摄设备（本文所用设备为iPhone11Promax）、自制摄影棚、电脑、Photoshop12.0.1×32 版。

2 试验原材料及试验设计

2.1 试验原材料

⑴水泥：华润牌P.O42.5R 普通硅酸盐水泥，水泥性能指标见表1；

表1 水泥性能指标

⑵细骨料：河砂，细度模数为2.8，表观密度为2670kg/m3，含泥量0.3%，各项指标均符合GB/T 14684－2011《建设用砂》标准要求；

⑶粗骨料：采用5～25mm连续级配碎石，表观密度为2650kg/m3，含泥量0.5%，各项指标均符合GB/T 14685－2011《建设用卵石、碎石》标准要求；

⑷矿渣粉：S95 级矿渣粉，比表面积为420m2/kg，8d活性指数为98%，各项指标符合GB/T 18046－2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准要求；

⑸拌合用水：满足JGJ 63－2006《混凝土用水标准》要求；

⑹减水剂：科之杰Point-QS 清水混凝土专用高效减水剂，符合GB 8076－2008《混凝土外加剂》标准要求。

2.2 试验设计

为保证混凝土的和易性减少试验误差，试验采用浆体量更为丰富的C45 配合比[5]，试验设计如下：

⑴配合比：采用C45 配合比，试验所使用的骨料均是饱和面干状态，配合比见表2；

表2 试验配合比 （kg/m3)

⑵拌合物性能测试：通过固定用水量不变，调节减水剂掺量，分别配制出坍落度为（100±20）mm、（140±20）mm、（180±20）mm、（220±20）mm 的混凝土拌合物，并根据GB/T 50080－2016《混凝土拌合物性能试验方法标准》进行混凝土试配试验，测试坍落度后装入试模成型；

⑶试件制作：混凝土拌合物装入150mm×150mm×150mm 的钢制试模后，分别振捣10s、20s、30s、40s、50s后制作试块，试验室养护24h 后脱模；

⑷外观质量分析：试件脱模后按本文1.1 分析方法进行分析。

3 试验分析

3.1 拌合物性能

混凝土拌合物实测性能见表3。

表3 拌合物性能

从表3 的数据中可知：随着减水剂掺量的增加，混凝土坍落度随之增加，实测坍落度均在试验设计的控制范围内；当坍落度≤200mm 时混凝土和易性较好；当坍落度达到230mm 时混凝土和易性差，出现了泌水现象。

3.2 试件表观质量分析

3.2.1 试件外观图片

对所成型的试件养护24h 后脱模，并拍摄试件的4个侧面整理形成了试件外观图片，通过感官进行分析，（100±20）mm 坍落度试件外观见图1、（140±20）mm 坍落度试件外观见图2、（180±20）mm 坍落度试件外观见图3、（220±20）mm 坍落度试件外观见图4。

图1 坍落度（100±20）mm 试件外观

图2 坍落度(140±20)mm 试件外观

图3 坍落度(180±20)mm 试件外观

图4 坍落度(220±20)mm 试件外观

根据图1 至图4 的试件表观图片分析得出以下结论：

⑴随着坍落度的增加，相同振捣时间下，试件表观大孔洞逐步减少，但小孔洞逐步增多，这是由于坍落度较小时料流动性差振捣时间不足时混凝土料未完全密实因此形成了大的孔洞[6]，而当坍落度较大时振捣时间过长造成混凝土离析则易形成较小的孔洞[7]。

⑵坍落度在（100±20）mm 至（140±20）mm 之间时，随着振捣时间的增加，试件表观孔洞逐步减少，这主要是由于振捣充分混凝土密实性增加，混凝土外观大孔洞逐步减少。

⑶坍落度在（180±20）mm 至（220±20）mm 之间时，随着振捣时间增加，试件表观孔洞逐步增加，当坍落度过大时混凝土表面张力小不宜过振。

⑷综合来看，混凝土坍落度为（100±20）mm、振动时间50s 时，试件表观质量最好。

3.2.2 试件外观图片Photoshop 分析

将所拍摄的混凝土试件外观图片逐一导入Photoshop 分析并统计，分析统计结果见图5。

根据图5 所统计分析的数据得出结论如下：

图5 混凝土试件孔洞占比分析图

⑴混凝土坍落度（100±20）mm 时，最低孔洞像素占比为0.13%，振捣时间50s；混凝土坍落度（140±20）mm时，最低孔洞像素占比为0.23%，振捣时间50s；混凝土坍落度（180±20）mm 时，最低孔洞像素占比为0.25%，振捣时间10s；混凝土坍落度（220±20）mm 时，最低孔洞像素占比为0.80%，振捣时间10s。

⑵混凝土坍落度（100±20）mm 至（140±20）mm 时，孔洞像素占比随振捣时间的增加而减少，两种坍落度范围均是振捣50s 时孔洞像素占比最低，分别为0.13%、0.23%。

⑶混凝土坍落度（180±20）mm 至（220±20）mm 时，孔洞像素占比随振捣时间的增加而增加，两种坍落度范围均是振捣10s 时孔洞像素占比最低，分别为0.25%、0.80%。

4 结语

通过感官评价与Photosho 图像处理技术两种试件外观质量分析方法，得出结论如下：

⑴无论是感官评价还是利用Photosho 图像处理技术评价试件外观质量，所得出的结论是一致的，但Photosho 图像处理技术提供了可量化的数据，对于评价结果的准确性更高，有利于更精细的试验分析。

⑵试验结果表明，坍落度为（100±20）mm、振捣时间50s 时，混凝土试件的表观质量最佳，孔洞像素占比仅为0.13%。考虑到实际施工的坍落度要求，建议进行清水混凝土施工时，采用自卸施工，坍落度控制在（100±20）mm、振捣时间50s 为宜，采用泵送施工，坍落度控制在（180±20）mm、振捣时间10s 为宜。

⑶通过试验证明，利用Photosho 图像处理技术分析试件表观质量是可行的。但本试验所分析的试件较小，仅为150mm×150mm×150mm，如何利用该方法对清水混凝土实体工程结构进行分析，将是未来的研究方向。