摘要：预填骨料混凝土对装配式建筑发展具有重要意义。本文概述了预填骨料混凝土施工工艺及力学性能，阐述了工程中预填骨料混凝土常见质量病害，归纳了病害多发原因，结合预填骨料混凝土施工要点，尝试对其病害防治措施初步探讨，为建筑工业化进程中预填法施工提供科学参考。
关键词：预填骨料混凝土；混凝土质量病害；病害防治；建筑工业化
1.预填骨料混凝土的应用
随着建筑工业化进程发展，预制构件在装配式建筑中的重要地位日益凸显。预填骨料混凝土是在施工时先在模板中铺设粗骨料，而后注射水泥砂浆填满骨料空隙。这种施工方法形成的混凝土，弹性模量高，干缩率低。国外也称“灌浆骨料混凝土”或“注射骨料混凝土”[1]。其在水下工程施工中取得较好的效果，针对钢筋密集难以施振、混凝土顶部空穴施工等工程情况，均有较好的应用。
预填骨料法生产混凝土由美国工程师1937年首次应用于加里福尼亚州的圣菲（SantaFe）铁路隧道修复工程中。该项施工技术起初多用于修补桥梁及隧道里衬，主要是工程的修复和加固等环节。后经过广泛试验，美国农垦局在胡佛坝（HooverDam）的溢洪道大面积冲刷区的回填中，应用了该项技术[1]。1954~1955年间在马克基纳克大桥34个桥梁的施工中，使用了380000m3预填骨料混凝土。20世纪70年代，日本的本州一四国桥梁管理局进行了广泛的研究，在大型桥梁的施工中达到了顶点。我国大连中远六万吨级船坞于1997年9月竣工投入使用，该工程船坞底板采用了预填骨料混凝土施工新技术，获得了较好的经济效益[1]。
2.预填骨料混凝土常见病害及原因
由于预填骨料混凝土施工方法与普通混凝土有较大不同，结构性能上也存在较大差异。
实际应用中，预填骨料混凝土常见C20。中高强度的预填骨料混凝土应用较少，根据预填骨料混凝土低强度特性，结合其施工要点及力学性能，分析常见病害及原因主要有：
1）施工配合比不当造成泌水、离析
预填法混凝土施工需要将粗骨料先铺设在模板中，后注射水泥砂浆养护成型。预填粗骨料含水量低，注射水泥砂浆时，将快速吸收砂浆中水分，致使砂浆稠度增大，水化不充分，影响混凝土强度。为此，预填骨料混凝土多采用湿法作业，对粗骨料洒水或水下作业浇筑，避免粗骨料大量吸取砂浆中水分。但过量洒水，使粗骨料含水量高，则会因表面水分过多产生泌水、离析等现象。注浆工艺要求浆料具备较高的流动性，配合比设计常常水灰比较大，加之振捣困难，易造成泌水通道和水囊较多。此外，骨料铺设的非均质性，也将影响混凝土强度。因此，预填过程有效控制施工配合比，增大注浆料的砂浆强度并保证其较大流动性，避免预填骨料因水化不充分产生泌水、离析等现象，是预填骨料混凝土施工过程的技术难点，也是提高其强度的关键措施。
2）内部裂缝降低混凝土强度
根据高振国、金树新[2]等研究，预填骨料混凝土强度较低主要是混凝土受力破坏机理所致。混凝土破坏源于其内部初始裂缝的扩展贯通。初始裂缝主要是由于水泥石收缩形成内应力而造成的微裂缝及混凝土内的一些孔隙。对于普通混凝土，粗骨料是悬浮于砂浆中的，水泥石及砂浆收缩时，被其所包裹的粗骨料可随之发生一定的位移，从而抵消部分内应力。而预填集料混凝土施工中，粗骨料的预填使其颗粒相互接触，颗粒间存在一定的机械咬合力，在砂浆收缩时粗骨料颗粒不能发生相对位移，使得粗骨料与砂浆界面上的拉应力比普通混凝土更大，因而界面裂缝数目会更多[3]。外荷载作用下，其内部细裂缝延伸发展较快，相互贯通导致混凝土开裂失去强度。因此有效控制内部裂缝的产生，可显著提高预填骨料混凝土的强度。
3）注浆密实度不足造成的蜂窝、麻面
预填骨料混凝土施工，砂浆在骨料预填后注入，易产生孔洞、空隙，出现蜂窝、麻面等质量病害，大幅降低构件强度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆尤其免振施工，注浆不饱满、模板孔隙未堵好或模板稳定性不足，造成严重漏浆都将影响混凝土强度。工程上常采用铝粉发气使浆体膨胀，以保证浆体饱满地填充于粗骨料间隙中。但铝粉发气会使混凝土孔隙率增大，对其力学性能不利；而砂浆硬化收缩不可避免，采用铝粉硬化后，混凝土含气量较大、弹性模量低，浆体的收缩将恶化粗骨料与砂浆介质的界面粘结，进一步降低预填集料混凝土强度。施工中有效提升注浆密实度，减小孔隙及收缩可改善提高预填骨料混凝土强度。
3.预填骨料混凝土病害防治措施
1）对粗骨料进行预处理。根据代明升[4]研究，采用一定浓度的矿物浆液包裹粗骨料处理粗骨料界面，然后再注浆的方式，能提高预填骨料混凝土的抗压强度20%左右。也可以考虑预填骨料前对粗骨料进行浇水润湿并阴干，使其内部饱含水分，但表面不形成水膜，这样粗骨料不会吸收浆料的水分，且他们之间结合更好，且不易存集气泡。但此理论分析尚需实验论证。
2）精确控制施工配合比。根据高振国[2]研究，与普通混凝土相比，在常用水灰比范围内，预填集料混凝土强度低于普通混凝土强度，且随着灰水比降低的趋势，预填骨料混凝土强度呈现同方向变化。灰水比过低，即水灰比过高，这将导致预填骨料混凝土内部出现过多的细裂缝，因此，工程中预填骨料混凝土应根据材料含水量情况，优化施工配合比，是降低预填骨料混凝土质量病害多发的重要措施。
3）采用适当膨胀剂并辅以缓凝剂。膨润土又称斑脱岩、膨土岩，是以蒙脱石为主要成分的粘土岩一蒙脱石粘土岩。膨润土能够吸附8 ~ 15倍于本体积的水量，吸水后体积膨胀几倍至十几倍。现利用其吸水膨胀特性，可使预填骨料混凝土强度提髙14%以上，存在缓凝剂时，膨润土对强度的影响作用幅度更大[5]。或者采用UEA膨胀剂，并加入适当缓凝剂，使得浆体在硬化后缓慢膨胀，更大限度地抵抗了混凝土的干缩。这正是由于加入膨胀剂使得砂浆在硬化过程中避免了干缩现象，从而减少了界面缝隙，提高了混凝土抗压强度。
3）采用适当的外加剂。加入适量的减水剂、粉煤灰、硅粉及矿渣粉等外加剂，在增加水泥用量同时增大其流动性的情形下，尽量减少水灰比，可使混凝土匀质性提髙，并改善预填骨料混凝土的界面过渡区结构，有效提升预填骨料混凝土力学性能。
4）真空注浆提升密实度。在建筑工业化进程中，预填骨料混凝土构件可在预制厂制作，通过改良施工条件，如真空注浆、高温蒸汽养护等措施提高构件密实度。资料表明[6]，采用传统的压浆技术和真空压浆技术进行对比。根据相关对比试验可以知道，传统的压浆工艺的孔道密实度一般在 70% ～ 90% 之间，而采用真空压浆技术，其孔道密实度可以达到 97% ～ 100%。真空压浆技术孔道密实度得到了很大的提高，这可以有效提升预填骨料混凝土的强度，确保构件的安全性和耐久性。
4.结语
建筑构件生产批量标准化，现场浇筑作业大量减少，符合建筑工业化发展趋势。在装配式建筑构件作业过程中，通过上述措施，提高预填骨料混凝土强度，可有效避免质量病害频发，运输至现场拼装成型，绿色节能。此外，预填骨料混凝土也可应用于大体积混凝土，具有较高的经济效益和社会效益，适用于装配式建筑的推广及应用。
参考文献：
[1]徐贤敏.付庚.国外预填骨料混凝土简介[J].中外公路，2005（4）：111-114；
[2]高振国等.预填骨料混凝土结构缺陷及改进措施[J].武汉理工大学学报，2002（6）：19-21；
[3]赵国藩.预填骨料混凝土力学性能试验方法初议[J].中国港湾建设，2000（2）：10-13
[4]代明升.骨料界面处理对预填骨料混凝土性能的影响（硕士论文）.汕头大学，2012
[5]高振国.罗永会等.膨润土对预填骨料混凝土性能的影响[J].石家庄铁道学院学报，2006（3）：42-45；
[6]杜海强.真空压浆技术在预应力混凝土桥梁施工中的应用[J]公路交通科技，2016（2）：165-167.
论文作者:杜佳芝
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/26
标签：骨料论文; 混凝土论文; 砂浆论文; 强度论文; 病害论文; 密实论文; 裂缝论文; 《基层建设》2018年第36期论文;