随着我国钢铁产业的升级以及总体工业体系的完善和水平的提升，钢材在建筑业模板工程中正逐步取代木板、竹板等。尤其是在剪力墙、柱等竖向构件中，钢大模板以周转次数多、合模效率高、整体刚度大、拼缝严密、消耗人工少、总造价低等优点得到了广泛应用。但是，钢大模浇筑出的剪力墙表面很容易形成密集且浅的气泡，影响观感质量，严重时甚至形成质量缺陷，削减结构的耐久性、承载力。本文以西安某在建高层住宅工程为例，分析了气泡产生的原因，并针对参建人员、施工方法、材料及浇筑环境等关键性因素进行分析，提出了控制性措施。
1 混凝土材料中气泡产生的原因
混凝土是以胶凝材料将粗、细集料胶结成整体的一种人造工程复合材料，其材料属性介于高强岩石和土体之间，气、固、液三相并存。气相主要是指从砂、石、灰、水等原料复合到混凝土，制取过程期间产生的气泡。从成因上可以分为化学性气泡和物理性气泡。
1.1 化学性气泡
化学性气泡主要指原材料、添加剂及其化学反应过程中产生的气泡。本文主要分析水泥品种、外加剂类型和掺量、掺合料和水灰比这4个方面对气泡的影响。
（1）水泥中对气泡有影响主要是助磨剂和碱含量两个因素。在制取水泥的过程中，为了将石灰石、粘土、铁矿粉等磨成细颗粒并且提高它们之间的压实聚结趋势，通常会添加助磨剂。常用的有元明粉、工业盐、粉煤灰、三乙醇胺、丙二醇、丙三醇、脂肪酸钠、氯化钙等等。它们在水泥中产生的表面活性剂越多，水泥中气泡就越多。由于市场上助磨剂的种类繁多，而且品质残次不齐，它们是水泥中产生气泡的主要原因。除此之外，不同水泥品种中碱含量也是一个原因，通常在细度较细的情况下，气泡含量随着碱含量的增加而增加。
（2）混凝土在拌合过程中为了改善流动性能、调节硬化时间、提高耐久性或者获得膨胀性能、抗冻性能等等，会添加相应的外加剂。虽然外加剂占胶凝材料的比重一般不超过5%，但是，却是气泡的主要来源。以常用的聚羧酸减水剂为例，它在生产过程中往往会保留一些降低表面张力的表面活性成分，在拌制混凝土的过程中就会引入大量的微小气泡。当生产聚羧酸减水剂的化工原料质量较差或者掺量较多时，生产的聚羧酸减水剂拌制的商品混凝土中的气泡也越多。
（3）混凝土中除外加剂之外，为了改善混凝土性能，节约用水，调节混凝土强度等级，还会掺入天然的或人工的粉状矿物质。常用的混凝土掺合料有粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰类物质。适量的掺合料形成的胶合物能填塞骨料间的空隙，减少气泡的产生。但过量的掺合料会导致混凝土的粘度增加，影响气泡的排出。
（4）当混凝土的水灰比偏大时，未参与水化的自由水往往较多，并且水泥浆浆体无法充分填充骨料件的空隙，导致薄膜结合水、自由水相对较多，集聚成水泡。当水分蒸发后就在混凝土表面形成了气泡。
1.2 物理性气泡
物理性气泡主要指在拌制混凝土的过程中从空气中混入的气泡，其形成原因与材料配合比、砂率及搅拌时间有关。
（1）混凝土配合比不合理，会导致集料间的堆积间隙形成气泡。根据粒料级配密实原理，粗骨料偏多、大小不当，碎石中针片状颗粒含量过多，以及生产过程中实际使用砂率比试验室提供的砂率偏小，都会导致细粒料不足以填充粗粒料空隙，形成自由空隙，为气泡的产生提供条件。
（2）搅拌商品混凝土时，随着搅拌叶的翻动，空气会进入混凝土中形成气泡，这些气泡以大气泡为主。其在搅拌过程中不断被减小或消灭，但又有新的气泡随着搅拌的过程不断从空气中被带入，此消彼长，周而复始。随着搅拌时间的持续，混凝土中气泡含量会达到一种趋于稳定的状态。因此，过长的搅拌时间也会使得气泡数量变多，直径变大。
综合上述情况，气泡其实主要产生于混凝土的生产过程中。微小气泡在分布均匀且密闭状态下，对保持混凝土的工作性能是有利的。只有当直径50nm以上的气泡达到一定数量时，才会对工程产生危害。
2 剪力墙表面气泡的原因
本工程为一在建高层住宅小区，共4栋楼，分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ、Ⅳ号两栋单位工程。各单体建筑均为33层，层高2.9m，剪力墙结构，竖向构件模板采用钢大模施工工艺。在现浇结构检验批验收时，发现Ⅲ号楼6层剪力墙表面气泡较多，观感质量较差。刚脱模未处理时，局部墙体气泡情况如图1所示。
图1 剪力墙表面气泡情况
控制气泡含量的措施应该贯穿于混凝土从原料到浇筑到模板中直至构件成型的全过程，这其中涉及的因素有人员、作业机械、材料、施工工艺以及外部环境等。为了了解造成本次质量问题的关键成因，方便对后续工序施工质量进行控制，本文依次分析了上述因素。
2.1 人员因素
决定工程质量的各个因素中，最重要的是人员。施工现场该工序的管理人员包括2名土建监理和2名施工单位施工员。监理在现场旁站，施工单位一人负责作业面现场技术指导，一人负责后台联系泵车接收混凝土。各单体工程混凝土施工时，管理人员分工职责均未变化。
作业人员包括13名工人，其中振捣棒棒手3名，其余工人分别负责布料，调整钢筋等等。与Ⅰ、Ⅱ号楼不同的是，Ⅲ、Ⅳ号楼的混凝土班组人员流动性较大，尤其是至关重要的棒手。据调查了解，本楼6层剪力墙浇筑时，该工种人员是临时从另一个工地调配过来的。虽然同为熟练的技术工人，但是频繁调动必然导致工人责任心不强，也不利于管理人员控制工程质量。
2.2 作业机械和混凝土材料
浇筑混凝土的过程中，涉及到泵车、振捣棒、布料机等施工机械。根据旁站记录，上述机械在Ⅲ号楼6层剪力墙施工过程中运转正常。
当天除该楼层浇筑混凝土外，Ⅱ号楼7层剪力墙也同时进行浇筑，商混均为同一厂家供应。脱模后发现，表面气泡孔径很小，数量较少，观感质量较好。因此，可以基本认为机械和材料不是造成Ⅲ号楼6层剪力墙气泡的原因。
2.3 施工工艺
在浇筑混凝土过程中，振捣是排出材料内气泡的关键操作。根据施工规范要求，墙柱混凝土必须分层振捣，每层厚度要小于振捣棒作用半径1.5倍，插入式振捣棒分层厚度不宜超过0.5m，并做到“快插慢拔”。振捣时间不小于30s，并以混凝土开始泛浆和不冒气泡为止。振捣器移动间距不宜大于振捣器作用部分长度的1.25倍，一般应小于0.5m。在振捣上层混凝土时，应插入下层内50mm左右，以消除两层间的接缝。
根据旁站记录，Ⅲ号楼6层在施工过程中，出现了局部布料过多，分层厚度超过规范限值，且布点间距和振捣时间有时较为随意。根据文献[4]的研究成果，振点距离模板的距离在5～10cm，振捣时间在20～30s，振点间距在30～40cm时，控制气泡的效果最好。
因此，本层气泡较多与施工工艺不规范具有很大联系。
2.4 外部环境
外部环境主要指混凝土浇筑多集中的夜晚。夜晚气温较低，工人在作业面上感到寒冷，积极性下降，而且仅靠灯光照明不利于观察墙面振捣情况，尤其深夜人困马乏，对于工程质量都会产生一定影响。
2.5 其他因素
图2 过梁上气泡情况
值得注意的是在Ⅲ号楼6层某一过梁处，气泡情况如图2所示。该梁高500mm，按照常理气泡应该很容易被振捣出去。因此，可以推断本层的脱模剂，也就是废机油，黏性过大，阻碍了气泡沿墙向上运动，加上振捣不到位，导致梁上气泡明显。
综上所述，Ⅲ号楼6层剪力墙表面气泡的质量问题是由于频繁更换操作工人，导致责任心不强，未严格按照规定厚度布料，振捣间距及时间均不符合要求，并且恰巧本次脱模剂粘性过大，不利于气泡向上排出等因素，综合叠加的后果。
因此，整改措施应从固定操作工人，尤其是振捣棒手以及更换脱模剂两个方面着手。本工程的后续楼层中，剪力墙气泡现场得到了明显改善。
3 结论
钢大模板虽然具有周转次数高、合模效率高、整体刚度大等优点，但由于其拼缝严密，不利于商品混凝土内自有的气泡排出，很容易导致剪力墙表面产生气泡，影响观感质量。施工过程中大到一线作业人员水平，小到脱模剂，都会影响剪力墙的观感质量。但是，在人员、机械、材料、作业环境等因素中，人员还是决定工程质量的主要因素。
参考文献
[1]刘金峰．高层住宅工程中大钢模板施工弊病及预防措施[J]．山西建筑，2015，（41）．
[2]丁成堂，徐飞．墙体泵送混凝土表面气泡产生的原因及预防措施[J]．建筑技术，2006，37（4）．
[3]陆总兵，陆建．探讨泵送商品混凝土剪力墙表面起泡的成因与控制[J]．探索研究，2012，30（1）．
收稿日期：2017-12-08
作者简介：李映华（1962-），男，陕西蓝田人，航天推进技术研究院高级工程师，研究方向：建筑工程策划与管理。
