浅析混凝土预制箱梁水波纹的形成原因及防治措施
随着社会经济和建设工程技术不断进步，对建设工程的外观质量要求也越来越高，目前对混凝土外观质量控制的理论和实践经验都较少，因此对混凝土外观质量的控制便成为了工程技术人员亟待解决的新课题。工程外观质量能反映出一个施工企业的管理水平和一线施工人员的整体素质，并透视出整个工程内在质量的可靠性和安全性。预制箱梁腹板处的水波纹的产生，不但减小了缺陷部位的实际保护层厚度和实际的混凝土厚度，而且会对结构的耐久性产生一定的影响，影响结构的力学性能。
1 工程简介
滨海新区西外环高速公路（津汉高速—海景大道）工程是天津滨海新区规划的"1环11射，5纵 5 横"的路网骨架中滨海环线的重要组成部分，对落实城市空间的战略布局，串联滨海新区各个功能区，构建滨海新区南北快速通道，引导区域经济发展，具有长远的意义。本工程里程为K24+339～K32+881，预制箱梁共计 1461 片，混凝土强度等级为 C50，混凝土约 5.28 万立方米。
2 水波纹产生的原因
本工程前期生产的箱梁均在不同程度上存在水波纹现象，见图 1。
箱梁水波纹一般产生在腹板两侧沿纵向方向，大多在梁板底以上 20～30cm 左右的范围，呈波浪形，局部不规则，宽度约 10cm 左右[1]。分析原因是腹板混凝土浇注时，混凝土和易性不好，使水泥浆与石子分离，振捣不实，产生蜂窝、麻面，严重影响着箱梁的内在质量和外观效果。通过多次实地探究和实践对比，混凝土箱梁产生水波纹的原因主要缘于以下三个方面：混凝土和易性差、粗集料分布不均、振捣质量差。
2.1 混凝土和易性差
2.1.1 水泥浆的数量少
水泥浆的数量对混凝土拌合物的流动性影响较大，在水灰比一定的情况下，单位体积拌合物内水泥浆愈多，则拌合物的流动性愈大。若水泥浆过多，将会出现跑浆现象，使混凝土拌合物粘聚性变差，并对混凝土耐久性产生一定影响；水泥浆过少，不能充分填满骨料空隙和很好地包裹在骨料表面，同样使混凝土粘聚性变差。
2.1.2 水泥浆的稠度
水泥浆的稠度取决于水胶比的大小，在水泥用量一定的情况下，随着水灰比的减小，水泥浆变得干稠，混凝土拌合物的流动性降低，混凝土施工困难，难于振捣密实。增大水胶比会使混凝土拌合物流动性提高，但水胶比过大，不仅会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良，而产生跑浆、离析现象，而且会严重影响混凝土的强度，所以水胶比应根据混凝土强度和耐久性的要求合理选用。
2.1.3 砂率
砂率的大小会严重影响混凝土拌合物的和易性。在水泥浆含量不变的情况下，砂率过大，会造成骨料的总表面积及空隙率变大，需要更多的水泥浆填充和包裹骨料，水泥浆的润滑作用不足，使混凝土拌合物的流动性降低；砂率过小，水泥砂浆不足以填充于粗骨料之间，也会降低混凝土的流动性，并且会严重影响混凝土的粘聚性和保水性，容易产生离析、跑浆等现象。
2.1.4 外加剂过饱和
混凝土中外加剂使用量过多，产生过饱和现象，拌制的混凝土和易性差，松散、产生泌水离析现象，同时对混凝土的强度和耐久性都有一定的影响。
2.1.5 混凝土生产
混凝土生产过程中主要做好两方面的控制，一是计量设备，混凝土搅拌站计量设备应定期校验，保证准确，特别是外加剂计量。由于计量不准，导致混凝土坍落度不稳定，拌制混凝土和易性差，个别情况甚至造成严重的质量事故；二是搅拌时间，混凝土生产搅拌时间的长短与混凝土的强度和均匀性有关，应从多次试验和生产实践中选择最佳搅拌时间。搅拌时间太短会对混凝土的匀质性产生极大影响，太长会产生泌水和离析现象，同时浪费能源。
2.2 混凝土中粗集料分布不均
在箱梁腹板表面水波纹处凿开检测发现，产生水波纹处上部的粗集料粒径大于下部粗集料，而且上部粗集料偏多[2]。这主要是因为预应力箱梁主要靠预应力受力，所以波纹管相对来说就多一些，箱梁腹板壁又薄，造成波纹管之间的间隙狭窄，混凝土通过波纹管位置时比较困难，使粒径较大的集料堆积在波纹管处，并且紧贴模板，造成混凝土离析，腹板表面产生水波纹。
2.3 混凝土的振捣质量差
箱梁端头两侧腹板 3m 位置钢筋密集，同时采用 φ60mm的塑料波纹管，混凝土振捣不易操作。浇筑底板混凝土，从两侧腹板上方位置浇筑，混凝土不能完全靠自重填满底板，并且混凝土下落困难，这就需要增加振捣，才能使混凝土完全填满底板，直至密实。如果选用的插入式振捣棒过粗，操作人员技术差，就会产生振捣过度，过振会导致混凝土产生泌水和分层离析，从而使混凝土产生水波纹现象。
3 水波纹的防治措施
在发现混凝土水波纹缺陷以后，引起了项目部的高度重视，专门成立了技术攻关小组，针对前期施工出现的水波纹的现象，在后期施工中通过改善混凝土和易性、加强施工工艺控制等技术措施，加强对水波纹缺陷的控制。
3.1 改善混凝土和易性
3.1.1 调整水泥浆用量
在施工中实时监控混凝土和易性，保证满足施工和易性要求。当拌和物坍落度太小时，保持水灰比不变，增加适量的水泥浆；当拌和物坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂石。
3.1.2 严格控制混凝土坍落度
混凝土拌合物坍落度在满足施工操作及混凝土成型密实的条件下，尽可能选用较小的坍落度，以节约水泥并获得较高质量的混凝土，本工程箱梁施工坍落度选择 160～200mm，在施工过程中，严格控制混凝土坍落度，确保了工程质量。
3.1.3 采用合理砂率
合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情况下，能使水泥混凝土拌合物获得最大的流动性，且能保持粘聚性及保水性良好时的砂率值。或指混凝土拌合物获得所要求的流动性及良好的粘聚性及保水性，而水泥用量为最少时的砂率值。在实际生产过程中，根据河砂的试验结果随时调整砂率，确保混凝土的砂率为合理砂率。
3.1.4 掺加适量外加剂
使用外加剂对混凝土的和易性有很大的影响。适量的外加剂能使混凝土拌合物在不增加水泥用量的条件下，获得良好的和易性。不仅流动性显著增加，而且还有效地改善拌合物的粘聚性和保水性，同时能提高混凝土的强度和耐久性。加强对外加剂质量控制，对每一次进场的外加剂进行配合比试拌，根据每一批外加剂的浓度确定本批外加剂掺量，并在外加剂储料罐中增加循环设备，保证外加剂浓度均匀。
3.1.5 加强搅拌设备的监督管理
搅拌设备维修管理人员每天查看设备运行情况，定期对搅拌站计量系统进行检定和校准，确保计量准确。定期清除搅拌缸内部积累的混凝土，定期查看搅拌叶片有无缺损，如磨损严重应及时更换。通过多次试验选择合理的搅拌时间，保证混凝土拌合物的匀质性，提高混凝土拌合物的和易性。
3.2 加强施工工艺控制
3.2.1 合理布料
采用水平均匀布料，避免集中布料而引起混凝土堆积，混凝土自吊斗口下落的自由倾落高度不宜超过 2m，浇筑高度如超过 2m 时，采用串筒或溜管等措施[3]，确保布料的均匀性。
3.2.2 改善混凝土的振捣质量
梁体混凝土的振捣采用附着式振动器为主，插入式振捣器为辅，主要采用侧振工艺。梁体两侧的附着式振动器交错布置，以免振动力互相抵消；附着式振动器集中控制，浇注什么部位振什么部位，严禁空振模板；附着式振动器与侧模振动架密贴，以便混凝土最大限度的吸收振动力；振动时间以混凝土停止下沉、不冒气泡、泛浆、表面平坦为度。
梁端混凝土振捣采用φ30mm 振捣棒捣固，以保证梁端混凝土密实，钢筋较密及波纹管密集处，插入式振捣器难以发挥作用的地方，制定周密的振捣方案，用捣固铲人工捣固，配合附着式振动器振捣。同时加强了对振捣手的培训上岗，确保振捣手能正确判断振捣部位和时间，防止出现漏振、过振现象。
4 改进后的应用效果
项目部严格按照制定的防治措施，对箱梁产生水波纹质量缺陷进行了有效的控制和预防，同时项目部对相关人员进行了详细的施工安全技术交底。在后续混凝土预制箱梁施工过程中，均未产生水波纹（见图 2），得到了监理及业主的一致好评。
5 结束语
通过对本工程混凝土水波纹缺陷的治理和控制，得出了混凝土箱梁水波纹控制的措施：
（1）加强施工控制，通过优化混凝土配合比、控制外加剂用量、加强混凝土搅拌控制等技术措施，改善混凝土的和易性。
（2）加强施工工艺的控制，确保混凝土布料、振捣合理。