浅谈水泥混凝土的结构分层现象

浅谈水泥混凝土的结构分层现象

【摘要】在水泥混凝土的施工过程中，不可避免地会产生混凝土结构的内分层和外分层现象。内分层是指混凝土内部粗集料的下方，集料空隙中的砂浆产生的分层现象；外分层是指混凝土在成型过程中和凝结以前，不同粒径的集料在水泥砂浆中沉I泽速度不同。粗大颗粒沉积于路面下部，水分被挤上升或积聚粗集料的下部，使混凝土结构沿浇灌方向产生宏观堆聚结构的不均匀现象。内分层和外分层现象是混凝土宏观堆聚结构的基本特征。

【关键词】水泥；施工

在水泥混凝土的施工过程中，由于工艺要求的不同，产生的内分层和外分层结构也有其不同的特点。除水泥混定碎石路面外，水泥混凝土施工均要求提浆，提浆工艺本身要求混凝土产生明显的外分层结构，使饰面和纹理施工得以顺利进行；水泥混凝土在密实成型过程中，不可避免地会产生内分层现象，如滑模摊铺施工采用插入式振动设备振动密实，在振动棒周围砂浆富集，又如水泥混定碎石施工中存在中间密实度最大，表面和底部密实度较中间部位低的内分层现象。

混凝土的外分层是可以利用的，如用于纹理制作的提浆分层，表面裸骨工艺产生的分层，表面除浆工艺产生的分层。内分层对混凝土结构一般都是有害的。本文介绍水泥混凝土结构分层现象产生原因、分层的应用和有害分层现象的避免方法，为改进水泥混凝土施工工艺提供参考。

１．水泥混凝土结构分层现象及其形成过程

1.1混凝土的内分层结构

水泥混凝土在振动成型和提浆过程中，混凝土内部结构不断变化，浆体流动，空气不断排出，混凝土结构不断密实；继续振动和提浆时，在水分挤出和气泡排出的上升过程中，由于受粗集料骨架的限制，部分积聚在粗集料的空隙中，形成内分层结构。

这种密实不均匀性是压实作用机理本身造成的，是客观存在的结构本质特性。从外观看没有分层现象，但内部密度是不均匀的，这种不均匀现象也是一种内分层，对混凝土的性能有不利影响。

还有一种内分层结构，混凝土采用内部振动密实成型时，在振动棒附近，振动作用较强，振动棒通过后，流动性较好的砂浆填充振动棒占有的空间，形成内分层结构。如果滑模摊铺施工时不能连续摊铺，振动棒震动作用时间过长，混凝土混合料还会产生内部离析现象，这种内部离析是一类严重的内分层现象。

1.2混凝土的外分层结构

水泥混凝土结构先天就存在外分层现象，水泥混凝土外分层结构是由于振动提浆作用形成的。振动成型过程中，混凝土混合料流动，由于集料与砂浆的密度不同，集料的密度大，在振动作用下，粗集料下沉较快，细集料下沉较慢，水分挤出上升，形成外分层结构。

2.分层结构对水泥混凝土使用性能的影响

2.1外分层与混凝土的表面功能

水泥混凝土表面提浆，控制提起的水泥浆的稠度，对实现混凝土的表面功能有重要作用。

提浆有利于对路面进行整平，提高路面的平整度。普通混凝土路面用三辊轴摊铺时，由振动轴离心提浆；采用滑模摊铺施工时，由振动系统振动提浆，挤压板进一步挤压提浆和自动抹平板提浆抹平。这些工作的实质是使路面具有外分层结构，通过形成一层砂浆层，使路面的表面修整工作容易进行，表面平整度达到高的要求。水泥稳定碎石没有提浆现象和外分层，则要达到平整度要求需要采取许多其他措施，其效果都没有提浆的好。

过度提浆对水泥混凝土的使用是不利的。提浆厚度过大时，一方面，砂浆的收缩远大于混凝土的收缩，表面砂浆收缩受到下部混凝土的约束，容易产生收缩裂缝。三辊轴机组施工中的离心提浆作用，表面浆体的水灰比增加，如果提浆过度，表面是纯水泥浆，甚至是一层水泥浆稀溶液，路面平整度和耐磨性都成问题。

2.2外分层对混凝土路面结构强度的影响

设混凝土表面砂浆层厚度为hm，弹性模量为Em，混凝土层的厚度为hc，弹性模量为Ec。下面按复合材料理论和等刚度原则估计外分层对混凝土抗弯拉强度和劈裂抗拉强度的影响。’对于抗拉强度，混凝土的弯曲刚度为：DJ=Em[(Hm+Hc-Ho)3-(Hc-Ho)3]+E[(Hc-Ho)3+Ho3]

3(1一U2)

U一砼的泊松比，可取0．15；ho一中性面位置较大的粗集料时，内分层降低水泥浆与集料的界面粘结性能，对于混凝土的弯拉性能和疲劳性能将产生重要的影响。

水泥稳定碎石基层的内分层结构对路面使用是十分不利的。由于强度与密度有很大的关系，密度的微小变化都将影响水泥稳定碎石的强度。表面和底面的密度较低’因而强度较低，对于承受弯拉应力和要求具有抗滑、耐磨的表面功能的水泥混凝土结构，正好是不相容的。水泥稳定碎石的压碎作用还产生一种特殊的内分层结构，被压碎的集料没有胶凝材料包裹，这是水泥稳定碎石强度波动的较大原因之一。

3.防止混凝土有害分层的措施

3.1防止严重外分层韵措施

防止严重外分层的措施，从材料和工艺上考虑主要有：一是采用低塌落度混凝土施工，减少混凝土分层离析；二是提高混凝土混合料的粘聚性，保证基本砂率要求和最小水泥用量要求；三是严禁人在混凝土表面用浠水泥浆找补整平；四是提高混凝土搅拌的生产能力，保持施工的连续性，防止出现外分层并被包裹在混凝土结构中；五是接桩等施工时，应将桩头砂浆凿除；六是混凝土结构每次施工结束前，用新拌混凝土置换已产生的砂浆，防止分层现象。

3.2防止有害内分层的措施，提高混凝土的均匀性

一是采用适当高的沙率，使砂浆全部包裹住粗集料，并有适当的富余量，使振动密实成型过程中水和气泡能够顺利排出。

二是内部振动振捣机的振动棒间距和振动时间掌握要好，不能过振，也不能欠振。

三是振动棒不得碰撞模板和钢筋。

四是水泥稳定基层碾压施工时，表面应采用胶轮压路机补压，提高表面的密实度，如果摊铺层厚度过大，宜分层摊铺。应按计算确定，其搭接和锚固长度尚不应小和300mm；第十一，不配筋的外叶墙应设控制缝，控制缝间距不宜大于6m；第十二，设置灰缝钢筋的房屋的控制缝的间距不宜大于30m。

4.在建筑物墙体中设置配筋带

第一，在楼盖处和屋盖处；第二，墙体的顶部；第三，窗台的下部；第四，配筋带的间距不应大于2ra，也不宜小于800ram；第五，配筋带的钢筋，对190ram 厚墙，不应小于2Ф12，对250—300mm厚墙不应小于2Ф16，当配筋带作为过梁时，其配筋应按计算确定；第六，配筋带钢筋宜通长设置，当不能通长设置时，允许搭接，搭接长度不应小于45d和600ram；第七，配筋带钢筋应弯入转角墙处锚固，锚固长度不应小于35d和400ram；第八，当配筋带仅用于控制墙体裂缝时，宜在控制缝处断开，当设计考虑需要通过控制缝时，宜在该处的配筋带表面作成虚缝，以控制可预料的裂缝位置；第九，对地震设防裂度≥7度的地区，配筋带的截面不应小于‘190mm×200mm，配筋不应小于410；第十，设置配筋带的房屋的控制缝的间距不宜大于30lIl；也可根据建筑物的具体情况，如场地土及地震设防裂度、基础结构布置型式、建筑物平面、外形等，综合采用上述抗裂措施。■