刚参加工作那阵子,在工地做了几年的技术管理工作。后来,虽然远离了施工一线,但对技术问题的关注和思考却从未停止。
这两天,做主体结构检测的同事跟我分享了最近碰到的一件很蹊跷的事情:在进行某建筑主体结构回弹检测时,明明试块强度和钻芯结果都很好,但回弹结果就是不行,百思不得其解。我问他,施工采用的什么模板,他说不了解,并疑惑地问我,难道这还有关系?我说,不但有,而且关系很大,这个工地极有可能使用的是铝模板。当他询问委托方得到肯定的回答之后,我告诉他,这个现象目前比较普遍,不足为怪。
为了解答这位同事的困惑,我整理了自己对这个问题学习的一些思考。
在铝模板构件施工中,往往会出现外观质量不佳、表面气泡孔洞多、混凝土碳化深度增大等问题。与木模板相比,采用铝模板浇筑的混凝土,其回弹推定强度通常较低,回弹值比同期标准养护试块低10%~20%,且与钻芯法检测结果存在较大差异。
1、工程实例
某项目设计强度C40的剪力墙,回弹检测中出现了一个极其典型的现象:同一车混凝土、同一时间浇筑、同一面剪力墙,分别采用铝模板和木模板,回弹推定强度竟相差超过11.7MPa。
合肥某项目曾进行采用不同模板施工时混凝土强度与取芯试验的比较研究。可以看出,不管混凝土与标号如何,采用铝模板的混凝凝土强度总是偏低。

2、原因分析

铝模板施工中混凝土表面气泡多、碳化深度大、回弹值偏低等问题,主要源于铝模板的材料特性、施工工艺等原因,造成混凝土表面的物理状态和化学性能的改变,进而导致混凝土表面回弹值偏低:
1)材料吸水性差异。木模板具有多孔纤维结构,能够吸收混凝土振捣时泌出的多余水分,减少表层水胶比,因而降低了泌水导致的毛细孔隙率。而铝模板表面光滑且不吸水,水分无法通过模板排出,导致泌水在模板与混凝土界面聚集,形成局部高水胶比的薄弱层。
2)孔隙结构形成机制。铝模板之间的接缝紧密阻碍了水分的迁移,迫使泌水滞留于表层。水分蒸发后,高水胶比区域会形成连通的毛细孔隙和微裂缝网络,这些孔隙不仅降低表层强度,还为CO2和水分渗透提供了快速通道。相比之下,木模板通过吸水减少表层自由水,使胶凝材料充分填充空隙,形成更致密的表面结构。
3)材料间化学反应。在强碱性的混凝土环境(pH值12-13)中,铝模板(特别是未经表面处理时)会与孔隙液中的氢氧根离子发生反应,其反应方程式为:2Al + 2OH⁻ + 6H₂O → 2[Al(OH)₄]⁻ + 3H₂↑,该反应会产生氢气。若气泡在振捣时未能完全排出,就会附着在铝模板表面,从而在混凝土表层形成气泡孔洞,影响其表观质量和局部强度。
4)碳化加速效应。铝模板成型混凝土的高孔隙表层扩大了CO2与Ca(OH)2的接触面积,碳化反应(Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O)速率显著提升。同时,孔隙中的水分作为CO2溶解载体,进一步促进离子扩散,导致碳化深度增加。
5)热工性能与季节影响。铝模板导热系数高,尤其在冬季,会形成混凝土内部升温膨胀、表层快速冷却收缩的“内热外冷”现象。由此产生的温差应力易引发表层混凝土微裂缝,不仅降低表层密实度,也加快了二氧化碳渗透与碳化进程。相比之下,木模板具备更好的保温保湿性能,有助于混凝土表层强度的平稳发展。
6)振捣影响。铝模板刚度大,会将大部分振捣波反射回混凝土表层,对靠近模板的浆体造成二次扰动,反而不利于其稳定与密实。相比之下,木模板能吸收部分振动能量,对表层扰动较小,更易形成平整密实的表层。
7)拆模时间。铝模板作为高价值定制周转材料,项目为加速周转,其竖向模板通常在浇筑后不足24小时即拆除。此时混凝土强度尚未充分发展,自由水仍存,拆除时的机械作用极易损伤表层或产生微裂缝。木模板可多套轮换使用,拆模时间更为充裕,为混凝土提供了更充分的硬化条件,有利于获得更好的表层质量和密实度。
3、改进措施
改进铝模板施工中混凝土表面气泡多、回弹强度偏低、碳化深度大等问题,需从材料配比选择、后期养护、修复处理等三方面系统优化:
1)优化材料配比。掺入聚羧酸系高性能减水剂,将严格控制水胶比在0.4以下,减少泌水量,降低表层孔隙率;其次,复掺硅灰或纳米二氧化硅,利用其粒径超细特性填充基体内部的微孔隙,并通过火山灰效应消耗游离Ca(OH)2,生成致密C-S-H凝胶,从而降低CO2扩散系数;减少引气剂用量,过量引气剂会增加气泡数量,建议根据实际需求调整至最低有效掺量;添加消泡剂,通过外加剂中引入消泡组分,有效减少混凝土内部气泡含量,提升表层密实度;复掺粉煤灰与矿渣粉,相比单掺粉煤灰,复掺S95级矿渣粉可填充微孔隙,提高表面硬化层强度,缩小回弹与芯样强度差异。
2)加强养护。使用油性脱模剂或蜡基复合材料层(嵌蜡板技术),替代传统水性脱模剂,形成更均匀隔离层,减少气泡滞留;采用节水保湿膜(如0.1mm厚PE膜)全覆盖混凝土表面,从而维持构件养护湿度,使得表层水泥颗粒持续水化,增加C-S-H凝胶生成量,提升表层硬度;其次,拆模后立即喷涂丙烯酸酯类养护剂,形成的致密薄膜降低水分蒸发速率,避免因失水导致的表面粉化;
3)修复处理。对于已出现强度缺陷的区域,采用硅烷浸渍剂处理,其与混凝土中碱性物质反应生成硅氧烷网络,提升表层莫氏硬度,同时降低氯离子渗透率。
针对铝模混凝土浇筑中出现的问题,除了施工过程中采取必要的措施外,建议在相关的标准和规范中建立专用测强曲线或对回弹值进行系统性修正,以保证检测结果的公正、客观、准确。
夜雨聆风