现浇混凝土梁、柱施工中垂直面真空脱水技术的应用

近年来，混凝土平面真空脱水工艺已广泛应用于水泥混凝土道路、机场道坪、市政交通及预制构件、现浇工程等领域，其优越性已得到社会的重视与承认。对于现浇混凝土框架结构，梁、柱的垂直面真空脱水显得更为重要。研究及工程实践表明，对现浇混凝土梁、柱进行垂直面真空脱水，可以提高工程质量，加快施工进度，降低工程造价。

混凝土垂直面真空脱水作用机理

混凝土垂直面真空脱水工艺是利用混凝土真空脱术专用设备，借助大气压与吸垫内形成的真空负压间的压力差，克服混凝土颗粒间的内聚力和粘附力，使混凝土结构受到各向挤压作用，将混凝土内多余的水分和空气排出，以达到改善混凝土性能的目的。

对现浇混凝土梁、柱进行垂直面真空脱水时，真空度首先沿模板内周边传播。现浇混凝土结构模板与混凝土体接触面粘结最差，真空度传递时受到的阻力最小，因此最易穿透。当模板内周边形成真空压力差后，即向混凝土渗透。模板内的混凝土体受到来自周边的各向压缩力作用，固体颗粒相互靠近，溶解在水中的空气形成气泡，产生体积膨胀。气泡体积膨胀带来的挤压作用使得混凝土内部的游离水排出，随同气泡一起，被捕吸到混凝土体外，致使混凝土内部水灰比降低，密实度提高。受真空挤压作用，混凝土内部的孔结构也得到了明显改善，大孔被分割成若干个微细孔，骨料与水泥浆体间的水膜层减薄，界面缺陷减少，粘结力增强。

混凝土垂直面真空脱水工艺参数的选择

有效真空作业深度

通过对混凝土柱垂直面真空脱水过程中各个部位真空度的实测发现，真空度向混凝土深度传播过程中的衰减幅度很大，传播速度较慢，当混凝土垂直面真空作业深度为200mm时，20min后试验柱中心混凝土才能受到较微弱的真空度作用（0.005~0.010MPa）。当作业深度为300mm时，真空作业30min后才能在试验柱中心测得约0.01MPa的真空度；当作业深度为400mm时，40min后柱中心可获得0.01MPa的真空度。当作业深度为500mm时，即使抽吸时间延长至70min，柱中心仍无真空度显示。可见，垂直面混凝土真空脱水的有效作业深度约为400mm。对于宽度大于400mm的混凝土梁或柱，应采用双面布垫同时进行真空作业的方法，以确保脱水效果。

真空度

对混凝土梁、柱等现浇结构进行垂直面真空脱水时，真空度对脱水率的影响与平面真空脱水规律基本一致，但有效的真空度范围不同，由图3-19-1可知，真空度小于0.04MPa时，脱水率随着真空度的加大，几乎呈直线提高。当真空度大于0.04MPa时，尽管混凝土的脱水率仍随真空度的上升而提高，但提高幅度很小。当真空度上升到0.072MPa左右，混凝土的脱水量最大，再提高真空度，混凝土的脱水量不仅没有增加，反而有下降趋势。

真空作业时间

混凝土垂直面真空脱水作业时间，一般要比平面真空脱水时间长。图3-19-2所示垂直面真空脱水作业时间与脱水量间的关系。根据试验结果，可得到如下关系式：

式中  ΔW——真空脱水量；

t——真空作用时间

K——常数

η——脱水率

实际施工时可参照表3-19-1选择真空作业时间。

脱水率

试验研究表明，并非混凝土的真空脱水率越高混凝土性能越好。因此，在对混凝土进行真空脱水时，存在一个最佳脱水率范围，即在此范围内，对混凝土性能改善最有利。与平面真空脱水相比较，垂直面混凝土真空脱水的速度较慢，最佳脱水率较低。当水泥开始初凝时，再延长真空作业时间，显然对混凝土性能不利。根据试验及工程施工经验，垂直面混凝土真空脱水率以8%~15%为宜。

工程应用

XX培训中心教学大楼及某些小区混凝土施工中采用了垂直面真空脱水技术。现仅以扬州试验工程为例，对其技术经济效益进行粗略剖析。

工程概况及施工工艺

XX培训中心教学大楼采用混合结构框架，总建筑面积3488m2，分A、B、C三个区，A区为4层砖混结构，B区为5层现浇框架结构，C区为2层现浇结构。垂直面真空脱水试验在B区进行。试验柱截面尺寸为500mm×500mm，试验梁截面尺寸为250mm×450mm。B区混凝土梁、柱浇筑量为297.14m3，混凝土强度等级为C18，混凝土施工坍落度要求为3~5cm，水灰比为0.52，原设计每立方米混凝土的水泥用量为325kg，实际用量为300kg。

实际施工的工艺流程入图3-19-3。

混凝土采用双面布垫，梁为单面布垫，真空腔板拼装如图3-19-4所示。

现场真空脱水率测量

部分混凝土梁、柱的真空脱水率测量结果列于表3-19-2。

强度试验

因实际工程结构不宜钻芯取样测量混凝土的强度，所以采用直接回弹测量法和试块间接测量法对混凝土柱、梁进行强度对比试验，表3-19-3所列为各层次平均试验结果。

技术经济分析

1.真空脱水提高了混凝土早期强度，加快了模板周转率。由试验可知，垂直面真空脱水后混凝土48h强度达到5.03MPa，试验柱脱模时间可由原来的7d提前到48h，梁的脱模时间也可从原来的28d提前到20d左右。该工程节省模板402.8m2，且工期提前，节省人工费数千元。

2.真空脱水使混凝土实际单位用水量减小，水灰比降低，混凝土强度提高。在保证混凝土强度的前提下，每立方米混凝土可减少水泥用量25kg。该工程共节约水泥7.43t。

3.由于真空脱水，混凝土中的游离水大大减少，抗冻性明显提高。

4.真空作业后，在作业面表面留下了真空腔板气泡所形成的均布麻点，为工程装饰提供了有利条件，可直接在其表面抹灰粉刷。

仅此一项，试验工程就减少传统喷浆面积726m2。采用垂直面混凝土真空脱水工艺，该工程B区获得直接经济效益上万元，降低工程造价6%左右。