實(shí)例解析混凝土滯后泌水問(wèn)題

汪繼平

(工程師，廣西交通投資集團(tuán)有限公司）

滯后泌水與普通泌水機(jī)理上的區(qū)別

滯后泌水與普通泌水在機(jī)理上存在較大的區(qū)別，普通泌水是混凝土在重力作用下，骨料下沉，多余的自由水分從漿體中分離并析出到混凝土表面，解決普通泌水的方法是增大混凝土的粘度、增加砂率以增加漿體濃度。造成“滯后泌水”的原因根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可以歸結(jié)為兩種，一種是粉料的“吸水平衡”，即在大摻量礦物摻合料的混凝土中，由于礦料的多孔結(jié)構(gòu)，初期開(kāi)始吸附水分，當(dāng)水分吸附到一定程度達(dá)到飽和后開(kāi)始放出多余水分，從而導(dǎo)致滯后時(shí)差的泌水；另外一個(gè)原因是緩凝劑的滯后作用。

混凝土滯后泌水工程解決實(shí)例

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

舟山大陸連島工程金塘大橋?yàn)閲?guó)內(nèi)第三大跨海大橋，設(shè)計(jì)使用壽命100年，采用高性能海工混凝土。承臺(tái)作為下部結(jié)構(gòu)位處浪濺區(qū)，需要有較高的抗氯離子滲透能力和致密的混凝土表面，以阻隔氯鹽的侵蝕通道和延緩侵蝕時(shí)間，因此，混凝土外觀應(yīng)均勻一致，無(wú)氣泡和砂線等缺陷。在工程第一個(gè)承臺(tái)澆筑后，出現(xiàn)了較多的砂線缺陷，砂線從承臺(tái)底面1m 以上開(kāi)始產(chǎn)生，沿承臺(tái)四周不規(guī)則分布，寬度大小不一，長(zhǎng)度直至承臺(tái)頂面邊緣。

分析問(wèn)題

從對(duì)混凝土澆筑過(guò)程的觀察分析，泌水在混凝土澆筑成型后2～3h 開(kāi)始大量出現(xiàn)，整個(gè)泌水過(guò)程一直持續(xù)到初凝前1h。從現(xiàn)象上分析，這是工程中較少出現(xiàn)的 “滯后泌水”。解決 “滯后泌水”成為消除砂線缺陷的唯一技術(shù)途徑。

查找原因

（1）初期使用配合比

第一個(gè)承臺(tái)采用的設(shè)計(jì)配合比及材料見(jiàn)表1。

該配合比為杭州灣大橋后期承臺(tái)使用的成熟配合比，地域環(huán)境和工程特點(diǎn)上兩地都非常相似，唯一的最大區(qū)別是阻銹劑相差較大。在設(shè)計(jì)配合比中摻入了遷移性復(fù)合氨基醇阻銹劑，這與國(guó)內(nèi)以前海工混凝土的設(shè)計(jì)有較大區(qū)別，杭州灣以及東海大橋均采用亞硝酸鈣阻銹劑，但該類阻銹劑的最大缺點(diǎn)是具有促凝作用和污染環(huán)境，因而在本工程中未再繼續(xù)使用。本工程采用的是遷移型復(fù)合氨基醇有機(jī)阻銹劑，有機(jī)阻銹劑可以通過(guò)擴(kuò)散作用遷移到硬化混凝土內(nèi)部，與混凝土中鋼筋接觸以后形成單分子保護(hù)層，不但保護(hù)混凝土中鋼筋的陰極區(qū)，而且保護(hù)陽(yáng)極區(qū)，具有雙重作用，且無(wú)任何毒害。

由于工程前期籌備時(shí)間短，對(duì)以上在杭州灣使用成熟的配合比在本工程中未做更多的驗(yàn)證試驗(yàn)，只是檢測(cè)了混凝土的工作性能和力學(xué)性能，未能觀察到滯后泌水的問(wèn)題。

（2）初期配合比的室內(nèi)驗(yàn)證試驗(yàn)

采用表1中的配合比，配制摻加兩組不同類型的阻銹劑和一組空白（未摻阻銹劑）試樣，分別檢測(cè)混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)，借此分析“滯后泌水”的內(nèi)因，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由表2的試驗(yàn)結(jié)果可知，在采用不同阻銹劑的情況下混凝土各項(xiàng)性能發(fā)生了較明顯的變化，尤其是混凝土的凝結(jié)時(shí)間和2h 壓力泌水，28d 抗壓強(qiáng)度也因復(fù)合氨基醇有機(jī)阻銹劑的摻入而較空白組降低5MPa 左右。各組混凝土的初始塑性均相差不大，表明摻入不同阻銹劑的情況下混凝土均能保證較好的工作性。

JT/T537-2004《鋼筋混凝土阻銹規(guī)程》對(duì)初凝時(shí)間的影響在-60～+120min 范圍內(nèi)，但從表2看出，由于采用了大摻量的礦物摻合料，阻銹劑實(shí)際對(duì)初凝時(shí)間的影響均超出了規(guī)定范圍，復(fù)合氨基醇類延緩3h 初凝，而使用亞硝酸鈣的則提前了1h。從初凝時(shí)間被延后的現(xiàn)象分析，復(fù)合氨基醇阻銹劑對(duì)水泥粒子起到一定的分散作用，延緩了水化作用，這是導(dǎo)致“滯后泌水”的原因之一，但還不是根本原因。

表1 初期使用配合比及其材料情況

表2 不同類型阻銹劑與空白混凝土試驗(yàn)結(jié)果

表3 優(yōu)化配合比和材料

表4 優(yōu)化配合比驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

從含氣量上可以分析復(fù)合氨基醇類阻銹劑引入了大量氣泡，含氣量較空白混凝土和亞硝酸鈣都有明顯的增大。在混凝土中引入4%～6%的微小氣泡有利于提高混凝土的工作性、抗?jié)B能力和抗凍融能力，但氣泡引入過(guò)多則會(huì)直接導(dǎo)致強(qiáng)度的下降等弊端。從表2結(jié)果可以看出，在7.5%的含氣量情況下，2h 后的壓力泌水較空白和亞硝酸鈣組都有明顯的增長(zhǎng)，達(dá)到18.7g，比初始?jí)毫γ谒€要多，這是違背常規(guī)混凝土泌水規(guī)律的，從根本上符合了“滯后泌水”的現(xiàn)狀。而空白組和亞硝酸鈣組在1h 后壓力泌水均已呈下降和停止趨勢(shì)。同時(shí)其28d 強(qiáng)度的下降也說(shuō)明了復(fù)合氨基醇類阻銹劑中引入了過(guò)量的氣泡。

從試驗(yàn)現(xiàn)象上解釋了復(fù)合氨基醇類阻銹劑是引起“滯后泌水”的根本原因，但機(jī)理上只能作出經(jīng)驗(yàn)解釋。在混凝土澆筑初期，大量引入的氣泡在機(jī)械震動(dòng)作用力下會(huì)部分消失，但仍有一定量的氣泡永遠(yuǎn)停留在混凝土內(nèi)部，氣泡穩(wěn)定后則起到阻隔泌水通道的作用。但因過(guò)量引入氣泡而使初始自由水即使在機(jī)械震動(dòng)力情況下也無(wú)法排出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，由于后層混凝土的覆蓋力、重力以及擾動(dòng)力的作用，多余氣泡仍然會(huì)破裂形成泌水通道而導(dǎo)致“滯后泌水”。這些通道增加了混凝土的內(nèi)部空隙，降低了混凝土的強(qiáng)度，從而解釋了28d 強(qiáng)度較空白混凝土低的真正原因。

解決思路

“滯后泌水”的根本原因是過(guò)量氣泡的引入，但從普通泌水問(wèn)題上可以進(jìn)一步研究，優(yōu)化配合比，使混凝土本身具有較少的泌水，從而使滯后泌水也相對(duì)減少。

海工混凝土需摻入各種礦物摻合料，由于各粉料的微觀粒子結(jié)構(gòu)相差甚大，性質(zhì)各不相同，尤其是對(duì)水的吸附、反應(yīng)時(shí)間等，因此，粉料的比例選擇成為影響泌水的因素之一。海工混凝土各組分的比重不同導(dǎo)致在重力作用下不同組分沉漿速率不同選擇合適的漿體率可以保證混凝土的均勻和減少離析，因此選擇砂率成為影響泌水的另一個(gè)關(guān)鍵因素，另外，外加劑的摻量也是影響因素之一。

基于以上考慮，將粉煤灰比例、礦粉比例、砂率、外加劑摻量作為四個(gè)因素，構(gòu)成一個(gè)四因素、三水平的L9（34）的正交試驗(yàn)，通過(guò)該正交試驗(yàn)來(lái)分析確定泌水最少的優(yōu)化配合比。

1）優(yōu)化配合比和材料

根據(jù)正交試驗(yàn)的結(jié)果，優(yōu)化配合比確定為表3。

2）外加劑的調(diào)整

由于復(fù)合氨基醇的引氣作用，增加了混凝土本身的含氣量，因此，必須在減水劑上對(duì)引氣作出調(diào)整，由原先摻入1/10000的引氣劑減少至0.3/10000。

3）優(yōu)化配合比的試驗(yàn)結(jié)果

在對(duì)配合比進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整的基礎(chǔ)上，降低了減水劑中的引氣劑摻量。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，其中140s 壓力泌水為7.5g，2h壓力泌水僅為2.3g，大大減少了泌水，從根本上消除了“滯后泌水”現(xiàn)象。

結(jié)論

在采用表3配合比澆筑承臺(tái)時(shí)泌水現(xiàn)象有了根本性改觀，全部澆筑完160 個(gè)承臺(tái)無(wú)滯后泌水現(xiàn)象發(fā)生。在后期采用該配合比澆筑的承臺(tái)中未再出現(xiàn)砂線缺陷，從而從根本上徹底解決了由于新型阻銹劑帶來(lái)的“滯后泌水”問(wèn)題。

建議

工程中出現(xiàn)“滯后泌水”是不多見(jiàn)的，解決途徑應(yīng)從以下方面考慮：

一是通過(guò)優(yōu)化配合比，選擇優(yōu)質(zhì)材料來(lái)保證混凝土本身的保水性能，優(yōu)化配合比應(yīng)從粉料比例、砂率、外加劑摻量等方面考慮，選擇最優(yōu)比例，同時(shí)更重要的是應(yīng)與外加劑廠家共同分析判斷混凝土的性能，從而從外加劑的組分上進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到制本的目的。

二是應(yīng)充分掌握新型材料的使用性能和化學(xué)機(jī)理，在未來(lái)的高性能混凝土發(fā)展中無(wú)可避免要采用越來(lái)越多的新型材料，以適應(yīng)不同的使用要求，對(duì)于混凝土施工中出現(xiàn)的問(wèn)題應(yīng)首先考慮新型材料的影響，最簡(jiǎn)單的方法就是抽出該材料進(jìn)行試驗(yàn)，以比對(duì)和判斷新型材料的影響。

三是施工中同時(shí)需要嚴(yán)格控制混凝土的坍落度，當(dāng)坍落度超過(guò)20cm 即出現(xiàn)多余的自由水并很快析出，從表面上看，是由于混凝土的保水性能不良，實(shí)際上是因?yàn)榛炷羶?nèi)部無(wú)自由氣泡阻隔泌水通道，自由水無(wú)法停留而析出，針對(duì)這種情況，應(yīng)加強(qiáng)二次振搗消除泌水形成的泌水通道。