喀麥隆曼維萊水電站混凝土泌水原因分析及處理

羅碧喜 黃霏霏

混凝土泌水是不可避免的，但是在澆筑過程中如果出現(xiàn)嚴重泌水現(xiàn)象，必將大大地影響施工質(zhì)量。首先會造成混凝土表面強度、抗風化和抗侵蝕的能力降低；同時混凝土中的水分上浮在混凝土內(nèi)留下泌水通道，產(chǎn)生大量自底部向頂層發(fā)展的毛細管通道網(wǎng)，將直接導(dǎo)致混凝土滲透性和抗壓強度降低；由于泌水使混凝土表面的水灰比增大，并出現(xiàn)浮漿，上浮的水中帶有大量的水泥顆粒，在混凝土表面形成返漿層，硬化后強度很低，同時混凝土的耐磨性下降；嚴重的泌水會引起混凝土沉降導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生塑性裂紋，塑性裂紋的存在會降低混凝土的強度。

經(jīng)分析造成混凝土泌水的原因主要有5種：（1）混凝土的水灰比越大，水泥凝結(jié)硬化的時間越長，自由水越多，水與水泥分離的時間越長，混凝土越容易導(dǎo)致泌水現(xiàn)象；（2）混凝土中減水劑摻量過多，或者緩凝組分摻量過多，會造成新拌混凝土的大量泌水和離析；（3）水泥作為混凝土中最重要的膠凝材料，與混凝土的泌水性能密切相關(guān)，水泥的凝結(jié)時間、細度、比表面積與顆粒分布都會引起混凝土泌水現(xiàn)象；（4）混凝土拌和物處于液化狀態(tài)，若細骨料偏粗，或者級配不合理，細顆?？障对龃?，自由水在壓力作用下引起混凝土泌水現(xiàn)象；（5）混凝土澆筑過程中，振搗過度也會導(dǎo)致混凝土泌水現(xiàn)象的發(fā)生。

喀麥隆曼維萊水電站地處非洲原始森林地帶，常年降雨豐富，水質(zhì)為弱酸性。電站常態(tài)混凝土為42萬m3，混凝土涉及結(jié)構(gòu)物主要包括擋水建筑物、泄水建筑物、引水建筑、發(fā)電廠房及輔助建筑等。曼維萊水電站混凝土配合比所用的外加劑有2種，一種是由大連西卡外加劑有限公司提供的原廠地為瑞士的型號為MY3301羧酸類高性能減水劑，另一種是長安育才有限公司生產(chǎn)的型號為GK-4A萘系緩凝減水劑。在進行現(xiàn)場大體積澆筑過程中，由于天然砂生產(chǎn)量和MY3301減水劑庫存量不能滿足現(xiàn)場施工要求，急需尋找一種替代原材料，因此，在原配合比基礎(chǔ)上對人工砂和GK-4A進行簡單的代替試驗，發(fā)現(xiàn)混凝土泌水嚴重，漿體分離，甚至有骨料分離情況，出現(xiàn)振搗難和泵送堵管現(xiàn)象。針對這些情況，逐一對混凝土組成要素和配比進行多組試驗，對其試驗結(jié)果進行分析。在現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上，最終降低了混凝土泌水現(xiàn)象，其它各項指標也滿足規(guī)范要求，從源頭上解決了混凝土施工質(zhì)量問題，有效地保證了施工進度。

1 原材料檢測及分析

針對混凝土試驗過程中的泌水現(xiàn)象，首先對使用的原材料進行檢測和試驗，并對各原材料的試驗結(jié)果進行分析，試驗結(jié)果和分析內(nèi)容如下。

1.1 水泥試驗

試驗采用山東龍口P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，水泥試驗檢測成果見表1。

表1 水泥物理力學(xué)性能檢測成果

1.2 GK-4A減水劑試驗

GK-4A減水劑試驗結(jié)果見表2。

表2GK-4A減水劑試驗結(jié)果

1.3 人工砂級配試驗

采用電站砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的人工砂，選取兩批不同批次做篩分實驗，其級配與顆分曲線分別見表3、4和圖1。

表3 批次1篩分結(jié)果

表4 批次2篩分結(jié)果

圖1 人工砂顆分曲線

從表3、4及圖1原材料檢測結(jié)果可以看出，試驗結(jié)果均能滿足規(guī)范要求，但從圖1可以看出人工砂顆粒主要集中在0.315 mm和0.63 mm這兩級之間，而大顆粒和粉含量較少，砂的顆粒明顯級配不連續(xù)，混凝土集料之間容易形成縫隙，填充不密實，導(dǎo)致漿體包裹性較差，可能導(dǎo)致混凝土泌水現(xiàn)象的發(fā)生。

在按照原配合比各參數(shù)不變的條件下，調(diào)整人工砂顆粒級配，調(diào)整后人工砂試驗結(jié)果見表5。

表5 調(diào)整后人工砂試驗結(jié)果

從表5可以看出，調(diào)整后人工砂級配連續(xù)性明顯好于調(diào)整前。再次按調(diào)整后人工砂進行混凝土配合比試驗，其結(jié)果依然存在泌水現(xiàn)象，但泌水量明顯減少，說明混凝土泌水不僅僅是由人工砂級配造成的，也可能是混凝土級配不合理導(dǎo)致。

2 混凝土配合比試驗及分析

以C30二級配泵送混凝土為例，正常用于現(xiàn)場施工的原混凝土配合比參數(shù)見表6。

基于上述試驗結(jié)果，在不改變混凝土配合比其它參數(shù)的條件下，把天然砂替換為調(diào)整后的人工砂進行混凝土拌制，發(fā)現(xiàn)有少量的泌水現(xiàn)象，由GK-4A減水劑替換sick減水劑，泌水現(xiàn)象依然發(fā)生并有增加的趨勢。為了分析泌水原因，分別調(diào)整天然砂為人工砂、sick減水劑為GK-4A減水劑，調(diào)整后級配參數(shù)見表7。

表6 原混凝土配合比參數(shù)

表7 調(diào)整后級配參數(shù)

按照表7再次進行試驗，拌制出來的混凝土的和易性較好，但放置一段時間后混凝土面上就開始大量泌水，另外將該混凝土裝入20 L桶中用振動棒振搗后表面有大量水浮在表面。

為了分析混凝土泌水原因，在表6配合比的基礎(chǔ)上，根據(jù)GB 8076—2008《混凝土減水劑檢測標準》分別檢測了0.6%、0.7%、0.8%三種摻量下的泌水率比，如圖2所示。

從圖2可以看出，使用的龍口P·O42.5水泥，GK-4A減水劑摻量越高，其泌水率比越大，適當降低減水劑用量同時增加用水量，其結(jié)果可能導(dǎo)致混凝土強度降低和塌落度變大，為此證實加水量對混凝土強度和塌落度的影響，分別對0.6%，0.7%和0.8%摻量的GK-4A減水劑的混凝土配合比，均增加20 kg用水量，其混凝土試驗強度和混凝土坍落度見表8。

圖2 GK-4A減水劑泌水率比曲線

表8 混凝土試驗強度和坍落度

從表8試驗結(jié)果可以看出，增加20 kg用水量后，摻和0.6%的GK-4A減水劑存在少量泌水現(xiàn)象，但坍落度低于其它兩項，混凝土強度和和易性也好于其它兩項。

經(jīng)對比原配合比中天然砂和調(diào)整的人工砂，發(fā)現(xiàn)調(diào)整后的人工砂的粉粒含量明顯高于天然砂，為了提高保水性能，考慮到現(xiàn)場實際情況，在人工砂中摻入10%細石粉，摻入后人工砂的細度模2.1～2.4，粉含量達到11.5%左右，再次進行試驗，其混凝土泌水現(xiàn)象基本解決，但坍落度仍然不滿足要求。

從上述試驗分析可知，影響混凝土泌水現(xiàn)象的主要原因為減水劑摻量和砂的級配，對于不同的減水劑種類也直徑影響配合比的和易性，在混凝土生產(chǎn)過程中，通常使用GK-4A（萘系）時用水量是比MY3301（羧酸）要多，使用兩種不同類型的減水劑時，配合比不能簡單完全套用，更不能讓使用萘系減水劑時用水量比使用羧酸少。結(jié)合工地現(xiàn)場混凝土配合比情況，初步采用降低減水劑摻量同時提高用水量才改善混凝土和易性，從而改善泌水問題。

為了確保其混凝土強度、坍落度、和易性等各項指標符合要求的情況下，根據(jù)上述分析，GK-4A減水劑摻量降低至0.55%，同時降低水膠比至0.45，從而得出C30二級配泵送混凝土配合比見表9。

表9 泵送混凝土配合比

再次進行混凝土試驗，其結(jié)果混凝土7 d強度36.8 MPa，28 d強度42 MPa，和易性較好，多次塌落度值14.8 cm，其它指標也滿足設(shè)計要求，經(jīng)現(xiàn)場工藝性試驗效果也較好。

3結(jié)語

通過上述多次試驗可知，影響混凝土泌水原因有多種，混凝土配合比中任何一項參數(shù)改變均能影響混凝土性能，減水劑主要作用是減少混凝土中用水量，在水灰比不變的情況下，降低水泥用量，提高混凝土和易性，最終實現(xiàn)節(jié)約成本，方便施工的作用。但往往很多人進入一個誤區(qū)，認為減水劑摻量越多，減水效果越好，越不易泌水，從試驗可以看出，減水劑的摻量與用水量并非成直線關(guān)系，當然也并非越少越好，通過大量試驗得知，減水劑用量與用水量間關(guān)系成倒立馬鞍型，選擇最佳減水劑用量直徑影響混凝土質(zhì)量和經(jīng)濟成本。

其實上述理論是采用降低減水劑摻量，提高用水量的方法來減少泌水，細小空隙不能完全依靠水泥本身來填充，而拌合用水的波動是很容易造成泌水現(xiàn)象的發(fā)生。在使用KG-4A（萘系）減水劑的情況下，摻量0.6%及以下時，用水量的波動通常不會造成太大的泌水情況，而在0.8%及以上時，用水量的波動非常敏感，極其容易造成泌水現(xiàn)象的發(fā)生。

在施工過程應(yīng)嚴格控制混凝土振搗時間，避免過振，混凝土很容易泌水現(xiàn)象發(fā)生，現(xiàn)場混凝土工有時沒有及時振搗，混凝土放置時間過長，運輸過程中漏漿嚴重，有時溜槽坡度較緩且采用不易流動的塑性混凝土澆筑，泵送機械存在工作力量不足，模板漏漿等現(xiàn)象均能導(dǎo)致混凝土現(xiàn)場泌水現(xiàn)象。當倉面內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了泌水，必須及時排除，其最有效的方法是真空吸水、人工在倉面掏水或用海綿等吸水性強的材料吸水，尤其在混凝土收面時更應(yīng)該及時吸去泌水，有利于混凝土外觀質(zhì)量。嚴禁在模板上開孔自流，造成膠凝材料流失，影響混凝土的質(zhì)量。