高速公路橋墩外觀泛白原因分析及預(yù)防措施

李先延 黃文君

（1 云南省交通投資開發(fā)有限公司；2 云南省建筑科學(xué)研究院有限公司)

(3 云南省建筑結(jié)構(gòu)與新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；4 昆明市建筑結(jié)構(gòu)安全與新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

0 引言

隨著云南省公路工程建設(shè)進(jìn)入跨越式的發(fā)展階段，高速公路建設(shè)橋隧比例高達(dá)30%～60%，因此橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)高性能混凝土的使用量大幅增加[1]；同時(shí)隨著《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》JTGF80/1-2017 的推出，對(duì)高速公路結(jié)構(gòu)混凝土外觀質(zhì)量的要求越來越高：“混凝土表面不應(yīng)存在本標(biāo)準(zhǔn)附錄P 所列限制缺陷；附錄P：P.

0.2 外觀質(zhì)量檢查前，結(jié)構(gòu)混凝土的表面不得進(jìn)行涂飾；……其他表面缺陷，梁、板、拱、墩臺(tái)身、蓋梁、塔柱、防撞護(hù)欄、擋塊、伸縮裝置錨固塊、封錨、小型預(yù)制構(gòu)件等；掉皮、起砂、污染：預(yù)制構(gòu)件：缺陷超過所在面面積的2%，其他構(gòu)件：缺陷超過所在面面積的3%”。[2]國家現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定對(duì)結(jié)構(gòu)物外觀質(zhì)量要求越來越高，混凝土結(jié)構(gòu)施工外觀質(zhì)量控制提到了一個(gè)新的高度。泛白是混凝土外觀質(zhì)量最常見的通病之一，雖然一般不會(huì)引起建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量事故，但它的存在對(duì)建筑物的美觀和建筑工程質(zhì)量等級(jí)的評(píng)定都會(huì)帶來嚴(yán)重的影響[3]?，F(xiàn)結(jié)合某高等級(jí)公路特大橋橋墩泛白的事例, 從原材料、混凝土配合比和施工和養(yǎng)護(hù)等方面對(duì)混凝土“泛白”現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，整理總結(jié)預(yù)防“泛白”現(xiàn)象產(chǎn)生的技術(shù)措施。

1 原材料及配合比

根據(jù)某特大橋墩柱表面泛白的情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，圖1 中a、b 為墩柱表面泛白現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍圖。

圖1 墩柱表面泛白

該特大橋墩柱的設(shè)計(jì)配合比為C40 泵送混凝土，施工配合比如表1 所示，詳細(xì)配合比信息如表2 所示。

表1 C40 泵送混凝土配合比 （㎏/m3）

表2 C40 泵送混凝土詳細(xì)信息

僅從上述配合比進(jìn)行分析，配合比設(shè)計(jì)正常。

2 混凝土表面泛白機(jī)理

⑴新拌混凝土硬化過程中，水泥水化過程中生成并遷移至表面的的Ca(OH)2與空氣中的CO2和H2O 發(fā)生反應(yīng)，生成白色沉淀CaCO3，這種混凝土表面泛堿稱為初次泛白，混凝土硬化后，隨著環(huán)境濕度及雨水等影響，H2O繼續(xù)與Ca(OH)2反應(yīng)，出現(xiàn)二次表面泛堿即二次泛白。

化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O

⑵堿-集料反應(yīng)。

環(huán)境中可能滲入的堿與混凝土集料(砂、石)中的堿活性礦物成分，在混凝土固化后緩慢發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生膠凝物質(zhì)，在水的長期作用下因吸收水份后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起混凝土體積膨脹、開裂，最終導(dǎo)致混凝土從內(nèi)向外延伸開裂和損毀的現(xiàn)象。[4]

堿集料反應(yīng)分為堿-二氧化硅反應(yīng)、堿-硅酸鹽反應(yīng)和堿-碳酸鹽反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生泛白，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

2Na2O+SiO2→NaO·SiO2+H2O

GaMg(CO3)2+2NaOH→Mg(OH)2+GaCO3+Na2CO3

⑶混凝土拌合物中含有氯鹽時(shí)，如混凝土減水劑和混凝土早強(qiáng)劑中的Cl-會(huì)與新拌混凝土中的Ca(OH)2生成CaCl2，析出白色晶體，形成泛白現(xiàn)象，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

Ca(OH)2+Cl-→CaCl2+H2O

3 引起泛白的原因分析

根據(jù)泛白機(jī)理分析，混凝土泛白與原材料自身（堿含量、氯離子含量）、配合比中的水分、施工、養(yǎng)護(hù)、環(huán)境等各方面都息息相關(guān)，現(xiàn)逐一進(jìn)行分析。

3.1 原材料

水泥：水泥中的K2O 和Na2O 含量過高會(huì)導(dǎo)致新拌混凝土泛堿即泛白，同時(shí)，水泥中的Cl-含量也會(huì)導(dǎo)致新拌混凝土析出CaCl2導(dǎo)致混凝土表面泛白。

集料：集料中可溶性鹽含量越高，混凝土表面泛白的可能性越大。

水：拌和用水若不是自來水，而是使用地下水、江河水、灌溉用水等非標(biāo)準(zhǔn)水源，若水中含有堿物質(zhì)或氯化物即會(huì)留下隱患。

3.2 配合比

水膠比過大。通過泛白機(jī)理分析可知，水分特別是沒有參與水泥水化反應(yīng)的游離水對(duì)泛白有巨大影響，當(dāng)多加水、外加劑超摻等原因?qū)е禄炷岭x析泌水時(shí)，混凝土泛白的可能性增大。

3.3 施工過程

雨季施工，如果構(gòu)筑物沒有遮擋措施，雨水進(jìn)入新拌混凝土中，使新拌混凝土的游離水增加，再加上混凝土振搗不密實(shí)，也會(huì)增大泛白的可能性。

3.4 環(huán)境

當(dāng)混凝土表面位于迎風(fēng)面或長日照面時(shí)，會(huì)加快水分蒸發(fā)的速度引起表面泛白；當(dāng)混凝土表面位于背風(fēng)面或短日照面時(shí)，水分蒸發(fā)速度較慢，在一定程度上會(huì)緩解混凝土表面泛白。如圖2 中a 和b 所示，同一根墩柱兩側(cè)泛白情況不同，就跟環(huán)境有一定的關(guān)系。

圖2 同一根墩柱兩側(cè)泛白情況不同

3.5 養(yǎng)護(hù)

⑴如果不能及時(shí)對(duì)墩柱表面進(jìn)行保濕或?yàn)⑺B(yǎng)護(hù)，混凝土硬化時(shí)，可溶性物質(zhì)隨著水分蒸發(fā)遷移到構(gòu)筑物表面并硬化，形成泛白。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)大部分墩柱均裸露在外。

表3 為調(diào)研時(shí)現(xiàn)場(chǎng)近5 天的氣溫情況，從表中可知，該地晝夜溫差較大，早晚氣溫較低，早上混凝土表面極易產(chǎn)生泛霜，若養(yǎng)護(hù)不到位，容易產(chǎn)生二次泛白。

表3 當(dāng)?shù)剡B續(xù)5 天氣溫情況

⑵墩柱灑水養(yǎng)護(hù)混凝土表面時(shí)，如果使用的是地下水、江河水、灌溉用水等，水中的無機(jī)酸鹽、有機(jī)酸鹽、堿物質(zhì)隨著水分蒸發(fā)遺留在混凝土構(gòu)筑物表面，形成泛白現(xiàn)象。

4 預(yù)防措施

4.1 原材料

原材料中的氯離子、堿、可溶性鹽均會(huì)造成混凝土表面泛白，對(duì)原材料的質(zhì)量和相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行比選和控制十分關(guān)鍵。

⑴水泥：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)取樣水泥的堿含量和氯離子含量進(jìn)行送檢，有條件比選水泥時(shí)嚴(yán)格控制水泥中K2O 和Na2O含量。

⑴集料：條件允許的情況下，應(yīng)對(duì)集料有一定的選擇性，嚴(yán)格控制其可溶性鹽含量，并對(duì)集料硫化物及硫酸鹽含量、氯離子含量、堿骨料反應(yīng)進(jìn)行檢驗(yàn)。

⑶水：對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)攪拌的混凝土用水要求采用自來水或滿足(《混凝土標(biāo)準(zhǔn)用水》JG J63-2006)規(guī)定的水源，杜絕采用污染水源進(jìn)行混凝土攪拌，如使用其他水源，必須對(duì)堿含量和氯離子含量進(jìn)行檢驗(yàn)。

⑷外加劑也應(yīng)該對(duì)堿含量和氯離子含量進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.2 配合比

⑴設(shè)計(jì)配合比時(shí)，在滿足混凝土工作性要求的前提下選擇最小水膠比配合比。

⑵盡量減少外加劑摻量。

⑶選用連續(xù)級(jí)配的集料。

⑷配制混凝土盡量摻加礦物摻合料，特別是粉煤灰或硅灰。因?yàn)樗嗨^程中其含有的SiO2與Ca(OH)2反應(yīng)形成C-S-H 凝膠，可降低混凝土中的游離堿含量，使析出的鹽或堿量降低。

4.3 施工過程

⑴混凝土應(yīng)振搗密實(shí)，使外部水分不易進(jìn)入構(gòu)件內(nèi)部。

⑵注重混凝土的抹面和二次抹面，盡可能地提高混凝土表面的密實(shí)性和抗?jié)B性。

4.4 養(yǎng)護(hù)

混凝土終凝后應(yīng)及時(shí)用滿足(JG J63-2006)規(guī)定的水源進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，使干燥蒸發(fā)速度減慢。

4.5 表面進(jìn)行憎水化處理

針對(duì)已澆筑成型的墩柱，發(fā)現(xiàn)有泛白表面后，可以使用有機(jī)硅憎水劑處理表面，預(yù)防后期二次泛白?；炷翆儆H水性材料，易吸水，用有機(jī)硅憎水劑處理混凝土表面后，會(huì)大大降低混凝土的吸水性，混凝土表面的水成為小水滴滾淌下來，不會(huì)滲入混凝土內(nèi)部。

4.6 預(yù)防混凝土裂縫產(chǎn)生

針對(duì)已澆筑成型的墩柱，還可以通過養(yǎng)護(hù)等措施預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生裂縫，直接減少了白色晶體的析出，降低了二次泛白出現(xiàn)的概率。

5 結(jié)論

高速公路混凝土表面泛白是混凝土外觀較常出現(xiàn)的外觀缺陷，而對(duì)構(gòu)筑物外觀和質(zhì)量評(píng)定影響又很大，建設(shè)單位應(yīng)采取措施來避免混凝土出現(xiàn)泛白現(xiàn)象。混凝土表面泛白在乎堿含量、堿金屬氧化物、氯離子和氯化物，實(shí)際施工環(huán)節(jié)中難以避免，且各種因素相互聯(lián)系、相互影響。必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，采取針對(duì)性的預(yù)防措施，才能有效地減少混凝土表面泛白現(xiàn)象的出現(xiàn)，降低混凝土出現(xiàn)外觀缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。