0引言
混凝土使用過程中,常發(fā)現(xiàn)混凝土在靜止?fàn)顟B(tài)下,其表面不斷出現(xiàn)冒水現(xiàn)象,甚至出現(xiàn)漿體與砂石骨料分離等狀況。根據(jù)泌水、離析表征分析,混凝土是由水泥、粉煤灰、礦粉等摻合料、砂石、水按一定比例計量,在規(guī)定時間內(nèi)拌制而成的混合體,由于材料自身比重差異、比例不當(dāng)及各種材料適應(yīng)性等因素,加上攪拌不勻、振搗靜止后易出現(xiàn)泌水和離析等質(zhì)量問題。就此從原材料控制到混凝土施工整個過程,采取必要措施進(jìn)行預(yù)防與控制,確保構(gòu)件混凝土質(zhì)量,凸顯其重要性。
1泌水及離析機(jī)理、分類及原因分析
1.1混凝土泌水和離析機(jī)理
混凝土泌水是指混凝土澆筑之后到初凝期間,由于各種組分拌合物密度差異固體顆粒下沉,自由水上升,并在表面不斷冒水的現(xiàn)象?;炷岭x析是指拌合物用水量嚴(yán)重超越極限或外加劑超摻,各種原材料分子大小、比重不同,甚至水泥與外加劑不適應(yīng)等因素,導(dǎo)致漿體與砂石骨料完全分離,漿體流失、抓底,骨料外露等現(xiàn)象。
1.2混凝土泌水和離析狀態(tài)分類
(1)拌合物的和易性嚴(yán)重不足,水和膠凝材料不斷泌出,導(dǎo)致拌合物勻質(zhì)性變化,密度大于拌合物容重的顆粒沉積下來,拌合物嚴(yán)重離析,其下部近似干料,上部為漿體,出現(xiàn)嚴(yán)重“抓底”,用鐵鏟拌不動,凸顯很黏的假象。如輕微時,混凝土在靜停后,開始出現(xiàn)“抓底”,但重新攪拌均勻,它的離析、泌水現(xiàn)象就會消失,其和易性變得很好。
(2)拌合物的和易性很好,勻質(zhì)性也很好,但混凝土靜停后卻不停地泌出清水,泌水時間長達(dá)2h以上,泌水量嚴(yán)重時,在其表面出現(xiàn)流線似的泌水,但不會出現(xiàn)“抓底”。
1.3泌水和離析原因分析
(1)外加劑與水泥的適應(yīng)性無法兼容。外加劑與水泥的適應(yīng)性差主要體現(xiàn)在拌合物的坍落度損失過快或嚴(yán)重的泌水或離析。當(dāng)外加劑摻量增加,未能有效改善流動性、粘聚性、保水性,可能與水泥的保水性差、品種成分變化、水泥放置時間不合理等有關(guān),表面類似外加劑的減水率低,后續(xù)強(qiáng)度明顯偏低,無法滿足要求。
(2)水泥、摻合料、骨料等原材料品質(zhì)下降、級配差、砂率不合理等因素。目前市場水泥級配、保水性差,粉煤灰、礦渣粉等摻合料品質(zhì)差,環(huán)保綜合治理砂石骨料缺乏,品質(zhì)參差不齊,嚴(yán)重影響外加劑摻量及混凝土和易性,經(jīng)常出現(xiàn)流動性、保水性差,同時砂率小,造成混凝土的和易性差,導(dǎo)致泌水和離析。
《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ52-2006規(guī)定,0.315mm以下不低于15%,如級配不合理0.315mm以下的量太少,2.5mm以上的量太多,混凝土拌合物的和易性有較大影響,往往砂中含5mm以上量過多時,導(dǎo)致混凝土的砂率偏低出現(xiàn)離析泌水。
(3)混凝土配合比設(shè)計未能滿足要求。混凝土配合比設(shè)計或生產(chǎn)工程中水灰比偏大,膠凝材料就變少,容易導(dǎo)致混凝土拌合物產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。在設(shè)計配合比時,應(yīng)該經(jīng)過試配、調(diào)整后確定適宜灰水比、砂率,生產(chǎn)過程應(yīng)嚴(yán)格按照確定后配比,定時監(jiān)控砂石含水率及控制單方用水量的變化,防止用水量嚴(yán)重超出設(shè)計用量,改變灰水比和砂率,導(dǎo)致泌水或離析。
(4)混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工控制不利。混凝土生產(chǎn)攪拌時間不足,勻質(zhì)性未達(dá)到要求,出廠采用攪拌車運(yùn)輸時,其攪拌葉片磨損嚴(yán)重,導(dǎo)致混凝土在罐體里出現(xiàn)分層、離析現(xiàn)象。在澆筑施工中,攪拌站難于控制其質(zhì)量,因現(xiàn)場工人素質(zhì)、操作水平參差不齊,工地亂加水、隨意添加外加劑,常出現(xiàn)模板太干或嚴(yán)重積水,在振搗時未按規(guī)范操作,經(jīng)常出現(xiàn)過振、漏振,導(dǎo)致施工過程中,拌合物不均勻,出現(xiàn)泌水、離析現(xiàn)象。
2泌水的利與弊雙重性和離析的危害性
產(chǎn)生泌水的同時,拌合物自身也在沉降收縮。其結(jié)果會使表面拌合物初凝前含水量不斷增加,水灰比增大,導(dǎo)致混凝土表面強(qiáng)度下降,并形成容易剝落的一層“死皮”。泌水過程中,形成孔隙通道,降低了混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B和抗凍性能。在模板的咬合交界面上,會把漿體帶走,僅留下砂石,出現(xiàn)骨料外露現(xiàn)象。
但混凝土泌水具有利與弊雙重性,少量泌水,反而有利,在泌水時控制不攪動,無大量蒸發(fā),可降低拌合物的實(shí)際水灰比,防止表面干燥,預(yù)防塑性裂縫產(chǎn)生,起到濕潤養(yǎng)護(hù)作用。
混凝土的泌水嚴(yán)重有可能導(dǎo)致離析現(xiàn)象,但兩者不能混淆,離析是指拌合物的各組份彼此分離,造成不均勻和失去粘結(jié)密實(shí)性的狀態(tài)?;炷岭x析常有以下兩種情況:一種是粗集料在自卸或運(yùn)輸過程中,由于比重、級配等特性容易沿著溜槽斜面下滑或在鋼筋模板模內(nèi)下沉;另一種是漿體從拌合物表面流失,出現(xiàn)底部抓底現(xiàn)象。常常發(fā)生在泵送、大流動性的混凝土。其結(jié)果導(dǎo)致該混凝土的勻質(zhì)性變差,表面水灰比極速增大,整體密實(shí)度、握裹力、咬合力不足,強(qiáng)度下降,存在結(jié)構(gòu)安全危險。
3泌水及離析的預(yù)防與控制
從事混凝土行業(yè)多年來,泌水和離析現(xiàn)象經(jīng)常遇到,其與水泥、外加劑的不斷變化而產(chǎn)生周期性變化,不是偶然性的,而是存在著本質(zhì)的聯(lián)系。由于近年水泥廠節(jié)能減排,降低成本,在配料、生產(chǎn)工藝、水泥化學(xué)組分和礦物組成、水泥細(xì)度和混合材等原有基礎(chǔ)上改變而發(fā)生。
水泥自身變化必然導(dǎo)致水泥與外加劑適應(yīng)性的變化,打破原來的適應(yīng)性平衡體系。在無法改變水泥的情況下,通常依賴外加劑作為混凝土的重要性能調(diào)節(jié)材料,而其本身原材料隨著市場價格及供應(yīng)問題也在不斷發(fā)生變化,特別是外加劑大單體成本增高,生產(chǎn)企業(yè)在不斷地利用新型材料以降低其成本,這些材料對混凝土性能可能有一定的改善,但每一種新材料的應(yīng)用需要過程中不斷驗(yàn)證,存在變異及不確定性。再有砂石、粉煤灰、礦渣粉等材料等也在不斷變化,設(shè)計、施工不合理等疊加效應(yīng)加劇了混凝土的各種異?,F(xiàn)象,增加其質(zhì)量控制難度。根據(jù)多年來的經(jīng)驗(yàn),采取四種措施,對混凝土的泌水及離析進(jìn)行預(yù)防與控制。
3.1改善水泥與外加劑的適應(yīng)性
泌水和離析主要是因外加劑“超摻”導(dǎo)致水泥與外加劑的適應(yīng)性差,這種情況比較普遍。因此最有效的辦法就是合理減少其摻量。在保持相同水灰比或水膠比不變的情況下,適當(dāng)增加用水量,相應(yīng)增加膠凝材料總量達(dá)到解決這種泌水和離析現(xiàn)象,但需合理控制坍落度損失范圍,以便施工。
其次是由于水泥自身問題,凸顯保水性差導(dǎo)致水泥與外加劑適應(yīng)差。解決此現(xiàn)象可以適當(dāng)增加外加劑的用量或使用高濃型減水劑,提高減水率,降低混凝土的單方用水量,減少拌合物自由水,提升保水性能,達(dá)到改善水泥與外加劑適應(yīng)性目的。
3.2提升管控入場原材料的質(zhì)量
(1)合理控制水泥細(xì)度及級配。業(yè)界常有誤區(qū)認(rèn)為水泥越細(xì)越好,對保水性有利,關(guān)鍵還是要看水泥的顆粒級配是否合理。如果水泥在存放、運(yùn)輸過程中受潮必然會對混凝土泌水和離析不利。故從水泥主材切入點(diǎn)來解決混凝土泌水和離析問題,應(yīng)由水泥廠家進(jìn)行細(xì)度、顆粒分配、強(qiáng)度、安定性、溫度、防潮等品質(zhì)管控。業(yè)界認(rèn)為,廠家供應(yīng)商品混凝土的水泥,應(yīng)向純硅酸鹽水泥方向傾斜,攪拌站根據(jù)結(jié)構(gòu)部位、強(qiáng)度及實(shí)際生產(chǎn)情況,合理加入活性摻合料等混合材,同時與外加劑的適應(yīng)性進(jìn)行試驗(yàn),調(diào)整確定合適摻量,滿足與外加劑適應(yīng)性要求后方可使用。
(2)合理使用活性摻合料。使用優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、礦渣粉等摻合料,能夠有效規(guī)避水泥無法解決的問題。采用廠家原產(chǎn)粉煤灰,其自身形態(tài)效應(yīng)、集料效應(yīng)、活性效應(yīng)可在一定程度上改善混凝土粘聚性、保水性、流動性,在低強(qiáng)度等級、大體積、水工混凝土中大量應(yīng)用;同時粉煤灰、礦渣粉等活性摻合料,對外加劑的依賴性較小,保坍性能較好,對混凝土經(jīng)時損失有利。因此,比較適合應(yīng)用在大體積、高強(qiáng)、高性能混凝土中。故在低強(qiáng)度混凝土中加入超細(xì)活性或非活性摻合料,混凝土的粘度將大大增加,從而有效解決混凝土的泌水、離析現(xiàn)象。
(3)合理使用不同減水率、型號、品種外加劑。泌水和離析現(xiàn)象常表征在外加劑和水泥的適應(yīng)性方面,故合理使用不同減水率、型號、品種外加劑,可以有效改善和水泥的適應(yīng)性問題。根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)C40以下強(qiáng)度等級混凝土采用普通高效減水劑,通常減水率在25%以內(nèi);C40及其以上等級混凝土采用高性能外加劑比較適宜,既能有效確?;炷翉?qiáng)度、和易性,避免泌水、離析等質(zhì)量問題又能降低單方成本。
根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等特殊要求,在原材料變異情況下,改變外加劑型號如高效緩凝改為普通、高性能改為高效等型號同時無法滿足情況下,改變品種如萘系改為聚羧酸類、脂類改為醚類等,能有效達(dá)到消除泌水和離析質(zhì)量隱患及其他性能困惑。
當(dāng)然,外加劑根據(jù)自身性能缺陷,可適當(dāng)加些增強(qiáng)劑、增稠劑、緩凝劑、保坍劑等進(jìn)行微量調(diào)整,改善混凝土拌合物強(qiáng)度及其他性能。
(4)選定優(yōu)質(zhì)、連續(xù)級配的砂石骨料。砂細(xì)度模數(shù)控制在2.3~3.0,中砂Ⅱ區(qū),含泥量、泥塊含量等指標(biāo)滿足JGJ52-2006規(guī)定,同理碎石使用5~31.5mm、5~20mm連續(xù)級配,壓碎值、含泥量、泥塊含量均滿足上述標(biāo)準(zhǔn)要求。選定優(yōu)質(zhì)、連續(xù)級配的砂石能有效改變混凝土孔隙率,提高密實(shí)度,改善混凝土的泌水和離析。
3.3合理進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計及試配、反復(fù)驗(yàn)證,選定優(yōu)化后配合比
配合比設(shè)計應(yīng)根據(jù)要求,確立膠水比、砂率、活性摻合料、外加劑摻量等。膠水比直接關(guān)系到強(qiáng)度、拌合物和易性,膠水比大,強(qiáng)度普遍較高,和易性好;反之,強(qiáng)度低,和易性差,對改善泌水、離析不利。
配比中砂率根據(jù)砂石級配情況,進(jìn)行合理設(shè)計和調(diào)整,5~31.5mm情況下,砂細(xì)度模數(shù)低于2.4,可以降低砂率;反之可以適當(dāng)提高砂率。若碎石5~20.0mm,可根據(jù)實(shí)際試配結(jié)果,進(jìn)行提高砂率,改變和易性,有效改善泌水、離析出現(xiàn)概率。
配比中活性摻合料摻量應(yīng)根據(jù)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2017、《用于水泥、砂漿和混凝土中的?;郀t礦渣粉》GB/T18046-2017及實(shí)體要求,進(jìn)行合理設(shè)計及試配驗(yàn)證。大體積、高強(qiáng)、高性能混凝土大摻量粉煤灰、礦渣粉等活性摻合料,可以有效改善水化熱、經(jīng)時損失、和易性、耐久性等,同時有效改善拌合物泌水及離析可能性。
混凝土配合比設(shè)計首先應(yīng)考慮混凝土工作性、強(qiáng)度,其次是經(jīng)濟(jì)性,綜合三者,采取降低混凝土單方用水量,最為行之有效。試配后選定不同水膠比下最低單方用水量,可以在同樣坍落度下保持和易性更好,使得混凝土無自由水可泌,自然解決泌水問題。
3.4加強(qiáng)混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸及施工過程管控
混凝土生產(chǎn)時,C40以下強(qiáng)度等級攪拌時間不宜少于35s,C40及其以上強(qiáng)度等級不宜少于1min,若有特殊要求,摻入纖維的,需延長攪拌時間,直至攪拌均勻。
采用攪拌車運(yùn)輸時,要觀察磨損攪拌葉片情況,確保勻質(zhì)性滿足要求。運(yùn)輸過程中保持3~6r/min,卸料之前保持?jǐn)嚢柢嚳燹D(zhuǎn)1~2min,攪拌均勻后,方可卸料。
澆筑施工過程中,采用泵車輸送時務(wù)必保持進(jìn)料斗混凝土勻質(zhì)性,連續(xù)性施工;采用斗車自卸時,路途不宜太遠(yuǎn),避免長距離震動,漿體下沉,砂石分層。采用溜槽時,高度不宜超過5m。結(jié)構(gòu)澆筑振搗時,厚度不宜超過300mm。大體積混凝土采用+分層澆搗。通過生產(chǎn)攪拌時間、運(yùn)輸及施工管控,能有效達(dá)到混凝土泌水和離析控制。
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