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浅谈混凝土泌水和离析的预防与控制

发布时间:2021-04-29人气:2

0引言

        混凝土使用过程中,常发现混凝土在静止状态下,其表面不断出现冒水现象,甚至出现浆体与砂石骨料分离等状况。根据泌水、离析表征分析,混凝土是由水泥、粉煤灰、矿粉等掺合料、砂石、水按一定比例计量,在规定时间内拌制而成的混合体,由于材料自身比重差异、比例不当及各种材料适应性等因素,加上搅拌不匀、振捣静止后易出现泌水和离析等质量问题。就此从原材料控制到混凝土施工整个过程,采取必要措施进行预防与控制,确保构件混凝土质量,凸显其重要性。

1泌水及离析机理、分类及原因分析

1.1混凝土泌水和离析机理

        混凝土泌水是指混凝土浇筑之后到初凝期间,由于各种组分拌合物密度差异固体颗粒下沉,自由水上升,并在表面不断冒水的现象。混凝土离析是指拌合物用水量严重超越极限或外加剂超掺,各种原材料分子大小、比重不同,甚至水泥与外加剂不适应等因素,导致浆体与砂石骨料完全分离,浆体流失、抓底,骨料外露等现象。

1.2混凝土泌水和离析状态分类

        (1)拌合物的和易性严重不足,水和胶凝材料不断泌出,导致拌合物匀质性变化,密度大于拌合物容重的颗粒沉积下来,拌合物严重离析,其下部近似干料,上部为浆体,出现严重“抓底”,用铁铲拌不动,凸显很黏的假象。如轻微时,混凝土在静停后,开始出现“抓底”,但重新搅拌均匀,它的离析、泌水现象就会消失,其和易性变得很好。

       (2)拌合物的和易性很好,匀质性也很好,但混凝土静停后却不停地泌出清水,泌水时间长达2h以上,泌水量严重时,在其表面出现流线似的泌水,但不会出现“抓底”。

1.3泌水和离析原因分析

        (1)外加剂与水泥的适应性无法兼容。外加剂与水泥的适应性差主要体现在拌合物的坍落度损失过快或严重的泌水或离析。当外加剂掺量增加,未能有效改善流动性、粘聚性、保水性,可能与水泥的保水性差、品种成分变化、水泥放置时间不合理等有关,表面类似外加剂的减水率低,后续强度明显偏低,无法满足要求。

        (2)水泥、掺合料、骨料等原材料品质下降、级配差、砂率不合理等因素。目前市场水泥级配、保水性差,粉煤灰、矿渣粉等掺合料品质差,环保综合治理砂石骨料缺乏,品质参差不齐,严重影响外加剂掺量及混凝土和易性,经常出现流动性、保水性差,同时砂率小,造成混凝土的和易性差,导致泌水和离析。

        《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006规定,0.315mm以下不低于15%,如级配不合理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较大影响,往往砂中含5mm以上量过多时,导致混凝土的砂率偏低出现离析泌水。

        (3)混凝土配合比设计未能满足要求。混凝土配合比设计或生产工程中水灰比偏大,胶凝材料就变少,容易导致混凝土拌合物产生泌水现象。在设计配合比时,应该经过试配、调整后确定适宜灰水比、砂率,生产过程应严格按照确定后配比,定时监控砂石含水率及控制单方用水量的变化,防止用水量严重超出设计用量,改变灰水比和砂率,导致泌水或离析。

        (4)混凝土生产、运输和施工控制不利。混凝土生产搅拌时间不足,匀质性未达到要求,出厂采用搅拌车运输时,其搅拌叶片磨损严重,导致混凝土在罐体里出现分层、离析现象。在浇筑施工中,搅拌站难于控制其质量,因现场工人素质、操作水平参差不齐,工地乱加水、随意添加外加剂,常出现模板太干或严重积水,在振捣时未按规范操作,经常出现过振、漏振,导致施工过程中,拌合物不均匀,出现泌水、离析现象。

2泌水的利与弊双重性和离析的危害性

         产生泌水的同时,拌合物自身也在沉降收缩。其结果会使表面拌合物初凝前含水量不断增加,水灰比增大,导致混凝土表面强度下降,并形成容易剥落的一层“死皮”。泌水过程中,形成孔隙通道,降低了混凝土的强度、抗渗和抗冻性能。在模板的咬合交界面上,会把浆体带走,仅留下砂石,出现骨料外露现象。

         但混凝土泌水具有利与弊双重性,少量泌水,反而有利,在泌水时控制不搅动,无大量蒸发,可降低拌合物的实际水灰比,防止表面干燥,预防塑性裂缝产生,起到湿润养护作用。

         混凝土的泌水严重有可能导致离析现象,但两者不能混淆,离析是指拌合物的各组份彼此分离,造成不均匀和失去粘结密实性的状态。混凝土离析常有以下两种情况:一种是粗集料在自卸或运输过程中,由于比重、级配等特性容易沿着溜槽斜面下滑或在钢筋模板模内下沉;另一种是浆体从拌合物表面流失,出现底部抓底现象。常常发生在泵送、大流动性的混凝土。其结果导致该混凝土的匀质性变差,表面水灰比极速增大,整体密实度、握裹力、咬合力不足,强度下降,存在结构安全危险。

3泌水及离析的预防与控制

        从事混凝土行业多年来,泌水和离析现象经常遇到,其与水泥、外加剂的不断变化而产生周期性变化,不是偶然性的,而是存在着本质的联系。由于近年水泥厂节能减排,降低成本,在配料、生产工艺、水泥化学组分和矿物组成、水泥细度和混合材等原有基础上改变而发生。

         水泥自身变化必然导致水泥与外加剂适应性的变化,打破原来的适应性平衡体系。在无法改变水泥的情况下,通常依赖外加剂作为混凝土的重要性能调节材料,而其本身原材料随着市场价格及供应问题也在不断发生变化,特别是外加剂大单体成本增高,生产企业在不断地利用新型材料以降低其成本,这些材料对混凝土性能可能有一定的改善,但每一种新材料的应用需要过程中不断验证,存在变异及不确定性。再有砂石、粉煤灰、矿渣粉等材料等也在不断变化,设计、施工不合理等叠加效应加剧了混凝土的各种异常现象,增加其质量控制难度。根据多年来的经验,采取四种措施,对混凝土的泌水及离析进行预防与控制。

3.1改善水泥与外加剂的适应性

         泌水和离析主要是因外加剂“超掺”导致水泥与外加剂的适应性差,这种情况比较普遍。因此最有效的办法就是合理减少其掺量。在保持相同水灰比或水胶比不变的情况下,适当增加用水量,相应增加胶凝材料总量达到解决这种泌水和离析现象,但需合理控制坍落度损失范围,以便施工。

        其次是由于水泥自身问题,凸显保水性差导致水泥与外加剂适应差。解决此现象可以适当增加外加剂的用量或使用高浓型减水剂,提高减水率,降低混凝土的单方用水量,减少拌合物自由水,提升保水性能,达到改善水泥与外加剂适应性目的。

3.2提升管控入场原材料的质量

         (1)合理控制水泥细度及级配。业界常有误区认为水泥越细越好,对保水性有利,关键还是要看水泥的颗粒级配是否合理。如果水泥在存放、运输过程中受潮必然会对混凝土泌水和离析不利。故从水泥主材切入点来解决混凝土泌水和离析问题,应由水泥厂家进行细度、颗粒分配、强度、安定性、温度、防潮等品质管控。业界认为,厂家供应商品混凝土的水泥,应向纯硅酸盐水泥方向倾斜,搅拌站根据结构部位、强度及实际生产情况,合理加入活性掺合料等混合材,同时与外加剂的适应性进行试验,调整确定合适掺量,满足与外加剂适应性要求后方可使用。

       (2)合理使用活性掺合料。使用优质的粉煤灰、矿渣粉等掺合料,能够有效规避水泥无法解决的问题。采用厂家原产粉煤灰,其自身形态效应、集料效应、活性效应可在一定程度上改善混凝土粘聚性、保水性、流动性,在低强度等级、大体积、水工混凝土中大量应用;同时粉煤灰、矿渣粉等活性掺合料,对外加剂的依赖性较小,保坍性能较好,对混凝土经时损失有利。因此,比较适合应用在大体积、高强、高性能混凝土中。故在低强度混凝土中加入超细活性或非活性掺合料,混凝土的粘度将大大增加,从而有效解决混凝土的泌水、离析现象。

       (3)合理使用不同减水率、型号、品种外加剂。泌水和离析现象常表征在外加剂和水泥的适应性方面,故合理使用不同减水率、型号、品种外加剂,可以有效改善和水泥的适应性问题。根据多年实践经验C40以下强度等级混凝土采用普通高效减水剂,通常减水率在25%以内;C40及其以上等级混凝土采用高性能外加剂比较适宜,既能有效确保混凝土强度、和易性,避免泌水、离析等质量问题又能降低单方成本。

        根据实际结构、强度等特殊要求,在原材料变异情况下,改变外加剂型号如高效缓凝改为普通、高性能改为高效等型号同时无法满足情况下,改变品种如萘系改为聚羧酸类、脂类改为醚类等,能有效达到消除泌水和离析质量隐患及其他性能困惑。

当然,外加剂根据自身性能缺陷,可适当加些增强剂、增稠剂、缓凝剂、保坍剂等进行微量调整,改善混凝土拌合物强度及其他性能。

       (4)选定优质、连续级配的砂石骨料。砂细度模数控制在2.3~3.0,中砂Ⅱ区,含泥量、泥块含量等指标满足JGJ52-2006规定,同理碎石使用5~31.5mm、5~20mm连续级配,压碎值、含泥量、泥块含量均满足上述标准要求。选定优质、连续级配的砂石能有效改变混凝土孔隙率,提高密实度,改善混凝土的泌水和离析。

3.3合理进行混凝土配合比设计及试配、反复验证,选定优化后配合比

         配合比设计应根据要求,确立胶水比、砂率、活性掺合料、外加剂掺量等。胶水比直接关系到强度、拌合物和易性,胶水比大,强度普遍较高,和易性好;反之,强度低,和易性差,对改善泌水、离析不利。

        配比中砂率根据砂石级配情况,进行合理设计和调整,5~31.5mm情况下,砂细度模数低于2.4,可以降低砂率;反之可以适当提高砂率。若碎石5~20.0mm,可根据实际试配结果,进行提高砂率,改变和易性,有效改善泌水、离析出现概率。

        配比中活性掺合料掺量应根据《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2017、《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046-2017及实体要求,进行合理设计及试配验证。大体积、高强、高性能混凝土大掺量粉煤灰、矿渣粉等活性掺合料,可以有效改善水化热、经时损失、和易性、耐久性等,同时有效改善拌合物泌水及离析可能性。

        混凝土配合比设计首先应考虑混凝土工作性、强度,其次是经济性,综合三者,采取降低混凝土单方用水量,最为行之有效。试配后选定不同水胶比下最低单方用水量,可以在同样坍落度下保持和易性更好,使得混凝土无自由水可泌,自然解决泌水问题。

3.4加强混凝土生产、运输及施工过程管控

混凝土生产时,C40以下强度等级搅拌时间不宜少于35s,C40及其以上强度等级不宜少于1min,若有特殊要求,掺入纤维的,需延长搅拌时间,直至搅拌均匀。

采用搅拌车运输时,要观察磨损搅拌叶片情况,确保匀质性满足要求。运输过程中保持3~6r/min,卸料之前保持搅拌车快转1~2min,搅拌均匀后,方可卸料。

          浇筑施工过程中,采用泵车输送时务必保持进料斗混凝土匀质性,连续性施工;采用斗车自卸时,路途不宜太远,避免长距离震动,浆体下沉,砂石分层。采用溜槽时,高度不宜超过5m。结构浇筑振捣时,厚度不宜超过300mm。大体积混凝土采用+分层浇捣。通过生产搅拌时间、运输及施工管控,能有效达到混凝土泌水和离析控制。

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