渠道襯砌混凝土的泌水現(xiàn)象分析

呂 輝

1 工程概況

南水北調(diào)中線總干渠S24標段是南水北調(diào)中線京石段應(yīng)急供水工程的重要組成部分。工程位于河北省保定市唐縣境內(nèi)。本標段渠道段長4 100 m,工程等級為Ⅰ等,設(shè)計防洪標準100年一遇,校核防洪標準300年一遇。地震設(shè)計烈度6度,設(shè)計流量為135 m3/s,加大設(shè)計流量為160 m3/s。渠道為梯形斷面,最大挖深約7.42 m。設(shè)計水深 4.5 m,設(shè)計縱坡1/25 000,渠道過水斷面為梯形,設(shè)計底寬為 23 m及21.5 m兩種,內(nèi)邊坡系數(shù)為1∶2和1∶2.5;一級馬道寬5 m,右側(cè)馬道鋪設(shè)凈寬4.0 m的瀝青混凝土路面;左側(cè)馬道鋪設(shè)凈寬4.0 m的泥結(jié)碎石路面。過水斷面采用全斷面現(xiàn)澆混凝土襯砌。襯砌厚度渠底厚8 cm,渠坡厚10 cm。

2 渠道襯砌施工

1)混凝土的拌制和運輸。渠道襯砌混凝土依據(jù)工程師批準的施工配合比進行配料,HZS50型拌合站進行攪拌,混凝土出機后由混凝土運輸車迅速運至澆筑地點。2)混凝土澆筑。混凝土運至施工現(xiàn)場后,由專人指揮布料。布料前試驗員對混凝土相關(guān)性能進行檢測,合格后方可入倉。混凝土由專門的渠道襯砌機進行布料和平倉、振搗。

3 泌水問題

在澆筑襯砌混凝土的過程中,經(jīng)過兩次抹面后,混凝土表面仍出現(xiàn)泛水的現(xiàn)象,上坡面情況稍好,坡中間及底部較厲害。混凝土硬化后,表面出現(xiàn)大面積砂紋,嚴重影響混凝土外觀質(zhì)量。

4 泌水產(chǎn)生的原因

泌水是一種離析現(xiàn)象,混凝土澆筑后在凝結(jié)前,新鮮混凝土內(nèi)懸浮的固體粒子在重力作用下下沉,當混凝土保水能力不足時,新澆筑的混凝土表面出現(xiàn)一層水,這種現(xiàn)象叫做泌水。泌水降低底層混凝土的水灰比,然而泌水會破壞混凝土內(nèi)部的均勻性,拌合水上升到混凝土表面會攜帶一部分水泥和集料中的微細粒子,使混凝土表面形成一層含水量很大的浮漿層,造成表層混凝土疏松多孔,強度降低,當浮漿層失水變稠失去流動性,但強度發(fā)展不夠,不足以抵抗因沉縮或塑性收縮引起的拉應(yīng)力時,混凝土表面就會產(chǎn)生裂縫。泌水上升在混凝土內(nèi)生成許多水泥含量較少的泌水通道。同時粗集料顆粒下沉逐漸達到沉實穩(wěn)定,在粗集料顆粒下方形成含水豐富的水泥浮漿,這種浮漿沉淀失水后,成為空隙和多孔低強度的水泥石。同樣在鋼筋下方也會因內(nèi)部泌水而形成軟弱的浮漿層。因此,混凝土與鋼筋的粘結(jié)力在鋼筋下方受到削弱,泌水造成表面混凝土疏松軟弱,易于碳化,增加了混凝土中鋼筋銹蝕的危險。

浮漿層的高水灰比,蒸發(fā)后形成多孔的疏松、軟弱的表面,因此表面處理和終飾抹面是很重要的。混凝土表面有泌水的時候,絕對不能進行終飾抹面工序,這是一條基本定律。在搗實、初步整平以后,等待泌水結(jié)束蒸發(fā)掉以后,重新用抹刀加壓抹平,過早的抹面會引起表面缺陷,會在泌水停止以前封閉表面,薄層表面下積蓄泌水和空氣會引起脫皮或薄層脫落。

泌水是新拌混凝土工作性的一個重要方面,通常,描述混凝土泌水性的指標有泌水量(即混凝土拌合物單位面積的平均泌水量)和泌水率(即泌水量對混凝土拌合物之含水量之比),然而在混凝土施工過程中,施工人員普遍關(guān)心的是混凝土的強度指標,很少關(guān)注泌水。泌水多少與原材料、混凝土的配合比及施工方法有關(guān)。

5 解決措施

1)控制混凝土單位用水量的影響。水泥漿賦予混凝土拌合物一定的流動性。在水灰比不變的情況下,單位體積內(nèi)水泥漿愈多,混凝土拌合物的流動性愈大。若水泥漿過多,將會出現(xiàn)流漿現(xiàn)象,使混凝土拌合物的粘聚性變差。無論是水泥漿的多少,還是水泥漿的稀稠,對混凝土拌合物流動性起決定性作用的是用水量,因為提高水灰比或增加水泥漿的用量最終都表現(xiàn)為混凝土用水量的增加。

2)優(yōu)化混凝土水灰比。水灰比決定水泥漿的稠度。在水泥用量不變的情況下,增大水灰比會使拌合物的流動性加大。如果水灰比過大,會造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良而產(chǎn)生流漿、離析現(xiàn)象,嚴重影響混凝土的強度。

3)調(diào)整混凝土砂率。砂率是指混凝土中砂的用量占砂石總用量的百分率。混合料中,砂是用來填充石子的空隙。在水泥漿一定的條件下,若砂率過大,則骨料的總表面積及空隙率增大,混凝土拌合物就顯得干稠,流動性小。如要保持一定的流動性,則要多加水泥漿,增大單位用水量。若砂率過小,砂漿量不足,不能在粗骨料的周圍形成足夠的砂漿層起潤滑和填充作用,也會降低混合物的流動性,使混凝土拌合物的粘聚性、保水性變差,使混凝土混合物顯得粗澀,粗骨料離析,水泥漿流失。

4)提高含氣量。隨著混凝土含氣量的提高,有利于減少混凝土的泌水,但含氣量的增加,卻使混凝土的強度下降。試驗表明,每增加1%含氣量,混凝土的抗壓強度下降5%左右。因此,在滿足混凝土力學(xué)性能和耐久性能的前提下,可適當提高含氣量,以達到減少混凝土泌水的目的。

5)控制減水劑。采用摻減水劑可以改善混凝土的工作性,但是必須是適量的。如果減水劑摻得過多,會使混凝土在施工時產(chǎn)生嚴重的泌水現(xiàn)象。

6)合理摻用混合料。摻加混合材料如Ⅱ級以上的粉煤灰,可提高膠結(jié)料的粘聚性和保水性。通常人們認為隨著礦渣摻量的增加,混凝土拌合物的泌水率將增大,會惡化集料或鋼筋底下與水泥漿體界面的密實性,對耐久性不利。但是最近的研究表明水膠比是影響泌水率的首要因素。平均粒徑與硅酸鹽水泥相近的礦渣微粉在水膠比大的拌合物中單摻時,混凝土拌合物泌水率的確會隨礦渣微粉摻量增加而增大。但是,在水膠比低(如小于0.40)摻礦渣微粉同時摻高效堿水劑的混凝土拌合物中,仍具有低的泌水率。另外適當提高礦渣微粉細度也可顯著降低混凝土拌合物的泌水率。

[1] 劉秉京.混凝土技術(shù)[Z].2004.