實例解析混凝土滯后泌水問題

汪繼平

(工程師，廣西交通投資集團有限公司）

滯后泌水與普通泌水機理上的區別

滯后泌水與普通泌水在機理上存在較大的區別，普通泌水是混凝土在重力作用下，骨料下沉，多余的自由水分從漿體中分離并析出到混凝土表面，解決普通泌水的方法是增大混凝土的粘度、增加砂率以增加漿體濃度。造成“滯后泌水”的原因根據相關文獻可以歸結為兩種，一種是粉料的“吸水平衡”，即在大摻量礦物摻合料的混凝土中，由于礦料的多孔結構，初期開始吸附水分，當水分吸附到一定程度達到飽和后開始放出多余水分，從而導致滯后時差的泌水；另外一個原因是緩凝劑的滯后作用。

混凝土滯后泌水工程解決實例

發現問題

舟山大陸連島工程金塘大橋為國內第三大跨海大橋，設計使用壽命100年，采用高性能海工混凝土。承臺作為下部結構位處浪濺區，需要有較高的抗氯離子滲透能力和致密的混凝土表面，以阻隔氯鹽的侵蝕通道和延緩侵蝕時間，因此，混凝土外觀應均勻一致，無氣泡和砂線等缺陷。在工程第一個承臺澆筑后，出現了較多的砂線缺陷，砂線從承臺底面1m 以上開始產生，沿承臺四周不規則分布，寬度大小不一，長度直至承臺頂面邊緣。

分析問題

從對混凝土澆筑過程的觀察分析，泌水在混凝土澆筑成型后2～3h 開始大量出現，整個泌水過程一直持續到初凝前1h。從現象上分析，這是工程中較少出現的 “滯后泌水”。解決 “滯后泌水”成為消除砂線缺陷的唯一技術途徑。

查找原因

（1）初期使用配合比

第一個承臺采用的設計配合比及材料見表1。

該配合比為杭州灣大橋后期承臺使用的成熟配合比，地域環境和工程特點上兩地都非常相似，唯一的最大區別是阻銹劑相差較大。在設計配合比中摻入了遷移性復合氨基醇阻銹劑，這與國內以前海工混凝土的設計有較大區別，杭州灣以及東海大橋均采用亞硝酸鈣阻銹劑，但該類阻銹劑的最大缺點是具有促凝作用和污染環境，因而在本工程中未再繼續使用。本工程采用的是遷移型復合氨基醇有機阻銹劑，有機阻銹劑可以通過擴散作用遷移到硬化混凝土內部，與混凝土中鋼筋接觸以后形成單分子保護層，不但保護混凝土中鋼筋的陰極區，而且保護陽極區，具有雙重作用，且無任何毒害。

由于工程前期籌備時間短，對以上在杭州灣使用成熟的配合比在本工程中未做更多的驗證試驗，只是檢測了混凝土的工作性能和力學性能，未能觀察到滯后泌水的問題。

（2）初期配合比的室內驗證試驗

采用表1中的配合比，配制摻加兩組不同類型的阻銹劑和一組空白（未摻阻銹劑）試樣，分別檢測混凝土的各項性能指標，借此分析“滯后泌水”的內因，試驗結果見表2。由表2的試驗結果可知，在采用不同阻銹劑的情況下混凝土各項性能發生了較明顯的變化，尤其是混凝土的凝結時間和2h 壓力泌水，28d 抗壓強度也因復合氨基醇有機阻銹劑的摻入而較空白組降低5MPa 左右。各組混凝土的初始塑性均相差不大，表明摻入不同阻銹劑的情況下混凝土均能保證較好的工作性。

JT/T537-2004《鋼筋混凝土阻銹規程》對初凝時間的影響在-60～+120min 范圍內，但從表2看出，由于采用了大摻量的礦物摻合料，阻銹劑實際對初凝時間的影響均超出了規定范圍，復合氨基醇類延緩3h 初凝，而使用亞硝酸鈣的則提前了1h。從初凝時間被延后的現象分析，復合氨基醇阻銹劑對水泥粒子起到一定的分散作用，延緩了水化作用，這是導致“滯后泌水”的原因之一，但還不是根本原因。

表1 初期使用配合比及其材料情況

表2 不同類型阻銹劑與空白混凝土試驗結果

表3 優化配合比和材料

表4 優化配合比驗證試驗結果

從含氣量上可以分析復合氨基醇類阻銹劑引入了大量氣泡，含氣量較空白混凝土和亞硝酸鈣都有明顯的增大。在混凝土中引入4%～6%的微小氣泡有利于提高混凝土的工作性、抗滲能力和抗凍融能力，但氣泡引入過多則會直接導致強度的下降等弊端。從表2結果可以看出，在7.5%的含氣量情況下，2h 后的壓力泌水較空白和亞硝酸鈣組都有明顯的增長，達到18.7g，比初始壓力泌水還要多，這是違背常規混凝土泌水規律的，從根本上符合了“滯后泌水”的現狀。而空白組和亞硝酸鈣組在1h 后壓力泌水均已呈下降和停止趨勢。同時其28d 強度的下降也說明了復合氨基醇類阻銹劑中引入了過量的氣泡。

從試驗現象上解釋了復合氨基醇類阻銹劑是引起“滯后泌水”的根本原因，但機理上只能作出經驗解釋。在混凝土澆筑初期，大量引入的氣泡在機械震動作用力下會部分消失，但仍有一定量的氣泡永遠停留在混凝土內部，氣泡穩定后則起到阻隔泌水通道的作用。但因過量引入氣泡而使初始自由水即使在機械震動力情況下也無法排出，隨著時間的延長，由于后層混凝土的覆蓋力、重力以及擾動力的作用，多余氣泡仍然會破裂形成泌水通道而導致“滯后泌水”。這些通道增加了混凝土的內部空隙，降低了混凝土的強度，從而解釋了28d 強度較空白混凝土低的真正原因。

解決思路

“滯后泌水”的根本原因是過量氣泡的引入，但從普通泌水問題上可以進一步研究，優化配合比，使混凝土本身具有較少的泌水，從而使滯后泌水也相對減少。

海工混凝土需摻入各種礦物摻合料，由于各粉料的微觀粒子結構相差甚大，性質各不相同，尤其是對水的吸附、反應時間等，因此，粉料的比例選擇成為影響泌水的因素之一。海工混凝土各組分的比重不同導致在重力作用下不同組分沉漿速率不同選擇合適的漿體率可以保證混凝土的均勻和減少離析，因此選擇砂率成為影響泌水的另一個關鍵因素，另外，外加劑的摻量也是影響因素之一。

基于以上考慮，將粉煤灰比例、礦粉比例、砂率、外加劑摻量作為四個因素，構成一個四因素、三水平的L9（34）的正交試驗，通過該正交試驗來分析確定泌水最少的優化配合比。

1）優化配合比和材料

根據正交試驗的結果，優化配合比確定為表3。

2）外加劑的調整

由于復合氨基醇的引氣作用，增加了混凝土本身的含氣量，因此，必須在減水劑上對引氣作出調整，由原先摻入1/10000的引氣劑減少至0.3/10000。

3）優化配合比的試驗結果

在對配合比進一步優化調整的基礎上，降低了減水劑中的引氣劑摻量。試驗結果見表4，其中140s 壓力泌水為7.5g，2h壓力泌水僅為2.3g，大大減少了泌水，從根本上消除了“滯后泌水”現象。

結論

在采用表3配合比澆筑承臺時泌水現象有了根本性改觀，全部澆筑完160 個承臺無滯后泌水現象發生。在后期采用該配合比澆筑的承臺中未再出現砂線缺陷，從而從根本上徹底解決了由于新型阻銹劑帶來的“滯后泌水”問題。

建議

工程中出現“滯后泌水”是不多見的，解決途徑應從以下方面考慮：

一是通過優化配合比，選擇優質材料來保證混凝土本身的保水性能，優化配合比應從粉料比例、砂率、外加劑摻量等方面考慮，選擇最優比例，同時更重要的是應與外加劑廠家共同分析判斷混凝土的性能，從而從外加劑的組分上進行調整，以達到制本的目的。

二是應充分掌握新型材料的使用性能和化學機理，在未來的高性能混凝土發展中無可避免要采用越來越多的新型材料，以適應不同的使用要求，對于混凝土施工中出現的問題應首先考慮新型材料的影響，最簡單的方法就是抽出該材料進行試驗，以比對和判斷新型材料的影響。

三是施工中同時需要嚴格控制混凝土的坍落度，當坍落度超過20cm 即出現多余的自由水并很快析出，從表面上看，是由于混凝土的保水性能不良，實際上是因為混凝土內部無自由氣泡阻隔泌水通道，自由水無法停留而析出，針對這種情況，應加強二次振搗消除泌水形成的泌水通道。