混凝土原材料對倉面浮漿氣泡的影響研究

李俊峰，朱圣敏

(1.中國水利水電第五工程局有限公司，成都 610066；2.中國葛洲壩集團試驗檢測有限公司，宜昌 443002)

某大型水電站混凝土生產所使用的原材料為中熱42.5水泥、I級粉煤灰、人工骨料、高性能減水劑和引氣劑。在混凝土澆筑過程中，倉面一直伴隨浮漿厚、氣泡多、不易振出等異?，F象。針對此浮漿現象，從原材料方面進行了原因分析并提出解決方案。

1 浮漿產生的原因分析

靜止狀態下混凝土集料受水泥漿的浮力作用漂浮在水泥漿中，當粘稠水泥漿的抗剪切強度大于混凝土集料的自重與其浮力(排開水泥漿的重量)之差，顆粒集料才不會下沉，相對應不會產生浮漿。但振實作業時，水在混凝土拌合物中的高速運動，與骨料形成較大的相對運動，水的上浮速度過快，就會攜帶懸浮漿體中密度較小的固體顆粒至混凝土表面，形成浮漿[1]。浮漿中的主要成分為混凝土中較輕的水、粉煤灰(包括其中的碳物質)、少量水泥骨料中的細微粒及雜質漂浮物等。當膠凝材料粘聚性不足時，在澆筑過程中，混凝土拌和物的保水性差，其膠結材料的抗剪強度不足，必然帶來混凝土拌和物的泌水。所以減少浮漿關鍵是增加混凝土的保水性和粘聚性，提高和易性，盡量減少泌水，這樣會大大減少浮漿的產生。

1.1 粉煤灰對浮漿、氣泡的影響

粉煤灰顆粒密度比水泥小，尤其是I級粉煤灰，是由煅燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細粉末，其顆粒多呈球狀，表面光滑，細度較小，分散性好，在振動作用下產生滾珠效應，其質量相對較輕，顆粒中含有較多的多孔輕質顆粒，會比水泥優先進入浮漿，引起上浮，加劇浮漿的產生。一般地，膠凝材料的用量可直接影響混凝土拌和物的泌水。等級低、水膠比大的混凝土容易產生泌水及浮漿，目前浮漿過厚主要集中在C9025的混凝土。因此，進行了C9025混凝土摻不同等級粉煤灰的室內比對試驗，具體成果如表1、表2所示。

表1 試驗用混凝土配合比表

表2 摻不同粉煤灰混凝土拌合物性能試驗成果表

從以上試驗成果看，采用相同配合比參數，不同等級粉煤灰的混凝土拌合物性能，除初始坍落度小于Ⅰ級粉煤灰外，Ⅱ級粉煤灰拌制出的混凝土和易性比Ⅰ級粉煤灰略好，且1 h坍落度損失及泌水率均小于Ⅰ級粉煤灰。

Ⅰ級粉煤灰泌水浮漿較Ⅱ級灰大的原因：1)Ⅰ級灰的密度比II級灰小，細度較小，顆粒較輕，容易上浮。 2)Ⅰ級灰的顆粒形態呈滾珠狀，流動性和分散性好，容易進入浮漿，而Ⅱ級灰顆粒級配較粗，分散性差。3)Ⅱ級灰生產中經過磨細加工，粒形為多棱角狀，吸附性好，與水和外加劑能充分融合形成膠凝絮凝團，下沉的趨勢比單個粉煤灰顆粒大得多，不容易上浮，不易產生泌水和浮漿。

同時試拌發現，Ⅱ級灰拌制成的氣泡明顯少于Ⅰ級灰，可能與脫硝粉煤灰中含有銨鹽有關。Ⅰ級灰中因脫硝含有銨鹽，Ⅱ級灰不含銨鹽。隨著混凝土的凝結硬化，水泥水化產生堿，與粉煤灰中殘留的銨鹽發生反應生成氨氣，經過振搗在混凝土表面形成氣泡，為了排出氣泡加大振搗，容易產生泌漿。

1.2 外加劑對浮漿、氣泡的影響

外加劑與膠凝材料的適應性好才能保證混凝土拌合物有優良的和易性[2]。聚羧酸減水劑往往會引入一些氣泡，在生產過程中往往會保留一些降低表面張力的表面活性成分，在拌制混凝土時會引入大量的微小氣泡，這些氣泡很不穩定，部分會消失，但部分經過振搗作用聚集成大氣泡，對混凝土產生不利影響。室內通過凈漿流動度損失來對比不同高性能減水劑與原材料的適應性，并進行混凝土拌合物性能試驗及坍落度損失試驗，具體試驗成果見表3。

表3 不同高性能減水劑與膠凝材料適應性試驗成果表

根據以上試驗成果及以往資料看，兩家減水劑均反映出摻Ⅱ級灰較I級灰的適應性略好；A廠家高性能減水劑與膠凝材料適應性較B廠家差，其摻量對用水量敏感度較高，混凝土拌合物表面氣泡較多。尤其目前砂石含水率波動較大，極易造成減水劑摻量過摻，易出現混凝土離析現象，混凝土中漿體包裹粗骨料粘聚性變差，經振搗后極易與粗骨料分離，造成泌水浮漿。所以，需調整減水劑配方，增加保水、增粘、消泡成分，以滿足現場對混凝土和易性的要求。

1.3 骨料對浮漿、氣泡的影響

砂石骨料級配、粒形和懸浮物都將影響混凝土拌合物的性能[3]。骨料間的堆積間隙過大、針片狀較多或顆粒棱角較多、級配不良，這些都造成骨料間無法達到完全密實狀態，在攪拌混凝土時骨料堆積所形成的空氣間隙就變成了氣泡。

1)骨料超遜徑的波動

統計2020年9月份至今80組試驗結果，具體見表4。

表4 粗骨料超遜徑和中徑含量統計分析表

從表4中可以看出，中石超遜徑和中徑含量總體趨于穩定，但小石遜徑和中徑含量波動離散型過大，是混凝土和易性變差的主要原因。

2)骨料粒形

中石粒型較差，反映亞針片狀(高寬比2∶1，寬厚比2∶1)含量偏高；統計最近工地現場取樣6組骨料的試驗成果，具體見表5。

表5 粗骨料針片狀/亞針片狀檢測結果匯總表

從表5可以看出，主要反映中石亞針片狀含量過高，粒型棱角較多，容易造成泵送混凝土堵管。建議中石加強整形工藝，減少亞針片狀。

由于骨料粒形和級配影響，為保證混凝土的可泵性，需提高砂率，導致混凝土漿體的增多，加大了浮漿的產生。另骨料顆粒棱角較多、級配間斷使堆積間隙較大，造成了骨料間無法達到完全密實狀態，會引起氣泡的產生。建議改善粗骨料超遜徑及粒形，適當提高小石16～20 mm顆粒含量，盡量保證組合連續級配曲線整體順滑。

2 調整后混凝土配合比的參數試驗成果

中石粒型較差，即中石亞針片狀(高寬比2∶1，寬厚比4∶1)偏高，達到18%。另外，小石骨料級配不連續，粒徑16～20 mm含量偏少造成斷級，原配合比骨料級配已無法滿足現場施工要求，造成混凝土和易性差。故需優化現有混凝土配合比，通過廠家改進減水劑的配方(增加保水、增稠及消泡成分)，改善與膠凝材料的適應性，并調整骨料組合比例這幾方面來提高混凝土的粘聚性和保水性，降低浮漿。具體試驗成果見表6、表7。

表6 C9025調整前后配合比參數表

表7 調整前后現場混凝土拌合物性能試驗成果表

通過以上試驗成果看，配合比參數調整后混凝土拌合物性能較之前有了明顯提高，粘聚性和流動性增大，表面氣泡明顯減少，滿足現場施工要求，倉面浮漿現象得到了很大的改善。調整前后現場施工效果對比，具體圖1、圖2。

3 結 語

3.1 影響因素

通過室內試驗和現場試驗和對成果的分析，盡管室內試驗成果和現場情況有一定的差異，但從材料科學分析方法的角度來講，混凝土拌和物倉面浮漿氣泡產生的原因主要是：

a.外加劑的品質。調整前A廠家高性能減水劑與膠凝材料的適應性較B廠家差，混凝土產生的氣泡較多，保水性和粘聚性有待提高。

b.粉煤灰的品質。用I級灰拌制的砼拌和物比用II級灰拌制的砼拌和物，在其它條件一致的情況下，泌水率要大，容易產生浮漿。且混凝土現場氣泡較多，為排出氣泡振搗加大，易產生浮漿。

c.骨料粒形及級配不良對混凝土和易性差有一定影響，混凝土離析、骨料分離產生浮漿。骨料粒形棱角較多、級配不良，這些都造成了骨料間無法達到完全密實狀態，在攪拌混凝土時骨料堆積所形成的空氣間隙較大，容易產生氣泡。

3.2 措施建議

a.外加劑廠家針對現場原材料的品質特性需有相應的應對措施，根據現場材料的變動和季節的變換及時進行調配，保證其適應性，以滿足現場混凝土質量要求。

b.根據現場原材料情況，粉煤灰摻量可適當調整，不宜超過25%。進一步研究不同等級粉煤灰對現場浮漿氣泡的影響。

c.建議改進骨料粒形和級配，特別是粗骨料超遜徑，盡量保證組合連續級配曲線整體順滑。

d.保證混凝土和易性的情況下，為滿足現場泵送施工，建議砼拌和物坍落度按160～180 mm控制[4]，不宜太大，避免離析造成骨料分離，從而產生泌水浮漿。