实例解析混凝土滞后泌水问题

汪继平

(工程师，广西交通投资集团有限公司）

滞后泌水与普通泌水机理上的区别

滞后泌水与普通泌水在机理上存在较大的区别，普通泌水是混凝土在重力作用下，骨料下沉，多余的自由水分从浆体中分离并析出到混凝土表面，解决普通泌水的方法是增大混凝土的粘度、增加砂率以增加浆体浓度。造成“滞后泌水”的原因根据相关文献可以归结为两种，一种是粉料的“吸水平衡”，即在大掺量矿物掺合料的混凝土中，由于矿料的多孔结构，初期开始吸附水分，当水分吸附到一定程度达到饱和后开始放出多余水分，从而导致滞后时差的泌水；另外一个原因是缓凝剂的滞后作用。

混凝土滞后泌水工程解决实例

发现问题

舟山大陆连岛工程金塘大桥为国内第三大跨海大桥，设计使用寿命100年，采用高性能海工混凝土。承台作为下部结构位处浪溅区，需要有较高的抗氯离子渗透能力和致密的混凝土表面，以阻隔氯盐的侵蚀通道和延缓侵蚀时间，因此，混凝土外观应均匀一致，无气泡和砂线等缺陷。在工程第一个承台浇筑后，出现了较多的砂线缺陷，砂线从承台底面1m 以上开始产生，沿承台四周不规则分布，宽度大小不一，长度直至承台顶面边缘。

分析问题

从对混凝土浇筑过程的观察分析，泌水在混凝土浇筑成型后2～3h 开始大量出现，整个泌水过程一直持续到初凝前1h。从现象上分析，这是工程中较少出现的 “滞后泌水”。解决 “滞后泌水”成为消除砂线缺陷的唯一技术途径。

查找原因

（1）初期使用配合比

第一个承台采用的设计配合比及材料见表1。

该配合比为杭州湾大桥后期承台使用的成熟配合比，地域环境和工程特点上两地都非常相似，唯一的最大区别是阻锈剂相差较大。在设计配合比中掺入了迁移性复合氨基醇阻锈剂，这与国内以前海工混凝土的设计有较大区别，杭州湾以及东海大桥均采用亚硝酸钙阻锈剂，但该类阻锈剂的最大缺点是具有促凝作用和污染环境，因而在本工程中未再继续使用。本工程采用的是迁移型复合氨基醇有机阻锈剂，有机阻锈剂可以通过扩散作用迁移到硬化混凝土内部，与混凝土中钢筋接触以后形成单分子保护层，不但保护混凝土中钢筋的阴极区，而且保护阳极区，具有双重作用，且无任何毒害。

由于工程前期筹备时间短，对以上在杭州湾使用成熟的配合比在本工程中未做更多的验证试验，只是检测了混凝土的工作性能和力学性能，未能观察到滞后泌水的问题。

（2）初期配合比的室内验证试验

采用表1中的配合比，配制掺加两组不同类型的阻锈剂和一组空白（未掺阻锈剂）试样，分别检测混凝土的各项性能指标，借此分析“滞后泌水”的内因，试验结果见表2。由表2的试验结果可知，在采用不同阻锈剂的情况下混凝土各项性能发生了较明显的变化，尤其是混凝土的凝结时间和2h 压力泌水，28d 抗压强度也因复合氨基醇有机阻锈剂的掺入而较空白组降低5MPa 左右。各组混凝土的初始塑性均相差不大，表明掺入不同阻锈剂的情况下混凝土均能保证较好的工作性。

JT/T537-2004《钢筋混凝土阻锈规程》对初凝时间的影响在-60～+120min 范围内，但从表2看出，由于采用了大掺量的矿物掺合料，阻锈剂实际对初凝时间的影响均超出了规定范围，复合氨基醇类延缓3h 初凝，而使用亚硝酸钙的则提前了1h。从初凝时间被延后的现象分析，复合氨基醇阻锈剂对水泥粒子起到一定的分散作用，延缓了水化作用，这是导致“滞后泌水”的原因之一，但还不是根本原因。

表1 初期使用配合比及其材料情况

表2 不同类型阻锈剂与空白混凝土试验结果

表3 优化配合比和材料

表4 优化配合比验证试验结果

从含气量上可以分析复合氨基醇类阻锈剂引入了大量气泡，含气量较空白混凝土和亚硝酸钙都有明显的增大。在混凝土中引入4%～6%的微小气泡有利于提高混凝土的工作性、抗渗能力和抗冻融能力，但气泡引入过多则会直接导致强度的下降等弊端。从表2结果可以看出，在7.5%的含气量情况下，2h 后的压力泌水较空白和亚硝酸钙组都有明显的增长，达到18.7g，比初始压力泌水还要多，这是违背常规混凝土泌水规律的，从根本上符合了“滞后泌水”的现状。而空白组和亚硝酸钙组在1h 后压力泌水均已呈下降和停止趋势。同时其28d 强度的下降也说明了复合氨基醇类阻锈剂中引入了过量的气泡。

从试验现象上解释了复合氨基醇类阻锈剂是引起“滞后泌水”的根本原因，但机理上只能作出经验解释。在混凝土浇筑初期，大量引入的气泡在机械震动作用力下会部分消失，但仍有一定量的气泡永远停留在混凝土内部，气泡稳定后则起到阻隔泌水通道的作用。但因过量引入气泡而使初始自由水即使在机械震动力情况下也无法排出，随着时间的延长，由于后层混凝土的覆盖力、重力以及扰动力的作用，多余气泡仍然会破裂形成泌水通道而导致“滞后泌水”。这些通道增加了混凝土的内部空隙，降低了混凝土的强度，从而解释了28d 强度较空白混凝土低的真正原因。

解决思路

“滞后泌水”的根本原因是过量气泡的引入，但从普通泌水问题上可以进一步研究，优化配合比，使混凝土本身具有较少的泌水，从而使滞后泌水也相对减少。

海工混凝土需掺入各种矿物掺合料，由于各粉料的微观粒子结构相差甚大，性质各不相同，尤其是对水的吸附、反应时间等，因此，粉料的比例选择成为影响泌水的因素之一。海工混凝土各组分的比重不同导致在重力作用下不同组分沉浆速率不同选择合适的浆体率可以保证混凝土的均匀和减少离析，因此选择砂率成为影响泌水的另一个关键因素，另外，外加剂的掺量也是影响因素之一。

基于以上考虑，将粉煤灰比例、矿粉比例、砂率、外加剂掺量作为四个因素，构成一个四因素、三水平的L9（34）的正交试验，通过该正交试验来分析确定泌水最少的优化配合比。

1）优化配合比和材料

根据正交试验的结果，优化配合比确定为表3。

2）外加剂的调整

由于复合氨基醇的引气作用，增加了混凝土本身的含气量，因此，必须在减水剂上对引气作出调整，由原先掺入1/10000的引气剂减少至0.3/10000。

3）优化配合比的试验结果

在对配合比进一步优化调整的基础上，降低了减水剂中的引气剂掺量。试验结果见表4，其中140s 压力泌水为7.5g，2h压力泌水仅为2.3g，大大减少了泌水，从根本上消除了“滞后泌水”现象。

结论

在采用表3配合比浇筑承台时泌水现象有了根本性改观，全部浇筑完160 个承台无滞后泌水现象发生。在后期采用该配合比浇筑的承台中未再出现砂线缺陷，从而从根本上彻底解决了由于新型阻锈剂带来的“滞后泌水”问题。

建议

工程中出现“滞后泌水”是不多见的，解决途径应从以下方面考虑：

一是通过优化配合比，选择优质材料来保证混凝土本身的保水性能，优化配合比应从粉料比例、砂率、外加剂掺量等方面考虑，选择最优比例，同时更重要的是应与外加剂厂家共同分析判断混凝土的性能，从而从外加剂的组分上进行调整，以达到制本的目的。

二是应充分掌握新型材料的使用性能和化学机理，在未来的高性能混凝土发展中无可避免要采用越来越多的新型材料，以适应不同的使用要求，对于混凝土施工中出现的问题应首先考虑新型材料的影响，最简单的方法就是抽出该材料进行试验，以比对和判断新型材料的影响。

三是施工中同时需要严格控制混凝土的坍落度，当坍落度超过20cm 即出现多余的自由水并很快析出，从表面上看，是由于混凝土的保水性能不良，实际上是因为混凝土内部无自由气泡阻隔泌水通道，自由水无法停留而析出，针对这种情况，应加强二次振捣消除泌水形成的泌水通道。