高速公路桥墩外观泛白原因分析及预防措施

李先延 黄文君

（1 云南省交通投资开发有限公司；2 云南省建筑科学研究院有限公司)

(3 云南省建筑结构与新材料重点实验室；4 昆明市建筑结构安全与新技术重点实验室）

0 引言

随着云南省公路工程建设进入跨越式的发展阶段，高速公路建设桥隧比例高达30%～60%，因此桥梁结构对高性能混凝土的使用量大幅增加[1]；同时随着《公路工程质量检验评定标准》JTGF80/1-2017 的推出，对高速公路结构混凝土外观质量的要求越来越高：“混凝土表面不应存在本标准附录P 所列限制缺陷；附录P：P.

0.2 外观质量检查前，结构混凝土的表面不得进行涂饰；……其他表面缺陷，梁、板、拱、墩台身、盖梁、塔柱、防撞护栏、挡块、伸缩装置锚固块、封锚、小型预制构件等；掉皮、起砂、污染：预制构件：缺陷超过所在面面积的2%，其他构件：缺陷超过所在面面积的3%”。[2]国家现行规范规定对结构物外观质量要求越来越高，混凝土结构施工外观质量控制提到了一个新的高度。泛白是混凝土外观质量最常见的通病之一，虽然一般不会引起建筑结构的质量事故，但它的存在对建筑物的美观和建筑工程质量等级的评定都会带来严重的影响[3]。现结合某高等级公路特大桥桥墩泛白的事例, 从原材料、混凝土配合比和施工和养护等方面对混凝土“泛白”现象进行原因分析，整理总结预防“泛白”现象产生的技术措施。

1 原材料及配合比

根据某特大桥墩柱表面泛白的情况进行现场调研，图1 中a、b 为墩柱表面泛白现场实拍图。

图1 墩柱表面泛白

该特大桥墩柱的设计配合比为C40 泵送混凝土，施工配合比如表1 所示，详细配合比信息如表2 所示。

表1 C40 泵送混凝土配合比 （㎏/m3）

表2 C40 泵送混凝土详细信息

仅从上述配合比进行分析，配合比设计正常。

2 混凝土表面泛白机理

⑴新拌混凝土硬化过程中，水泥水化过程中生成并迁移至表面的的Ca(OH)2与空气中的CO2和H2O 发生反应，生成白色沉淀CaCO3，这种混凝土表面泛碱称为初次泛白，混凝土硬化后，随着环境湿度及雨水等影响，H2O继续与Ca(OH)2反应，出现二次表面泛碱即二次泛白。

化学反应方程式如下：

Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O

⑵碱-集料反应。

环境中可能渗入的碱与混凝土集料(砂、石)中的碱活性矿物成分，在混凝土固化后缓慢发生化学反应，产生胶凝物质，在水的长期作用下因吸收水份后发生化学反应，引起混凝土体积膨胀、开裂，最终导致混凝土从内向外延伸开裂和损毁的现象。[4]

碱集料反应分为碱-二氧化硅反应、碱-硅酸盐反应和碱-碳酸盐反应。化学反应也会产生泛白，化学反应方程式如下：

2Na2O+SiO2→NaO·SiO2+H2O

GaMg(CO3)2+2NaOH→Mg(OH)2+GaCO3+Na2CO3

⑶混凝土拌合物中含有氯盐时，如混凝土减水剂和混凝土早强剂中的Cl-会与新拌混凝土中的Ca(OH)2生成CaCl2，析出白色晶体，形成泛白现象，化学反应方程式如下：

Ca(OH)2+Cl-→CaCl2+H2O

3 引起泛白的原因分析

根据泛白机理分析，混凝土泛白与原材料自身（碱含量、氯离子含量）、配合比中的水分、施工、养护、环境等各方面都息息相关，现逐一进行分析。

3.1 原材料

水泥：水泥中的K2O 和Na2O 含量过高会导致新拌混凝土泛碱即泛白，同时，水泥中的Cl-含量也会导致新拌混凝土析出CaCl2导致混凝土表面泛白。

集料：集料中可溶性盐含量越高，混凝土表面泛白的可能性越大。

水：拌和用水若不是自来水，而是使用地下水、江河水、灌溉用水等非标准水源，若水中含有碱物质或氯化物即会留下隐患。

3.2 配合比

水胶比过大。通过泛白机理分析可知，水分特别是没有参与水泥水化反应的游离水对泛白有巨大影响，当多加水、外加剂超掺等原因导致混凝土离析泌水时，混凝土泛白的可能性增大。

3.3 施工过程

雨季施工，如果构筑物没有遮挡措施，雨水进入新拌混凝土中，使新拌混凝土的游离水增加，再加上混凝土振捣不密实，也会增大泛白的可能性。

3.4 环境

当混凝土表面位于迎风面或长日照面时，会加快水分蒸发的速度引起表面泛白；当混凝土表面位于背风面或短日照面时，水分蒸发速度较慢，在一定程度上会缓解混凝土表面泛白。如图2 中a 和b 所示，同一根墩柱两侧泛白情况不同，就跟环境有一定的关系。

图2 同一根墩柱两侧泛白情况不同

3.5 养护

⑴如果不能及时对墩柱表面进行保湿或洒水养护，混凝土硬化时，可溶性物质随着水分蒸发迁移到构筑物表面并硬化，形成泛白。调研发现，现场大部分墩柱均裸露在外。

表3 为调研时现场近5 天的气温情况，从表中可知，该地昼夜温差较大，早晚气温较低，早上混凝土表面极易产生泛霜，若养护不到位，容易产生二次泛白。

表3 当地连续5 天气温情况

⑵墩柱洒水养护混凝土表面时，如果使用的是地下水、江河水、灌溉用水等，水中的无机酸盐、有机酸盐、碱物质随着水分蒸发遗留在混凝土构筑物表面，形成泛白现象。

4 预防措施

4.1 原材料

原材料中的氯离子、碱、可溶性盐均会造成混凝土表面泛白，对原材料的质量和相关指标进行比选和控制十分关键。

⑴水泥：对现场取样水泥的碱含量和氯离子含量进行送检，有条件比选水泥时严格控制水泥中K2O 和Na2O含量。

⑴集料：条件允许的情况下，应对集料有一定的选择性，严格控制其可溶性盐含量，并对集料硫化物及硫酸盐含量、氯离子含量、碱骨料反应进行检验。

⑶水：对于现场搅拌的混凝土用水要求采用自来水或满足(《混凝土标准用水》JG J63-2006)规定的水源，杜绝采用污染水源进行混凝土搅拌，如使用其他水源，必须对碱含量和氯离子含量进行检验。

⑷外加剂也应该对碱含量和氯离子含量进行检验。

4.2 配合比

⑴设计配合比时，在满足混凝土工作性要求的前提下选择最小水胶比配合比。

⑵尽量减少外加剂掺量。

⑶选用连续级配的集料。

⑷配制混凝土尽量掺加矿物掺合料，特别是粉煤灰或硅灰。因为水泥水化过程中其含有的SiO2与Ca(OH)2反应形成C-S-H 凝胶，可降低混凝土中的游离碱含量，使析出的盐或碱量降低。

4.3 施工过程

⑴混凝土应振捣密实，使外部水分不易进入构件内部。

⑵注重混凝土的抹面和二次抹面，尽可能地提高混凝土表面的密实性和抗渗性。

4.4 养护

混凝土终凝后应及时用满足(JG J63-2006)规定的水源进行养护，使干燥蒸发速度减慢。

4.5 表面进行憎水化处理

针对已浇筑成型的墩柱，发现有泛白表面后，可以使用有机硅憎水剂处理表面，预防后期二次泛白。混凝土属亲水性材料，易吸水，用有机硅憎水剂处理混凝土表面后，会大大降低混凝土的吸水性，混凝土表面的水成为小水滴滚淌下来，不会渗入混凝土内部。

4.6 预防混凝土裂缝产生

针对已浇筑成型的墩柱，还可以通过养护等措施预防混凝土结构表面产生裂缝，直接减少了白色晶体的析出，降低了二次泛白出现的概率。

5 结论

高速公路混凝土表面泛白是混凝土外观较常出现的外观缺陷，而对构筑物外观和质量评定影响又很大，建设单位应采取措施来避免混凝土出现泛白现象。混凝土表面泛白在乎碱含量、碱金属氧化物、氯离子和氯化物，实际施工环节中难以避免，且各种因素相互联系、相互影响。必须结合现场的实际情况，采取针对性的预防措施，才能有效地减少混凝土表面泛白现象的出现，降低混凝土出现外观缺陷的风险。