摘要: 流砂是混凝土外觀質(zhì)量主要通病之一, 最易出現(xiàn)在墩身等結(jié)構(gòu)物表面, 影響因素多, 比較難以根治。結(jié)合客運(yùn)專線成功處理橋梁墩身流砂的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn), 主要介紹流砂形成原因與防治措施, 為今后橋梁墩身流砂的防治提供借鑒。
關(guān)鍵詞: 客運(yùn)專線; 橋墩; 流砂; 泌水; 防治措施
中圖分類號(hào): TU528.041 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào): 1002- 3550( 2008) 02- 0116- 03
0 引言
墩身由于橫截面積較小且高度普遍偏高等結(jié)構(gòu)特殊性, 澆筑的混凝土輕微泌水都很容易造成表面流砂, 外觀質(zhì)量相對(duì)難以控制。流砂作為混凝土外觀質(zhì)量常見(jiàn)通病, 確實(shí)影響墩身美觀也損害其內(nèi)在質(zhì)量, 對(duì)混凝土的耐久性影響更不容忽視。目前, 隨著鐵路客運(yùn)專線建設(shè)的到來(lái), 主要結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)使用年限達(dá)100 年之久, 如此之長(zhǎng)的使用年限使混凝土耐久性問(wèn)題已成為混凝土配合比設(shè)計(jì)的主要研究課題之一。由于混凝土耐久性對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物內(nèi)外質(zhì)量提出了更高的要求, 諸如混凝土結(jié)構(gòu)物表面的流砂、裂縫等主要質(zhì)量通病, 更是必須根治的對(duì)象。
從目前已開(kāi)工建設(shè)的武廣客運(yùn)專線和合武客運(yùn)專線所施工的橋梁墩身外觀來(lái)看, 流砂問(wèn)題在很多施工標(biāo)段廣泛出現(xiàn), 防治相當(dāng)困難, 確實(shí)成為擋在廣大試驗(yàn)技術(shù)人員面前的一個(gè)棘手難題。從分析問(wèn)題入手, 詳細(xì)介紹筆者在武廣客運(yùn)專線I 標(biāo)、合武客運(yùn)專線聶口段成功處理橋梁墩身混凝土表面流砂難題的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn), 供大家參考。
1 流砂墩身外觀概述
從武廣客運(yùn)專線I 標(biāo)和合武客運(yùn)專線聶口段橋墩表面流砂情況來(lái)看, 墩身流砂嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成表面大面積砂子外露或局部呈較寬長(zhǎng)條狀發(fā)育, 手感粗糙, 細(xì)砂一摸易掉; 較輕時(shí)局部表面有蟲(chóng)蝕狀條痕出沒(méi), 呈小型塊狀或條帶狀發(fā)展, 時(shí)多時(shí)少, 整個(gè)墩身均有分布。另外, 不流砂的墩身部分或部分不流砂的墩身,混凝土也常外露出一種水泥漿不足的狀況, 表面不具有固有光澤, 少數(shù)流砂墩身還常伴有混凝土表面顏色不均( 混凝土表面色斑) 問(wèn)題, 與光滑如境的正?；炷料啾? 是一種典型的病態(tài)混凝土。
2 流砂主要原因
根據(jù)水分在混凝土中的存在狀態(tài), 水分可以分為結(jié)合水、濕潤(rùn)水和自由水。在三種水中, 只有自由水與固體材料的聯(lián)系很少, 這部分水也可稱為可泌水分。從混凝土泌水機(jī)理來(lái)看, 可泌水分泌出常見(jiàn)有三種形式: 一種是粗細(xì)骨料的粒徑過(guò)于懸殊, 造成了石子沉底、漿體上浮; 另一類是水泥漿與粗細(xì)骨料之間的離析, 漿體沉底, 水泥漿從拌合物中大量淌出, 砂石裸落、松散, 拌合物無(wú)黏聚性; 第三種則是混凝土內(nèi)部各組分密度不同導(dǎo)致的沉降與上浮, 使得密度小的可泌水分最終逸出形成泌水。
客運(yùn)專線墩身混凝土為C30, 水泥用量在360~400 kg/m3之間; I 級(jí)粉煤灰摻量為水泥重量的30%; 聚羧酸高性能減水劑摻量為水泥重量的0.8%; 碎石為5~31.5 mm 連續(xù)級(jí)配( 5~16 mm占40%, 16~31.5 mm 占60%) ; 砂為河砂, 細(xì)度模數(shù)2.6~2.8, 級(jí)配良好, 砂率為36%~38%。工地墩身混凝土從性能上分, 通常有兩種類型:
( 1) 普通混凝土。坍落度一般小于80 mm, 摻I 級(jí)粉煤灰和聚羧酸高性能減水劑。常采用混凝土罐車運(yùn)輸, 吊車吊裝施工。
( 2) 泵送混凝土。坍落度大, 一般在120 mm 以上, 摻I 級(jí)粉煤灰和聚羧酸高性能減水劑, 采用混凝土罐車運(yùn)輸, 泵送施工。
兩種類型C30 混凝土和易性都良好, 初時(shí)保水性、黏聚性等條件符合要求, 但在混凝土攪拌完后, 靜置半小時(shí)左右, 就會(huì)出現(xiàn)慢性泌水, 水量越來(lái)越大, 從泌水快慢來(lái)看它是一種相當(dāng)?shù)湫偷臏竺谒?。工地用此種混凝土施工墩身, 開(kāi)始施工沒(méi)有明顯泌水, 慢慢邊施工邊泌水, 水會(huì)不斷從混凝土下部涌出, 必須邊舀邊澆筑, 否則, 混凝土澆筑面會(huì)出現(xiàn)很深的清澈積水, 影響混凝土的正常澆筑, 嚴(yán)重時(shí)施工單位有時(shí)連人工舀水都來(lái)不及, 只得采用抽水機(jī)抽水或在模板上鉆眼放水, 如此情況使施工單位很是困擾。通過(guò)實(shí)地調(diào)查認(rèn)為客運(yùn)專線橋墩流砂的焦點(diǎn)其實(shí)就是墩身混凝土泌水所致。
3 泌水影響因素的確定
從客運(yùn)專線混凝土用原材料來(lái)看, 砂和碎石由于粒徑、級(jí)配、含泥量等其他指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求, 質(zhì)量良好, 絕對(duì)不存在質(zhì)量問(wèn)題, 根本不具備引起混凝土泌水的基本條件, 在確定影響因素時(shí)已排除在外。我們只重點(diǎn)考慮混凝土坍落度大小即單位用水量大小對(duì)泌水的影響, 另外聚羧酸高性能減水劑、I 級(jí)粉煤灰、水泥三種原材料, 也是主要研究對(duì)象。為最終確定何種因素是混凝土泌水的關(guān)鍵, 研究時(shí)我們對(duì)引起泌水的影響因素采用了逐一排除法。
3.1 混凝土坍落度
由于兩個(gè)施工單位當(dāng)前都采用泵送混凝土施工, 混凝土坍落度都基本維持在140 mm 左右, 為了鑒別單位用水量大小對(duì)混凝土泌水的影響, 我們建議施工單位采用小坍落度施工墩身, 以檢查外觀效果。施工時(shí)采用坍落度小于80 mm, 混凝土罐車運(yùn)輸, 吊車吊裝施工工藝。施工時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土仍存在滯后泌水現(xiàn)象, 但混凝土澆筑過(guò)程中確實(shí)泌水要比以前大坍落度好,舀水頻率和涌水量, 明顯偏少, 3 d 后拆模, 墩身表面大長(zhǎng)條或大塊狀流砂基本得到控制, 但蟲(chóng)蝕狀條痕在墩身上下仍大量出沒(méi), 出現(xiàn)了遠(yuǎn)看墩身效果不錯(cuò), 近看效果卻很差的情形, 由此說(shuō)明, 降低混凝土坍落度不是解決問(wèn)題的主要原因。
3.2 聚羧酸高性能減水劑
工地使用的聚羧酸高性能減水劑是一種高分子材料, 各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)型式檢驗(yàn)都符合標(biāo)準(zhǔn)要求, 減水率在20%~25%之間, 在混凝土中的摻量為水泥質(zhì)量的0.8%, 為減少混凝土泌水, 我們采用了如下3 種辦法, 檢驗(yàn)對(duì)混凝土泌水的影響:
( 1) 降低摻量試驗(yàn)。這主要目的是降低外加劑的緩凝效果,縮短混凝土緩凝時(shí)間, 以檢驗(yàn)摻量大小對(duì)混凝土泌水的影響。
( 2) 外摻保水劑試驗(yàn)。通過(guò)外摻保水劑來(lái)調(diào)節(jié)和增強(qiáng)現(xiàn)有外加劑的增塑保水性能。
( 3) 更換外加劑。采用其它廠家相同類型外加劑進(jìn)行試驗(yàn)。
以上3 種方法, 我們沒(méi)有采用施工墩身試驗(yàn), 僅通過(guò)室內(nèi)攪拌混凝土, 拌合物在容器內(nèi)靜置數(shù)小時(shí), 觀察其泌水情況, 采用對(duì)比方法進(jìn)行驗(yàn)證, 發(fā)現(xiàn)依舊沒(méi)有明顯效果, 外摻保水劑雖有一定輕微效果, 但混凝土泌水仍很難遏制, 可見(jiàn)從改良或更換聚羧酸高性能減水劑來(lái)達(dá)到控制混凝土泌水目的, 是不現(xiàn)實(shí)的。
3.3 I 級(jí)粉煤灰
I 級(jí)粉煤灰作為一種外摻料, 在很多文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)有引起混凝土泌水的記載, 為此我們?cè)趯?duì)待粉煤灰的問(wèn)題上, 提出了以下方案:
( 1) 減少摻量。將粉煤灰摻量由水泥質(zhì)量的30%下調(diào)至20%。
( 2) 用II 級(jí)粉煤灰替代I 級(jí)粉煤灰。
對(duì)于第一種方案, 我們打了一根墩身, 效果無(wú)明顯好轉(zhuǎn)。但第二種方案由于用II 級(jí)粉煤灰替代I 級(jí)粉煤灰, 兩種粉煤灰顏色差異較大, 其中工地使用的I 級(jí)粉煤灰顏色灰白, 而II 級(jí)粉煤灰呈深灰色, 為確保用II 級(jí)粉煤灰打出來(lái)的墩身不影響與其它墩身顏色的整體協(xié)調(diào)性, 此次我們?cè)诎韬驼九钥盏厣洗蛄艘桓? m 高的小墩身。從打出的墩身外觀效果來(lái)看, 也沒(méi)有很好解決流砂問(wèn)題, 同樣排除了I 級(jí)粉煤灰這一可能的影響因素。
3.4 水泥
水泥為業(yè)主指定廠家的低堿水泥, 所做各項(xiàng)指標(biāo)合格。其中: 武廣客運(yùn)專線I 標(biāo)為湖北陽(yáng)新產(chǎn)華新普通硅酸鹽32.5 級(jí)水泥, 合武客運(yùn)專線聶口段為武漢亞?wèn)|普通硅酸鹽32.5 級(jí)洋房牌水泥, 兩種水泥都是當(dāng)?shù)睾苡兄鹊拇髲S水泥。由于前面幾個(gè)因素都已排除, 只有水泥有待驗(yàn)證, 此次我們?nèi)耘f采用了多個(gè)方案來(lái)確定水泥對(duì)混凝土泌水影響的大小:
( 1) 加大每立方米混凝土水泥用量。將水泥用量每立方米增加30 kg。
( 2) 改普通硅酸鹽32.5 級(jí)水泥為同廠普通硅酸鹽42.5 級(jí)水泥。
( 3) 改用其它廠家的32.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥。
由于兩個(gè)工地基本同時(shí)出現(xiàn)流砂問(wèn)題, 我們制定的方案為盡量試驗(yàn)不重復(fù), 一個(gè)工地先試驗(yàn)一種, 如有效, 則同時(shí)再試驗(yàn), 到最終確定。在分別試驗(yàn)第一種和第二種方案時(shí), 發(fā)現(xiàn)混凝土泌水仍舊存在, 拆模后的墩身外觀也與以前一樣, 不理想。為此在改換水泥上, 我們把它作為重點(diǎn), 其中: 武廣客運(yùn)專線I 標(biāo)將湖北陽(yáng)新產(chǎn)華新普通硅酸鹽32.5 級(jí)水泥, 換為咸寧產(chǎn)中南牌普通硅酸鹽32.5 級(jí)水泥, 合武客運(yùn)專線聶口段為武漢亞?wèn)|普通硅酸鹽32.5 級(jí)洋房牌水泥改為湖北武漢產(chǎn)華新普通硅酸鹽32.5 級(jí)水泥, 其它條件都和原來(lái)施工一致, 不特意改變施工參數(shù)與工藝, 經(jīng)過(guò)為期4 d 的試驗(yàn), 終于打出了光滑如鏡的墩身,事實(shí)證明混凝土流砂問(wèn)題出現(xiàn)在水泥本身, 是墩身施工過(guò)程中使用了容易泌水的水泥。而第二種方案將普通硅酸鹽32.5 級(jí)水泥改為普通硅酸鹽42.5 級(jí)水泥, 沒(méi)有成功的主要原因是同廠家生產(chǎn)的水泥由于熟料相同, 各項(xiàng)條件相互性能差異性小, 只是強(qiáng)度增高而質(zhì)量并沒(méi)有根本性改變。
4 水泥泌水的原因
水泥作為混凝土中一種重要的膠凝材料, 客運(yùn)專線業(yè)主確實(shí)相當(dāng)重視, 指定大廠優(yōu)質(zhì)水泥, 再加上工地試驗(yàn)室對(duì)水泥的各項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)又都合格, 從而很少有人懷疑它存在什么問(wèn)題, 事實(shí)證明它又確實(shí)與混凝土泌水性能密切相關(guān)。從水泥性能來(lái)看, 水泥的凝結(jié)時(shí)間、比表面積或細(xì)度、顆粒分布都會(huì)影響混凝土的泌水性能。水泥凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng), 水泥顆粒的沉降時(shí)間也越長(zhǎng), 混凝土也就越容易泌水; 水泥細(xì)度越大也即比表面積越小時(shí), 特別是當(dāng)顆粒分布中( <5 !m) 含量的顆粒越少時(shí), 使得早期水泥的水化量少, 越少的水化產(chǎn)物不足以封堵混凝土中的毛細(xì)孔, 使混凝土中自由水很容易從下而上泌出。
客運(yùn)專線混凝土用水泥, 都是當(dāng)?shù)卮髲S生產(chǎn)的知名水泥, 水泥質(zhì)量相對(duì)有保障, 但主要由于工地需求量很大, 供不應(yīng)求, 有些廠家只好提高生產(chǎn)效率, 引進(jìn)帶有高效選粉機(jī)的大磨, 效率雖大幅增高, 但由于選粉效率越高, 引起水泥中細(xì)顆粒( <5 "m 含量的顆粒) 減少, 使得水泥易出現(xiàn)顆粒級(jí)配不良等問(wèn)題。另一方面, 也可能是來(lái)自廠家對(duì)水泥質(zhì)量監(jiān)控不嚴(yán)。通常水泥廠為了得到品質(zhì)優(yōu)良的水泥, 對(duì)水泥原材料要進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān), 另外對(duì)CaO、Al2O3、SiO2、Fe2O3 等化學(xué)成分以及摻合料在水泥中的含量范圍也要進(jìn)行嚴(yán)格控制。但由于水泥用原材料出現(xiàn)緊張, 質(zhì)量參差不齊, 再加上水泥的檢測(cè)及質(zhì)保體系又跟不上, 水泥中礦物組分比例容易失調(diào), 易導(dǎo)致水泥細(xì)度、顆粒組成差異明顯, 從而最終影響了水泥的質(zhì)量。
5 確定水泥泌水的關(guān)鍵
施工時(shí)判斷混凝土流砂是否是水泥引起的關(guān)鍵是:
( 1) 從黏性判別
如水泥拌制的普通混凝土松散、石子易裸露, 同條件下用水量多, 坍落度小, 泵送混凝土和易性差易離析, 如其它材料或配合比沒(méi)有明顯的質(zhì)量問(wèn)題, 這就要考慮水泥的影響。但有時(shí)混凝土都摻有粉煤灰, 和易性相對(duì)有所改進(jìn), 經(jīng)驗(yàn)不足者對(duì)混凝土質(zhì)量判斷會(huì)有一定的難度, 這需要試驗(yàn)技術(shù)人員在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。
( 2) 從質(zhì)量穩(wěn)定性判別
一段時(shí)間內(nèi)每批水泥性能差異大。檢驗(yàn)時(shí)水泥物理性能和力學(xué)性能劇烈波動(dòng), 有時(shí)合格, 有時(shí)不合格, 生產(chǎn)質(zhì)量很不穩(wěn)定。這就是工地上為什么采用同一廠家生產(chǎn)的相同品種水泥,使用同種配合比同樣的坍落度澆筑的混凝土墩身, 墩身表面有時(shí)無(wú)流砂或流砂很少, 而有時(shí)又大面積流砂的原因。所有這些主要是由于廠家生產(chǎn)的水泥, 生產(chǎn)工藝受限, 很難保證水泥質(zhì)量的長(zhǎng)期穩(wěn)定; 另外有些由于原材料來(lái)源不同、質(zhì)量差異等也易造成水泥質(zhì)量不穩(wěn)定。
( 3) 從墩身流砂外觀判別
凡水泥質(zhì)量問(wèn)題引起的流砂都有一個(gè)明顯的特征, 就是無(wú)論坍落度大小, 都有流砂, 更為突出的是流砂出現(xiàn)的位置與其它原因引起的流砂很不一樣。水泥問(wèn)題引起的流砂會(huì)出現(xiàn)在墩身的任何位置, 就是在墩身的下部, 也會(huì)出現(xiàn), 并常伴有局部色斑, 這與其它因素引起的流砂有本質(zhì)的區(qū)別。
6 結(jié)束語(yǔ)
( 1) 混凝土表面流砂, 盡管原因復(fù)雜, 影響因素多, 但萬(wàn)變不離其宗, 主要問(wèn)題來(lái)自混凝土泌水, 這一觀點(diǎn)一定要樹(shù)立。特別是且不要認(rèn)為混凝土坍落度小或混凝土摻有粉煤灰, 混凝土就不會(huì)泌水, 沒(méi)有必要去關(guān)注混凝土本身質(zhì)量問(wèn)題, 導(dǎo)致出現(xiàn)流砂時(shí)卻去懷疑混凝土振搗過(guò)度等次要因素, 抓不住主要矛盾。
( 2) 影響混凝土泌水方面, 水泥、砂率、粗骨料級(jí)配等任何一方面質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題都可能導(dǎo)致混凝土泌水, 尤以水泥質(zhì)量影響最為顯著。在解決此類問(wèn)題時(shí), 要逐個(gè)分析, 不要顧此失彼,以致影響整治效果。
( 3) 一些單位通過(guò)在混凝土中摻加礦粉、加大水泥和外加劑的摻量來(lái)減少單位用水量, 以遏制流砂的辦法, 不但增大施工成本, 更加大了施工難度, 是一種典型的不經(jīng)濟(jì)且不實(shí)際的辦法。
( 4) 在混凝土流砂問(wèn)題的防治上, 應(yīng)深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行認(rèn)真調(diào)查分析, 從混凝土配合比入手, 檢查配合比有無(wú)問(wèn)題或錯(cuò)誤, 另外要加強(qiáng)對(duì)水泥等原材料的監(jiān)測(cè), 出現(xiàn)問(wèn)題逐步調(diào)整, 直至問(wèn)題解決。
實(shí)踐證明, 我們對(duì)客運(yùn)專線橋梁墩身流砂的原因分析全面、實(shí)際, 解決方法切實(shí)可行, 值得同行借鑒。
