浅析水泥混凝土离析的原因和控制措施

浅析水泥混凝土离析的原因和控制措施

中交一公局六公司天津市滨海新区300451

摘要:施在水泥混凝土生产过程中常常会发生一些问题,个人根据实践和参考相关资料总结出来的一些看法和认识,不妥之处希望大家及时指正。

关键词:水泥;混凝土;离析;原因;控制;措施

混凝土离析是混凝土混合料各组分之间的粘结力不足以抵抗粗集料下沉的现象。主要是混凝土骨料的离析、分层、底抓、硬化、泌水、施工性差。混凝土离析会造成混凝土性能各个方面的下降。具体影响为影响混凝土的可泵性能,造成堵管、卡罐,影响工期,降低经济效益;影响混凝土外观,造成混凝土表面出现砂线、露骨料、露筋等现象;降低混凝土强度,影响混凝土结构的承载能力,破坏结构的安全性能,甚至造成返工;水泥浆表面层较厚,导致混凝土表面收缩加大,造成开裂;极大地降低了混凝土抗渗、抗冻等混凝土的耐久性能。

“泌水、板结”问题与日常所见的一般泌水现象不同。在多组分混凝土中,由于各组分的密度不同,水的密度最小。在混凝土进入模具后的静态状态下,或多或少的水总是浮在一起。这种上升的现象叫“出血”。混凝土表面的泌水是饱和氢氧化钙溶液,澄清透明。只要水蒸发速率大于或等于泄流速度,混凝土表面就不会出现泄流现象。只有当水的蒸发速率小于流血率时,混凝土表面才会有出血。但这种泌水出现时混凝土浇筑已完成,砂石仍处于悬浮在水泥砂浆中,不会板结、抓底,不影响混凝土结构的正常凝结硬化,可以认为是正常现象。

“滞后泌水、板结”是指混凝土入模后或入模前,当混凝土处于静停状态时,水泥砂浆从粗骨料中分离析出,使粗骨料失去砂浆的包裹性而出现泌水、板结、抓底的现象。因此,它不同于常见的混凝土少量泌水,它使混凝土分层,严重影响混凝土结构的匀质性,甚至蜂窝麻面,外观露砂、流痕;在施工中因供料跟不上或因拆管的需要,在暂停时会因“泌水、板结”问题而造成堵管施工事故;特别是钻孔灌注桩结构可能引起工程质量事故。泌水、板结问题由于成因复杂,治理措施各异,因此有些泌水、板结的成因至今仍在争议之中。从亲眼所见和处理过的泌水、板结问题中总结出以下见解。

1.水泥的原因

(1)水泥中含碱量变化

水泥中的碱含量对外加剂的适应性有很大影响。水泥碱含量降低,减水剂减水效果提高。因此,当水泥的碱含量发生较大变化时,混凝土的粘度和流动性也会有较大的变化。现在常用的水泥中碱含量普遍偏低,随着掺合料的加入单位水泥用量的降低,混凝土中碱含量变得更低,外加剂与水泥适应性变差,而导致的泌水、板结、抓底原因。

(2)水泥温度的影响

现在大多数水泥生产厂家,具有倒库(均化库)能力的厂家不多。往往是刚生产出来就拉走,到拌合站水泥温度还有70~80℃,拌合站水泥罐数量有限对水泥降温沉伏时间不足,为了保证混凝土正常供应,外加剂不得不加大掺量。但在生产过程中,水泥温度是要逐步下降的,而没有及时逐步减少外加剂掺量,造成减水剂超掺造成混凝土泌水、板结。

(3)水泥存放时间的影响

水泥存放时间造成混凝土泌水、板结问题的情况,在春节前后最为明显。在生产实践中发现,刚进的新鲜水泥与存放一段时间的水泥,对减水剂的吸附有明显下降的现象。因此,减水剂的掺量不应固定不变,应随水泥进厂时间作相应的调整

(4)水泥细度的变化

水泥越细,其活性好强度越高,水泥的需水量就越大。同时,水泥细比表面积变大,水泥颗粒对混凝土减水剂的吸附能力越强,降低了减水剂的减水效果。因此,当水泥细度降低时,混凝土外加剂的减水效果就得到提高,外加剂的用量不变,混凝土的需水量却大大降低。水泥细度的降低就容易导致混凝土外加剂的过量和混凝土的离析。减水剂的碱水率越大发生离析的机率也就越高。

(5)原材料稳定性

水泥的质量除与稳定的生产工艺有关外,与自身原材料稳定性也有重要关系。有些水泥厂虽然有时也能生产出质量较好的水泥,但由于原材料来源和工艺不稳定,常因熟料矿物成分和掺合料的变化带来泌水、板结,生产中很难及时查明原因。2014年我项目采用呼市冀东水泥,突发混凝土泌水、板结质量问题,几乎用尽所有的抑制办法,均未取得满意的效果。后来与水泥厂取得联系后,下一批水泥再没出现因水泥缺碱而产生泌水、板结的问题。事后去水泥厂进一步了解,水泥厂技术负责人解释说:只是对水泥的碱含量做了一点调整,缺乏对水泥化学成份的鉴定手段,也只能存疑了。

C3A的含量也受水泥矿物组成的影响。有些水泥厂由于原材料来源不稳定,导致水泥矿物成分中C3A的突变,如从8%以上降到6%以下,外加剂在混凝土中的合理掺量将有显著的变化。在生产中难及时了解水泥矿物成分的变化,因而也不可能及时主动调整外加剂的掺量,此时会因外加剂超掺而泌水。因此,水泥厂应向用户提供矿物成分是十分必要的,另外,选择水泥时了解其矿物成分也是必要的。

因此,如果是因为水泥的原因导致混凝土的离析,一般的都可以采取以下措施解决:

水泥进入工厂后,必须根据试验项目的要求进行测试,特别注意水泥的需水量,并在发现异常水需求时及时进行水泥与掺合料的适应性试验。必要时,应重新进行混凝土配合比适配。

在混凝土的水灰比不变的前提下,适当调整减水剂的用量应。

根据现场水泥情况,及时通知添加剂生产厂家调整添加剂配方,尽可能提高添加剂的广谱适应性。

2.砂、石的原因

在混凝土中砂石的体积约占总体积的60%~70%,砂石的质量技术指标是造成混凝土泌水、板结的首要原因之-。具体有以下几点:

(1)砂的细度模数过大,砂子中含有鹅卵石过多。这是由于天然砂资源消耗大,河道内反复反挖砂,砂含有大量泥,为了降低砂的含泥量于是加强了砂的筛洗,导致砂0.315以下颗粒被洗掉一部分,导致砂继配上升,出现要么砂含泥量大,要么砂细度模数大的现象。大部分人认为砂细度模数为中砂就行,只注重含泥量指标而选用细度模数3.0以上中砂。由于砂中0.315的颗粒较少,导致混凝土的整体级配。315mm颗粒较低,影响混凝土的和易性。

处理方法:抽取砂样,用4.75㎜的筛子把鹅卵石筛出,计算出筛余率。然后筛砂,再筛一遍,看看每个筛孔的级配。如果只是砂的含石量大,各筛孔级配均在规范中值,只要把超出的鹅卵石筛余率加到砂率内,再从4.75-9,5碎石中扣除卵石重量。如果部分筛孔筛余超出或者偏高,可以加大胶材单位用量来改善混凝土和易性。如还不能改善混凝土状态可掺入细砂进行复配。

(2)砂石含泥不稳定;混凝土生产中当砂石含泥量较高时,为了满足施工中对坍落度的要求,提高减水剂的掺量,但当砂石中含泥量减少时减水剂掺量应及时调整。否则,减水剂的用量会过高,造成混凝土的渗水和硬化。

(3)混凝土生产过程中尝尝出现开始混凝土状态良好突然出现坍落度过大或者离析的现象。这种情况可能就是砂石开盘前含水量检测不准确或者没有代表性,砂自然堆放,靠外的砂含水率就会比里面的小,用到里面含水量变大,混凝土单位用水量即增加,砂率降低。由于砂中含水量过大,砂中含水量饱和,在搅拌机中搅拌混凝土混合物时,砂表面毛细管中的含水量无法及时释放,因此搅拌时容易使搅拌水量过大。

解决办法:拌合站建场尽量建两个储砂仓,两个砂仓交替使用,即先用一个仓,另一个仓备料,待第一仓使用完后第二个仓内的砂已经过几天自然沥水后处于稳定状态,开始使用提二个仓,第一个仓进料,如此交替循环,杜绝砂随进随用。开盘前含水量检测要挖除表面取内部砂,且尽可能多位置取样。

(4)石子级配差、空隙率大。水泥砂浆不能足以填充空隙并不能使石子在砂浆中呈悬浮状态而离析。

对于由骨料的原因导致的混凝土离析的现象,可采取以下措施进行调整:

可以适当的提高砂率来调整混凝土配合比,解决离析问题。

对于粗骨料中小于4.75mm和针片状过多含量较高时引起的离析问题,应适当调整砂率或者应增加混凝土胶凝材料的用量,同时调整外加剂的用量。

适当延长混凝土搅拌时间,使集料中水分充分释放,降低的混凝土离析问题。

3.掺合料的原因

粉煤灰是混凝土的重要掺合料之一。虽然粉煤灰掺量很小,和易性、密实度、混凝土的强度可以通过在混凝土中掺入适量粉煤灰大大提高。高质量粉煤灰可替代水泥用量的10%~30%,降低混凝土的成本。如果粉煤灰的质量变化较大,会增加混凝土质量控制的波动,有时也会引起混凝土离析。

(1)粉煤灰的质量突然提高(如细度从19%变化到4%)时,粉煤灰的需水量大大降低,导致混凝土用水量变小,导致混凝土的突然离析。

(2)随着粉煤灰质量的急剧下降(粉煤灰细度由19%变为38%),由于大量粉煤灰使水泥和水泥外加剂的重量减轻,相对含量实际上有所增加,从而出现混凝土偏析。另有所谓“磨细灰”或“复合矿粉”,这两类掺合料要避免因磨细时加入某些化工废渣,如未经改性处理的磷化工、氟化工等其它工业废渣等使其粉煤灰化学成分发生变化,导致与外加剂的相容性不良而带来的混凝土拌合物泌水、板结。

对于粉煤灰应采取如下措施:

尽可能选用同一家电厂粉煤灰,保证质量稳定。加强进场检测,技术人员除了进行车车检验,还要注意所取粉煤灰具有代表性。如采用长筒状的取样工具,从粉煤灰运送罐车不同部位和深度分别取样检测,质量符合合同约定的粉煤灰等级要求才可收货入仓,从而起到预防作用。

4.外加剂的原因

(1)过量掺合料是混凝土泌水和硬化的共同原因。应该首先检查和避免。

(2)由于一些未知的原因,外加剂与水泥或外加剂的不相容性不好,导致混凝土的泌水和粘结。因此,当采用一种新的外加剂或变更水泥或掺合料时,检验它们之间的相容性常成为搅拌站试验室的例行工作。

(3)外加剂复配中引气剂性能不良,因产生的气泡大、稳定性差,在泵送中气泡破碎而出泵后泌水,流动性丧失,也是常见的现象。在配制过程中,应先使用消泡剂,然后再使用性能良好的引气剂,如皂苷、松香热聚合引气剂等,才能取得较好的效果。

针对目前多用粗砂的现状,在外加剂中适当复合增稠剂也常成为避免滞后泌水的手段之一。

5.泌水、板结问题的判断与预防

上述可见由于多种原因都可能引发泌水、板结问题,因此能尽早发现可能产生的原因及时釆取针对性措施,使之预防在先就可防患于未然,把此质量隐患消灭在发生之前。为此,我们可以从以下几点着手:

(1)对于某些原材料,混凝土坍落度要求是一定的,掺量是一定的。过量的外加剂不仅没必要,还可能因外加剂过量而产生离析、泌水而板结。

(2)在室内配合比设计和试配时应通过试配观察混凝土是否有泌水、板结、抓底现象。当材料发生变化时,必须及时进行试验,观察混凝土的工作性能。首先要保证混凝土在室内试拌调整到理想状态再进行大量生产。

(3)混凝土出厂前取样复验,观察生产中原材料和设计配比有无变化,并随时给予调整。不合格产品不生产坚决不得出场,保证混凝土生产受控。

(4)施工中严禁现场加水。始终观察现场混凝土是否处于稳定状态,及时发现问题并及时反馈。

防止混凝土离析的关键是预防。在混凝土中出现离析时,应仔细分析和检查各种原材料的质量。最好采用对比试验法,通过排除方法找出原因,并开出正确的用药处方。

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