高大墩身混凝土滞后泌水改进措施.docx

高大墩身混凝土滞后泌水改进措施某桥梁工程墩身结构尺寸大、墩身高度高，混凝土强度等级为C35,属于高大墩身混凝土，外观质量要求高。高大墩身混凝土要求混凝土水化温升低、凝结时间长、泌水性能要求高，通常采用大掺量矿物掺合料、缓凝型高性能减水剂等技术；根据混凝土耐久性相关规定，C35混凝土最大胶凝材料应小于400kgm3,给高大墩身混凝土施工质量控制提出了较高要求，该工程在进行墩身工艺试验过程中，出现了混凝土浇筑完成45小时后混凝土表面冒泡的滞后泌水，混凝土表层出现漂黑、漂油、冒泡、泌水等现象，模板拆除后混凝土表面存在泌水砂线等外观缺陷，给技术人员对混凝土质量控制带来了极大困题。1混凝土原材料及配合比(1)水泥。福建安砂建福P，042.5水泥，比表面积310kg/W,3天强度25.2MPa,28天强度48.6MPa。标准稠度24.6%,碱含量0.52%,初凝时间215min,终凝时间267min°(2)粉煤灰。中国国电谏壁电厂的I级灰，细度7.8%,需水量比92%,烧失量2.8%,碱含量0.5%,游离氧化钙0.45%。(3)细骨料。闽江河砂，中砂，细度模数26含泥量0.6%,泥块含量00%,0.3mm颗粒含量8.3%。(4)粗骨料。525mm连续级配碎石，含泥量0.3%,泥块含量0.1%,针片状颗粒含量3%,压碎值5%。(5)外加剂。江苏奥莱特新材料股份有限公司缓凝型高性能减水剂，减水率27%,含气量2.6%,凝结时间差(初凝+12Omin,终凝+105min),抗压强度比7d为143%、28d为136%。江苏奥莱特新材料股份有限公司晶核早强剂(CSH),固含22Wt%。(6)混凝土配合比。墩身混凝土配合比参数及性能指标分别如表1、2所示，混凝土状态如图1所示。2原因分析及解决措施2.1原因分析混凝土泌水是指混凝土在运输、泵送、振捣及静置过程中出现集料和水分分离的现象；产生混凝土泌水的主要原因有：1）水胶比过大外加剂掺量过多;2）水泥凝结时间长、比表面积小、中细颗粒含量少；3）细集料偏粗或级配不合理；4）外加剂储存和选用不合理；5）振捣过度。混凝土浇筑完成后表面冒泡的滞后泌水，与普通混凝土泌水相比，具有隐蔽性，危害性更大，产生的原因主要有自由水过量、混凝土凝结时间较长、水化速率低、压力泌水率高，随着混凝土中骨料、浆体的下沉密实，自由水从混凝土拌合物中溢出。根据本项目原材料特点，产生混凝土滞后泌水的具体原因分析如下：（1）水泥：与常规水泥相比，本工程水泥标准稠度用水量低，凝结时间较长，导致混凝土水化速率偏低，在减水剂未掺入缓凝成分的情况下混凝土的凝结时间已达68h。经调研分析，该水泥的熟料组成大致如下：C3S约45%,C2S约29%,C3A约6%,C4AF约20%混合材中掺有煤肝石约4%、石灰石粉约4%（含氟化钙0.3%,俗称萤石），铅锌污泥约2%。水泥熟料的C3S含量较常规水泥较低是水泥凝结时间较长的原因之一；掺入铅锌污泥是本工程水泥凝结时间较长的重要原因。张平对铅锌尾矿作矿化剂对水泥凝结时间的影响进行了研究，研究得出：铅锌尾矿主要有硫化锌矿和氧化锌矿2大类，以ZnO和ZnS为主要成分的铅锌尾矿单掺作矿化剂，高温燃烧时，掺量低于1%矿化作用不明显，掺量大于1%使水泥凝结时间延缓。但掺入CaF2可以减弱Zn2+对凝结时间延缓的影响，掺入铅锌尾矿作矿化剂，宜采用高温燃烧的工艺措施。(2)砂中细颗粒含量偏低，根据混凝土质量控制标准GB50164-2011要求，泵送混凝土用细集料，0.3mm颗粒含量不宜少于15%o(3)本项目采用的水泥标准稠度用水量低、粉煤灰需水量较低、粗细集料洁净，导致混凝土达到相同坍落度时所需的单位用水量较小，所以，针对当前原材料，水胶比相对偏高也是混凝土产生滞后泌水的原因之一。2.2解决措施解决混凝土滞后泌水的主要措施有:1）降低混凝土的水胶比，降低混凝土中自由水用量；2）提高粉煤灰掺量、砂率，增加混凝土中细颗粒用量；3）适当增加混凝土的含气量，用于阻隔混凝土中的泌水通道；4）在外加剂中适当增加早强组分，加快混凝土的水化速率；5）在外加剂中适当增加增稠组分，增加浆体粘度以降低或缓解骨料、浆体的下沉。混凝土原材料受地域限制且招标采购流程复杂，更换水泥厂家难度大，因此，解决本项目混凝土滞后泌水的技术措施重点应从适当调整混凝土配合比及外加剂组份入手。3混凝土性能调整研究3.1 水胶比对混凝土性能的影响胶凝材料用量、砂率不变，通过适当增加混凝土外加剂掺量，降低混凝土中自由水含量，检测混凝土的表观密度、含气量、压力泌水率，并将混凝土装桶静置，观察混凝土的滞后泌水性能，研究混凝土水胶比对混凝土性能的影响，试验情况见表3。通过试验得知，随着混凝土水胶比的降低，压力泌水率逐渐减小,滞后泌水量逐渐减少，可有效改善混凝土的滞后泌水。3.2 纳米晶核早强剂（C-S-H凝胶）对混凝土性能的影响在4.1的基础上,水胶比降低至0.34,分别增加外加剂用量10%>20%的纳米晶核早强剂（CsH凝胶），检测混凝土的表观密度、含气量、压力泌水率、凝结时间，并混凝土装桶静置，观察混凝土的滞后泌水性能，研究混凝土纳米晶核早强剂（C-S-H凝胶）对混凝土性能的影响，试验情况见表4。通过试验得知，掺加纳米晶核早强剂（C-S-H凝胶）可缩短混凝土的凝结时间，可进一步降低混凝土滞后泌水风险，提高混凝土早期强度。主要是因为纳米晶核早强剂（C-S-H凝胶）富含具有纳米结构的无机微晶与有机聚合物杂化的颗粒，引入纳米粒子,为水化产物提供了了大量的成核晶点，能有效降低水泥水化物结晶势垒，有利于水泥水化物结晶生长，加快水化反应速率，促进硬化期强度快速发展。3.3 粉煤灰掺量对混凝土性能的影响为进一步改进混凝土的出机性能,在4.2的基础上,水胶比0.34、掺加20%外加剂用量的纳米晶核早强剂（C-S-H凝胶），将粉煤灰掺量由原来的30%提高至40%,查看混凝土的出机性能状态变化，试验情况见表5。通过试验得知，当粉煤灰掺量提高至40%后，混凝土包裹性好,提高了混凝土匀质性，工作性能得到了改善。主要是因为粉煤灰具有良好的形态效应，且粉煤灰颗粒粒径较水泥小、密度均较水泥密度轻，胶凝材料质量不变时，相应的提高了细颗粒的用量及增大了浆体体积。3.4 外加剂中引气组份、增稠组份对混凝土性能的影响试验4.3混凝土的出机状态良好，且无静置泌水，但考虑到实体结构为大结构尺寸振捣施工，粉煤灰掺量较高且坍落度较大时,可能会引起混凝土表面浮浆偏厚，同时，可能会降低混凝土的抗碳化性能。因此，结合根据3.2的分析，决定采用调整外加剂中引气组份、增稠组分来调整混凝土的工作性能。将外加剂中增加纤维素醴05%,提高引气组份0.2%,混凝土性能如表6所示。通过试验得知，适当增加外加剂引气组份、增稠组份，可以改善混凝土浆体粘度，引入的微小气孔还可以阻断水向上排出的通道,提高工作性能。了解混凝土工作性能后，成型了混凝土抗压强度试验及耐久性试验，试验结果如表7所示。5工程应用根据4.4的试验结果，将水胶比调整至0.34,外加剂中复配适量的引气组份、增稠组份，另外，再增加20%掺量的纳米晶核早强剂（C-S-H凝胶），进行了后续试验墩的浇筑及主体结构施工，经过施工拆模验证、实体检测，混凝土滞后泌水难题得到解决,施工的墩身表面平整光滑，无砂线气泡等外观缺陷，回弹强度满足设计要求，如图6所示。6结语通过试验研究，可以得出以下结论。1）降低水胶比、减少自由水用量是控制混凝土滞后泌水最有效的措施。2）外加剂中增加纳米晶核早强剂C-S-H凝胶）、复配适量引气及增稠组份也可有效缓解混凝土的滞后泌水。3）提高粉煤灰掺量提高至40%后，混凝土包裹性好，提高了混凝土匀质性，工作性能得到了改善。4）适当增加外加剂引气组份、增稠组份，可以改善混凝土浆体粘度，提高工作性能。