渠道衬砌混凝土的泌水现象分析

吕 辉

1 工程概况

南水北调中线总干渠S24标段是南水北调中线京石段应急供水工程的重要组成部分。工程位于河北省保定市唐县境内。本标段渠道段长4 100 m,工程等级为Ⅰ等,设计防洪标准100年一遇,校核防洪标准300年一遇。地震设计烈度6度,设计流量为135 m3/s,加大设计流量为160 m3/s。渠道为梯形断面,最大挖深约7.42 m。设计水深 4.5 m,设计纵坡1/25 000,渠道过水断面为梯形,设计底宽为 23 m及21.5 m两种,内边坡系数为1∶2和1∶2.5;一级马道宽5 m,右侧马道铺设净宽4.0 m的沥青混凝土路面;左侧马道铺设净宽4.0 m的泥结碎石路面。过水断面采用全断面现浇混凝土衬砌。衬砌厚度渠底厚8 cm,渠坡厚10 cm。

2 渠道衬砌施工

1)混凝土的拌制和运输。渠道衬砌混凝土依据工程师批准的施工配合比进行配料,HZS50型拌合站进行搅拌,混凝土出机后由混凝土运输车迅速运至浇筑地点。2)混凝土浇筑。混凝土运至施工现场后,由专人指挥布料。布料前试验员对混凝土相关性能进行检测,合格后方可入仓。混凝土由专门的渠道衬砌机进行布料和平仓、振捣。

3 泌水问题

在浇筑衬砌混凝土的过程中,经过两次抹面后,混凝土表面仍出现泛水的现象,上坡面情况稍好,坡中间及底部较厉害。混凝土硬化后,表面出现大面积砂纹,严重影响混凝土外观质量。

4 泌水产生的原因

泌水是一种离析现象,混凝土浇筑后在凝结前,新鲜混凝土内悬浮的固体粒子在重力作用下下沉,当混凝土保水能力不足时,新浇筑的混凝土表面出现一层水,这种现象叫做泌水。泌水降低底层混凝土的水灰比,然而泌水会破坏混凝土内部的均匀性,拌合水上升到混凝土表面会携带一部分水泥和集料中的微细粒子,使混凝土表面形成一层含水量很大的浮浆层,造成表层混凝土疏松多孔,强度降低,当浮浆层失水变稠失去流动性,但强度发展不够,不足以抵抗因沉缩或塑性收缩引起的拉应力时,混凝土表面就会产生裂缝。泌水上升在混凝土内生成许多水泥含量较少的泌水通道。同时粗集料颗粒下沉逐渐达到沉实稳定,在粗集料颗粒下方形成含水丰富的水泥浮浆,这种浮浆沉淀失水后,成为空隙和多孔低强度的水泥石。同样在钢筋下方也会因内部泌水而形成软弱的浮浆层。因此,混凝土与钢筋的粘结力在钢筋下方受到削弱,泌水造成表面混凝土疏松软弱,易于碳化,增加了混凝土中钢筋锈蚀的危险。

浮浆层的高水灰比,蒸发后形成多孔的疏松、软弱的表面,因此表面处理和终饰抹面是很重要的。混凝土表面有泌水的时候,绝对不能进行终饰抹面工序,这是一条基本定律。在捣实、初步整平以后,等待泌水结束蒸发掉以后,重新用抹刀加压抹平,过早的抹面会引起表面缺陷,会在泌水停止以前封闭表面,薄层表面下积蓄泌水和空气会引起脱皮或薄层脱落。

泌水是新拌混凝土工作性的一个重要方面,通常,描述混凝土泌水性的指标有泌水量(即混凝土拌合物单位面积的平均泌水量)和泌水率(即泌水量对混凝土拌合物之含水量之比),然而在混凝土施工过程中,施工人员普遍关心的是混凝土的强度指标,很少关注泌水。泌水多少与原材料、混凝土的配合比及施工方法有关。

5 解决措施

1)控制混凝土单位用水量的影响。水泥浆赋予混凝土拌合物一定的流动性。在水灰比不变的情况下,单位体积内水泥浆愈多,混凝土拌合物的流动性愈大。若水泥浆过多,将会出现流浆现象,使混凝土拌合物的粘聚性变差。无论是水泥浆的多少,还是水泥浆的稀稠,对混凝土拌合物流动性起决定性作用的是用水量,因为提高水灰比或增加水泥浆的用量最终都表现为混凝土用水量的增加。

2)优化混凝土水灰比。水灰比决定水泥浆的稠度。在水泥用量不变的情况下,增大水灰比会使拌合物的流动性加大。如果水灰比过大,会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良而产生流浆、离析现象,严重影响混凝土的强度。

3)调整混凝土砂率。砂率是指混凝土中砂的用量占砂石总用量的百分率。混合料中,砂是用来填充石子的空隙。在水泥浆一定的条件下,若砂率过大,则骨料的总表面积及空隙率增大,混凝土拌合物就显得干稠,流动性小。如要保持一定的流动性,则要多加水泥浆,增大单位用水量。若砂率过小,砂浆量不足,不能在粗骨料的周围形成足够的砂浆层起润滑和填充作用,也会降低混合物的流动性,使混凝土拌合物的粘聚性、保水性变差,使混凝土混合物显得粗涩,粗骨料离析,水泥浆流失。

4)提高含气量。随着混凝土含气量的提高,有利于减少混凝土的泌水,但含气量的增加,却使混凝土的强度下降。试验表明,每增加1%含气量,混凝土的抗压强度下降5%左右。因此,在满足混凝土力学性能和耐久性能的前提下,可适当提高含气量,以达到减少混凝土泌水的目的。

5)控制减水剂。采用掺减水剂可以改善混凝土的工作性,但是必须是适量的。如果减水剂掺得过多,会使混凝土在施工时产生严重的泌水现象。

6)合理掺用混合料。掺加混合材料如Ⅱ级以上的粉煤灰,可提高胶结料的粘聚性和保水性。通常人们认为随着矿渣掺量的增加,混凝土拌合物的泌水率将增大,会恶化集料或钢筋底下与水泥浆体界面的密实性,对耐久性不利。但是最近的研究表明水胶比是影响泌水率的首要因素。平均粒径与硅酸盐水泥相近的矿渣微粉在水胶比大的拌合物中单掺时,混凝土拌合物泌水率的确会随矿渣微粉掺量增加而增大。但是,在水胶比低(如小于0.40)掺矿渣微粉同时掺高效碱水剂的混凝土拌合物中,仍具有低的泌水率。另外适当提高矿渣微粉细度也可显著降低混凝土拌合物的泌水率。

[1] 刘秉京.混凝土技术[Z].2004.