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浮浆对混凝土有什么危害?是如何产生的?
来源: | 编辑:佚名 | 发布时间: 2024-05-11 | 166 次浏览 | 分享到:
基本概述



静止状态下混凝土骨料受浮力作用漂浮在水泥浆中,当在一定振动频率和振幅作用下时,骨料粒径小于界限值的时候,小粒径部分颗粒将不会下沉填充到混凝土骨架本体中,反而会产生相对上浮运动到混凝土表面;


尤其是泵送混凝土和高流动性混凝土,在浇筑振捣后表面经常会出现一层泡沫状浆体,一般多为水泥、粉煤灰、矿粉、细骨料等组分与水、气泡的混合物,俗称“浮浆”。


浮浆是混凝土在浇筑过程中砂浆上浮、粗骨料显著下沉而离析产生的结果,且往往与泌水伴随发生,浮浆的存在会在一定程度上降低混凝土的表层强度、外观质量和耐久性,在工程中迫切需要关注和重视。


本文在结合国内外研究成果和有关工程实践案例的基础上,系统梳理分析了混凝土浮浆产生原因、危害以及相应的控制措施,旨在充分了解和分析浮浆产生原因的基础上,


从混凝土原材料、配合比及施工等各个环节加以控制,最大限度地减少混凝土表面的浮浆问题,从而保证混凝土结构的质量与安全。


02

混凝土浮浆产生原因


产生混凝土浮浆的原因很多,并且对于不同类型的工程及混凝土,浮浆产生的原因和机理也是有差别的。


通常情况下,混凝土浮浆的产生和混凝土种类、配合比、骨料质量、骨料级配、外加剂类型及掺量、掺合料种类及掺量、施工工艺、施工环境、施工管理等多种因素紧密相关。本节主要从混凝土原材料、配合比等方面先容其对浮浆的影响机理。


2.1 原材料对浮浆的影响

(1)粉煤灰对浮浆的影响

粉煤灰已几乎成为现代混凝土必不可少的组分,在混凝土中掺加粉煤灰,不但可以改善混凝土的和易性,还能达到降低混凝土的水化热、改善混凝土的温控和节约水泥的作用。


混凝土中采用粉煤灰替代部分水泥,就密度而言,粉煤灰的密度(约为2.1g/cm3)小于水泥(约为3.15g/cm3)。在振捣过程中,密度更小的粉煤灰较水泥上浮速度快,粉煤灰较水泥更易于在混凝土表面形成浮浆。


就细度而言,粉煤灰的比表面积一般为400~1200m2/kg,水泥的比表面积一般为300~350m2/kg,粉煤灰的颗粒粒径较水泥颗粒小,且粉煤灰颗粒为珠状玻璃体,从而粉煤灰的流动性和分散性能更好,粉煤灰较水泥更容易进入浮浆层。


因此,粉煤灰的掺加与混凝土表面浮浆呈现正相关性,即粉煤灰掺量越多,混凝土表面的浮浆也越明显。


(2)外加剂对浮浆的影响

混凝土表面浮浆的形成,最直接原因是由于混凝土拌和物的粘聚性不够,在进行混凝土振捣时,气泡、水和粉煤灰等轻物质很容易上浮,形成浮浆。


外加剂对改善混凝土的性能起着很大的积极作用,如掺加引气剂可以提高混凝土的抗冻性和耐久性,掺加泵送剂可以提高混凝土的和易性和流动性;


但部分外加剂的添加又加剧了浮浆的产生,特别是使用引气剂和高分散性的母液外加剂,将加剧混凝土浮浆的产生,而添加消泡剂和增粘剂则又可以减少混凝土浮浆的形成。


因此,外加剂品种、类型和掺量的合理选择对于改善与控制混凝土浮浆问题有着直接的效果。


(3)水泥品质对浮浆的影响

水泥过期、受潮以及在工程中使用性能不明的水泥等,均容易带来外加剂适应性问题,出现混凝土离析、泌水等现象,继而产生混凝土浮浆。


优良的水泥品质是确保混凝土拌和物性能的前提,因此在使用过程中应尤其注意水泥保质期及储存条件,及时加强性能检测,确保水泥品质受控。


(4)骨料品质对浮浆的影响

骨料级配不良、含泥量或石粉含量、云母含量过高,这些都将影响混凝土拌和物的性能,易造成混凝土拌和物离析,进而产生浮浆。


骨料级配与其堆积密度、空隙率等紧密相关,骨料空隙率越大,在振捣过程中越容易出现浆体上浮的现象。


随着天然砂资源的逐渐减少,目前工程建设过程中细骨料多采用人工砂,但人工砂在生产过程中不可避免地产生较多石粉,这与天然砂有着显著的区别。


由前述可知,当在一定振动频率和振幅作用下时,骨料粒径小于界限值时,小粒径部分集料将不会下沉填充密实混凝土骨架,反而会发生相对上浮,进而产生混凝土浮浆,因此细骨料中石粉含量或含泥量较高时,浮浆产生概率也大大增加。


此外,云母颗粒多呈薄片状、密度相对较小而易在浆体中悬浮上升,因此当细骨料中云母含量较高或者石粉中云母含量较高时,也增加了表层浆体富集程度。


2.2 配合比参数对浮浆的影响

优良的配合比是保证混凝土拌和物性能的基础,实际工程实践中经常因为配合比设计不合理,而出现混凝土坍落度、保水性等性能不佳,伴随发生浆骨分离,从而引起混凝土浮浆产生。


一般而言,砂率、单位用水量、水灰比等配合比设计参数均对混凝土的浮浆有着较大影响。


(1)单位用水量的影响

混凝土单位用水量直接影响混凝土的粘聚性、保水性,从而产生泌水性浮浆。由混凝土表面浮浆的形成可知,浮浆是水泥、粉煤灰、矿粉等单一组分或多组分与水的混合物,即水是浮浆的重要组成部分。


在进行混凝土的振捣作业时,混凝土中的水与骨料形成较大的相对运动,水的上浮速度远大于骨料的下沉速度(比值约5.6倍),高速上浮的水和气泡携带轻物质的固体颗粒(如粉煤灰)移动至混凝土表面形成浮浆。


很明显,单位用水量越多、混凝土的坍落度越大,混凝土表面的浮浆就越明显。


(2)水灰比的影响

水灰比决定水泥浆的稠度。在水泥用量不变的情况下,增大水灰比会使混凝土拌和物的流动性加大。水灰比过大,造成混凝土拌和物的粘聚性和保水性不良而产生流浆、离析现象;因此,水灰比是影响混凝土浮浆的另一个主要因素。


(3)砂率的影响

若砂率过大,则骨料的总表面积及空隙率增大,混凝土混合物就显得干稠,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,也会降低拌合物的流动性,使混凝土拌和物的粘聚性、保水性变差,使混凝土拌合物显得粗涩,粗骨料离析,水泥浆流失。


因此,砂率的过大或过小,都会导致混凝土的单位用水量增大,进而影响混凝土表面浮浆的富集程度。


在工程实践中,往往影响混凝土浮浆的上述多种因素是叠加出现的,这将导致混凝土的浮浆问题异常显著。


如某电站施工过程中,由于骨料石粉含量较高、导致混凝土粘稠性大,现场采用泵送混凝土入仓的浇筑方式时,为了满足正常的施工性能,混凝土所用坍落度高达200~220mm;以致混凝土在施工中浮浆问题异常显著。

03

浮浆对混凝土结构的主要危害


浮浆对混凝土结构的危害主要表现在表面干缩大、易开裂、影响构件强度和层间粘结力等方面。从浅层来讲,浮浆中水的含量比例很大,浮浆层在硬化的过程中,水分挥发,体积收缩较混凝土实体体积收缩加剧,表面极易产生裂缝,影响混凝土构件的外观质量。


从深层而言,浮浆问题造成混凝土内各原材料分布不均匀。混凝土的强度是建立在各种原材料均匀分布的基础上,如果表面浮浆过多,那么混凝土内部胶凝材料含量相应减少,这将直接影响到混凝土构件的整体强度,甚至会造成局部出现贯穿型裂缝的现象,影响到混凝土内部的质量。


3.1 浮浆与混凝土开裂的关系

浮浆中水所占比例远大于普通混凝土中水所占比例,因此浮浆层在硬化过程中水分挥发更快、更明显,其体积收缩远大于混凝土实体的体积收缩(即浮浆层干缩更明显),表面极易产生干缩裂缝。


干缩裂缝一旦形成,在外界环境恶化下,干缩裂缝极易诱导向深层发展,甚至形成贯穿性裂缝。如某水电站尾水隧洞底板混凝土于2018年5月2日正式开始进行底板混凝土浇筑施工,截止2018年11月底,两条尾水洞共计完成底板混凝土浇筑77仓。


由于该水电站骨料石粉含量大,混凝土粘性较大,尾水洞混凝土采用泵送浇筑方式;施工中为了获取较好的混凝土施工性能,混凝土采用大坍落度(180~210mm)。


导致该电站尾水洞底板混凝土在浇筑过程中表面浮浆现象较显著、且一直未得到有效解决;


现场发现尾水洞底板混凝土浇筑一段时间后,首先在底板小边墙多见表面干缩小裂纹,小裂纹随着混凝土的龄期增长逐渐扩展,进而向底板延伸贯穿,最终致使部分仓号形成贯穿性裂缝。


据统计,截止2018年12月初,该电站尾水洞底板已浇筑的77仓混凝土中存在裂缝的仓号共有37仓,裂缝率高达48.1%;可见浮浆的存在是混凝土开裂的一个重要诱因。


究其机理,在干燥环境中的混凝土浇注后,表面的水要逐渐蒸发。如果泌出水的速度低于蒸发速度,表面混凝土将由于失水、干缩,在塑性状态下开裂。


这是由于混凝土表面区域受约束产生拉应变,而这时它的抗拉强度几乎为0,所以形成塑性收缩裂缝。


这种裂缝与环境条件有密切的关系:当混凝土受环境温度高、相对湿度小、风大、太阳辐射强烈,以及以上几种因素的组合作用,更容易出现开裂。为此,混凝土浇筑后尽早开始保湿养护显得尤为重要。


3.2 浮浆对混凝土强度的影响

混凝土表面浮浆问题将改变混凝土内各原材料的设计配比,同时也打乱混凝土中各原材料分布的均匀性。


混凝土的强度是建立在各原材料设计配比和其均匀分布的基础上的,如果混凝土表面浮浆过多,那么混凝土内部胶凝材料含量将相应减少,这将直接影响到混凝土构件的整体强度。


另外,从浮浆的形成可知:表面浮浆层的存在,使混凝土构件从上到下(由浮浆层向构件底部方向)粗骨料逐渐增多,而水泥浆等胶凝材料相应地逐渐减少,这势必导致混凝土构件强度分布的不均匀性,即表层强度低、且脆性大,而底部强大、脆性小、且骨料易于架空,出现质量隐患和缺陷。


3.3 浮浆对混凝土层间粘结强度的影响

由于浮浆层基本没有粗骨料,且水胶比相对较大,对于分层浇筑的混凝土构件而言,浮浆层的存在将严重影响混凝土的层间结合质量。


若直接在浮浆层上浇筑上一层混凝土的话,上下层混凝土将不能粘结成整体。因此,对于存在浮浆层的水平施工缝则需进行特殊处理。


3.4 浮浆对混凝土耐久性

一方面,混凝土振捣过程中水分上浮形成表面浮浆的过程中,在混凝土内留下泌水“通道”,这些“通道”将增加混凝土的渗透性;而盐溶液和水分以及有害物质容易通过这些“通道”进入混凝土中,从而降低混凝土的耐久性。


04

混凝土浮浆控制措施


4.1 严控原材料品质

水泥、砂、石、水,混凝土形成的四大主材的质量必须严格控制。混凝土搅拌站采取自动化控制计量设备,确保配合比和计量准确无误。


泵送混凝土水泥用量不小于300kg/m3,水灰比宜为0.4~0.6;当水灰比小于0.4时,混凝土的泵送阻力急剧增大,大于0.6时,混凝土则易泌水、分层、离析,也影响泵送。


泵送混凝土砂率要比普通混凝土增大,但是砂率过大,不仅会影响混凝土的强度,而且能增大收缩和裂缝,泵送混凝土砂率宜为35%~45%。


特别要注意单位用水量的控制,不得凭经验随意更改;每盘混凝土搅拌后应检测坍落度,C25泵送混凝土坍落度控制在12~18cm,达标后才可泵送。


4.2 优化配合比设计

(1)严格控制粉煤灰等轻物质的掺量

由浮浆的形成原理可知,粉煤灰等轻物质材料对混凝土表面浮浆的形成有积极的贡献作用。


为此,为了尽量减少混凝土表面浮浆现象及其厚度,在进行混凝土配合比设计时,在满足混凝土相关性能的前提下,应严格控制粉煤灰的掺量;同时,对于粗骨料中的石粉、云母等轻物质含量也需严格加以控制。


(2)选用低坍落度的混凝土

由于混凝土的坍落度越大,混凝土表面浮浆的现象越明显。理论上讲,减少浮浆现象最有效的办法是降低混凝土的坍落度。


《混凝土质量控制标准》(GB50164-2013)第3.1.3条明确规定“混凝土拌和物应在满足施工要求的前提下,尽可能采用较小的坍落度;泵送混凝土拌和物坍落度设计值不宜大于180mm。”


在工程实践中,由于坍落度的大小与混凝土的施工方式密切相关。为此,在施工中需提前谋划,在施工组织设计时应选择合适的浇筑方式,首选布料机、吊罐、溜筒等低坍落度的浇筑方式,尽量避免采用泵送等大坍落度的浇筑方式。


(3)添加增粘剂等外加剂

在配合比设计时,为了减小混凝土表面的浮浆问题,除了控制粉煤灰掺量外,还可以辅助添加消泡剂和增粘剂等消除浮浆形成的外加剂,从而减少浮浆形成;另外,混凝土配合比设计时还应注意避免使用高引气和高分散性母液的外加剂。


4.3 浇筑施工管控措施

(1)规范现场施工行为

及时清除仓内积水。混凝土开仓前,仓内积水必须清理干净。如果存在渗漏点,必须在附近设置集水坑,采取相应的排水设备进行排水。


常规情况下,在泵送前需要用砂浆润滑泵送管道,开始阶段的水及稀砂浆必须排出,严禁直接打入仓内。


(2)合理控制混凝土的振捣时间和工艺

混凝土在进行振捣作业时,粉煤灰等轻物质颗粒极易上浮进入浮浆,延长振捣时间只会加剧表层浮浆和离析泌水现象。


因此,掺加有粉煤灰等轻物质的混凝土的振捣时间应较普通混凝土稍短一些;建议在混凝土浇筑前开展工艺性生产性试验,以便确定最优的振捣时间等混凝土浇筑参数。


(3)收仓前人工清除处理

为了消除混凝土表层浮浆,浇筑过程中的工程处理措施除了合理控制混凝土的振捣时间外,必要时在每一浇筑坯层振捣完成后、上一坯层浇筑前,采用人工清除表层浮浆的方式也是一种行之有效的工程处理措施。


但该措施的关键得益于工程技术人员的责任心是否到位和相关方需要重新调整混凝土浇筑过程中的损耗率。


05

结语及建议


综上可见,混凝土的浮浆危害颇多,工程实践中影响混凝土浮浆的因素又是多方面的,从粗细集料的粒径、质量、级配,水泥的质量、外加剂适应性、掺合料选择到配合比设计、施工工艺等。


总体而言,混凝土浮浆的产生无法避免,但可以在充分了解和分析浮浆产生原因的基础上,从各个环节加以控制,尤其需要严把原材料选择和配合比设计等源头关;


另外,可辅以选择合适的浇筑方式,加强工程技术人员的质量意识和责任心的宣贯教育,多渠道严格控制混凝土拌和物的质量,从而降低混凝土浮浆产生的可能性,以保障混凝土施工质量。





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