混凝土原材料對(duì)倉(cāng)面浮漿氣泡的影響研究

李俊峰，朱圣敏

(1.中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，成都 610066；2.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，宜昌 443002)

某大型水電站混凝土生產(chǎn)所使用的原材料為中熱42.5水泥、I級(jí)粉煤灰、人工骨料、高性能減水劑和引氣劑。在混凝土澆筑過(guò)程中，倉(cāng)面一直伴隨浮漿厚、氣泡多、不易振出等異?，F(xiàn)象。針對(duì)此浮漿現(xiàn)象，從原材料方面進(jìn)行了原因分析并提出解決方案。

1 浮漿產(chǎn)生的原因分析

靜止?fàn)顟B(tài)下混凝土集料受水泥漿的浮力作用漂浮在水泥漿中，當(dāng)粘稠水泥漿的抗剪切強(qiáng)度大于混凝土集料的自重與其浮力(排開(kāi)水泥漿的重量)之差，顆粒集料才不會(huì)下沉，相對(duì)應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生浮漿。但振實(shí)作業(yè)時(shí)，水在混凝土拌合物中的高速運(yùn)動(dòng)，與骨料形成較大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，水的上浮速度過(guò)快，就會(huì)攜帶懸浮漿體中密度較小的固體顆粒至混凝土表面，形成浮漿[1]。浮漿中的主要成分為混凝土中較輕的水、粉煤灰(包括其中的碳物質(zhì))、少量水泥骨料中的細(xì)微粒及雜質(zhì)漂浮物等。當(dāng)膠凝材料粘聚性不足時(shí)，在澆筑過(guò)程中，混凝土拌和物的保水性差，其膠結(jié)材料的抗剪強(qiáng)度不足，必然帶來(lái)混凝土拌和物的泌水。所以減少浮漿關(guān)鍵是增加混凝土的保水性和粘聚性，提高和易性，盡量減少泌水，這樣會(huì)大大減少浮漿的產(chǎn)生。

1.1 粉煤灰對(duì)浮漿、氣泡的影響

粉煤灰顆粒密度比水泥小，尤其是I級(jí)粉煤灰，是由煅燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細(xì)粉末，其顆粒多呈球狀，表面光滑，細(xì)度較小，分散性好，在振動(dòng)作用下產(chǎn)生滾珠效應(yīng)，其質(zhì)量相對(duì)較輕，顆粒中含有較多的多孔輕質(zhì)顆粒，會(huì)比水泥優(yōu)先進(jìn)入浮漿，引起上浮，加劇浮漿的產(chǎn)生。一般地，膠凝材料的用量可直接影響混凝土拌和物的泌水。等級(jí)低、水膠比大的混凝土容易產(chǎn)生泌水及浮漿，目前浮漿過(guò)厚主要集中在C9025的混凝土。因此，進(jìn)行了C9025混凝土摻不同等級(jí)粉煤灰的室內(nèi)比對(duì)試驗(yàn)，具體成果如表1、表2所示。

表1 試驗(yàn)用混凝土配合比表

表2 摻不同粉煤灰混凝土拌合物性能試驗(yàn)成果表

從以上試驗(yàn)成果看，采用相同配合比參數(shù)，不同等級(jí)粉煤灰的混凝土拌合物性能，除初始坍落度小于Ⅰ級(jí)粉煤灰外，Ⅱ級(jí)粉煤灰拌制出的混凝土和易性比Ⅰ級(jí)粉煤灰略好，且1 h坍落度損失及泌水率均小于Ⅰ級(jí)粉煤灰。

Ⅰ級(jí)粉煤灰泌水浮漿較Ⅱ級(jí)灰大的原因：1)Ⅰ級(jí)灰的密度比II級(jí)灰小，細(xì)度較小，顆粒較輕，容易上浮。 2)Ⅰ級(jí)灰的顆粒形態(tài)呈滾珠狀，流動(dòng)性和分散性好，容易進(jìn)入浮漿，而Ⅱ級(jí)灰顆粒級(jí)配較粗，分散性差。3)Ⅱ級(jí)灰生產(chǎn)中經(jīng)過(guò)磨細(xì)加工，粒形為多棱角狀，吸附性好，與水和外加劑能充分融合形成膠凝絮凝團(tuán)，下沉的趨勢(shì)比單個(gè)粉煤灰顆粒大得多，不容易上浮，不易產(chǎn)生泌水和浮漿。

同時(shí)試拌發(fā)現(xiàn)，Ⅱ級(jí)灰拌制成的氣泡明顯少于Ⅰ級(jí)灰，可能與脫硝粉煤灰中含有銨鹽有關(guān)。Ⅰ級(jí)灰中因脫硝含有銨鹽，Ⅱ級(jí)灰不含銨鹽。隨著混凝土的凝結(jié)硬化，水泥水化產(chǎn)生堿，與粉煤灰中殘留的銨鹽發(fā)生反應(yīng)生成氨氣，經(jīng)過(guò)振搗在混凝土表面形成氣泡，為了排出氣泡加大振搗，容易產(chǎn)生泌漿。

1.2 外加劑對(duì)浮漿、氣泡的影響

外加劑與膠凝材料的適應(yīng)性好才能保證混凝土拌合物有優(yōu)良的和易性[2]。聚羧酸減水劑往往會(huì)引入一些氣泡，在生產(chǎn)過(guò)程中往往會(huì)保留一些降低表面張力的表面活性成分，在拌制混凝土?xí)r會(huì)引入大量的微小氣泡，這些氣泡很不穩(wěn)定，部分會(huì)消失，但部分經(jīng)過(guò)振搗作用聚集成大氣泡，對(duì)混凝土產(chǎn)生不利影響。室內(nèi)通過(guò)凈漿流動(dòng)度損失來(lái)對(duì)比不同高性能減水劑與原材料的適應(yīng)性，并進(jìn)行混凝土拌合物性能試驗(yàn)及坍落度損失試驗(yàn)，具體試驗(yàn)成果見(jiàn)表3。

表3 不同高性能減水劑與膠凝材料適應(yīng)性試驗(yàn)成果表

根據(jù)以上試驗(yàn)成果及以往資料看，兩家減水劑均反映出摻Ⅱ級(jí)灰較I級(jí)灰的適應(yīng)性略好；A廠家高性能減水劑與膠凝材料適應(yīng)性較B廠家差，其摻量對(duì)用水量敏感度較高，混凝土拌合物表面氣泡較多。尤其目前砂石含水率波動(dòng)較大，極易造成減水劑摻量過(guò)摻，易出現(xiàn)混凝土離析現(xiàn)象，混凝土中漿體包裹粗骨料粘聚性變差，經(jīng)振搗后極易與粗骨料分離，造成泌水浮漿。所以，需調(diào)整減水劑配方，增加保水、增粘、消泡成分，以滿足現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混凝土和易性的要求。

1.3 骨料對(duì)浮漿、氣泡的影響

砂石骨料級(jí)配、粒形和懸浮物都將影響混凝土拌合物的性能[3]。骨料間的堆積間隙過(guò)大、針片狀較多或顆粒棱角較多、級(jí)配不良，這些都造成骨料間無(wú)法達(dá)到完全密實(shí)狀態(tài)，在攪拌混凝土?xí)r骨料堆積所形成的空氣間隙就變成了氣泡。

1)骨料超遜徑的波動(dòng)

統(tǒng)計(jì)2020年9月份至今80組試驗(yàn)結(jié)果，具體見(jiàn)表4。

表4 粗骨料超遜徑和中徑含量統(tǒng)計(jì)分析表

從表4中可以看出，中石超遜徑和中徑含量總體趨于穩(wěn)定，但小石遜徑和中徑含量波動(dòng)離散型過(guò)大，是混凝土和易性變差的主要原因。

2)骨料粒形

中石粒型較差，反映亞針片狀(高寬比2∶1，寬厚比2∶1)含量偏高；統(tǒng)計(jì)最近工地現(xiàn)場(chǎng)取樣6組骨料的試驗(yàn)成果，具體見(jiàn)表5。

表5 粗骨料針片狀/亞針片狀檢測(cè)結(jié)果匯總表

從表5可以看出，主要反映中石亞針片狀含量過(guò)高，粒型棱角較多，容易造成泵送混凝土堵管。建議中石加強(qiáng)整形工藝，減少亞針片狀。

由于骨料粒形和級(jí)配影響，為保證混凝土的可泵性，需提高砂率，導(dǎo)致混凝土漿體的增多，加大了浮漿的產(chǎn)生。另骨料顆粒棱角較多、級(jí)配間斷使堆積間隙較大，造成了骨料間無(wú)法達(dá)到完全密實(shí)狀態(tài)，會(huì)引起氣泡的產(chǎn)生。建議改善粗骨料超遜徑及粒形，適當(dāng)提高小石16～20 mm顆粒含量，盡量保證組合連續(xù)級(jí)配曲線整體順滑。

2 調(diào)整后混凝土配合比的參數(shù)試驗(yàn)成果

中石粒型較差，即中石亞針片狀(高寬比2∶1，寬厚比4∶1)偏高，達(dá)到18%。另外，小石骨料級(jí)配不連續(xù)，粒徑16～20 mm含量偏少造成斷級(jí)，原配合比骨料級(jí)配已無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，造成混凝土和易性差。故需優(yōu)化現(xiàn)有混凝土配合比，通過(guò)廠家改進(jìn)減水劑的配方(增加保水、增稠及消泡成分)，改善與膠凝材料的適應(yīng)性，并調(diào)整骨料組合比例這幾方面來(lái)提高混凝土的粘聚性和保水性，降低浮漿。具體試驗(yàn)成果見(jiàn)表6、表7。

表6 C9025調(diào)整前后配合比參數(shù)表

表7 調(diào)整前后現(xiàn)場(chǎng)混凝土拌合物性能試驗(yàn)成果表

通過(guò)以上試驗(yàn)成果看，配合比參數(shù)調(diào)整后混凝土拌合物性能較之前有了明顯提高，粘聚性和流動(dòng)性增大，表面氣泡明顯減少，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，倉(cāng)面浮漿現(xiàn)象得到了很大的改善。調(diào)整前后現(xiàn)場(chǎng)施工效果對(duì)比，具體圖1、圖2。

3 結(jié) 語(yǔ)

3.1 影響因素

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和對(duì)成果的分析，盡管室內(nèi)試驗(yàn)成果和現(xiàn)場(chǎng)情況有一定的差異，但從材料科學(xué)分析方法的角度來(lái)講，混凝土拌和物倉(cāng)面浮漿氣泡產(chǎn)生的原因主要是：

a.外加劑的品質(zhì)。調(diào)整前A廠家高性能減水劑與膠凝材料的適應(yīng)性較B廠家差，混凝土產(chǎn)生的氣泡較多，保水性和粘聚性有待提高。

b.粉煤灰的品質(zhì)。用I級(jí)灰拌制的砼拌和物比用II級(jí)灰拌制的砼拌和物，在其它條件一致的情況下，泌水率要大，容易產(chǎn)生浮漿。且混凝土現(xiàn)場(chǎng)氣泡較多，為排出氣泡振搗加大，易產(chǎn)生浮漿。

c.骨料粒形及級(jí)配不良對(duì)混凝土和易性差有一定影響，混凝土離析、骨料分離產(chǎn)生浮漿。骨料粒形棱角較多、級(jí)配不良，這些都造成了骨料間無(wú)法達(dá)到完全密實(shí)狀態(tài)，在攪拌混凝土?xí)r骨料堆積所形成的空氣間隙較大，容易產(chǎn)生氣泡。

3.2 措施建議

a.外加劑廠家針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)原材料的品質(zhì)特性需有相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)材料的變動(dòng)和季節(jié)的變換及時(shí)進(jìn)行調(diào)配，保證其適應(yīng)性，以滿足現(xiàn)場(chǎng)混凝土質(zhì)量要求。

b.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原材料情況，粉煤灰摻量可適當(dāng)調(diào)整，不宜超過(guò)25%。進(jìn)一步研究不同等級(jí)粉煤灰對(duì)現(xiàn)場(chǎng)浮漿氣泡的影響。

c.建議改進(jìn)骨料粒形和級(jí)配，特別是粗骨料超遜徑，盡量保證組合連續(xù)級(jí)配曲線整體順滑。

d.保證混凝土和易性的情況下，為滿足現(xiàn)場(chǎng)泵送施工，建議砼拌和物坍落度按160～180 mm控制[4]，不宜太大，避免離析造成骨料分離，從而產(chǎn)生泌水浮漿。