混凝土浮漿產(chǎn)生和危害

混凝土浮漿產(chǎn)生和危害01基本概述靜止?fàn)顟B(tài)下混凝土骨料受浮力作用漂浮在水泥漿中，當(dāng)在一定振動(dòng)頻率和振幅作用下時(shí)，骨料粒徑小于界限值的時(shí)候，小粒徑部分顆粒將不會(huì)下沉填充到混凝土骨架本體中，反而會(huì)產(chǎn)生相對(duì)上浮運(yùn)動(dòng)到混凝土表面；尤其是泵送混凝土和高流動(dòng)性混凝土，在澆筑振搗后表面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一層泡沫狀漿體，一般多為水泥、粉煤灰、礦粉、細(xì)骨料等組分與水、氣泡的混合物，俗稱“浮漿”。浮漿是混凝土在澆筑過程中砂漿上浮、粗骨料顯著下沉而離析產(chǎn)生的結(jié)果，且往往與泌水伴隨發(fā)生，浮漿的存在會(huì)在一定程度上降低混凝土的表層強(qiáng)度、外觀質(zhì)量和耐久性，在工程中迫切需要關(guān)注和重視。本文在結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究成果和有關(guān)工程實(shí)踐案例的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)梳理分析了混凝土浮漿產(chǎn)生原因、危害以及相應(yīng)的控制措施，旨在充分了解和分析浮漿產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，從混凝土原材料、配合比及施工等各個(gè)環(huán)節(jié)加以控制，最大限度地減少混凝土表面的浮漿問題，從而保證混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與安全。02混凝土浮漿產(chǎn)生原因產(chǎn)生混凝土浮漿的原因很多，并且對(duì)于不同類型的工程及混凝土，浮漿產(chǎn)生的原因和機(jī)理也是有差別的。通常情況下，混凝土浮漿的產(chǎn)生和混凝土種類、配合比、骨料質(zhì)量、骨料級(jí)配、外加劑類型及摻量、摻合料種類及摻量、施工工藝、施工環(huán)境、施工管理等多種因素緊密相關(guān)。本節(jié)主要從混凝土原材料、配合比等方面介紹其對(duì)浮漿的影響機(jī)理。2.1原材料對(duì)浮漿的影響（1）粉煤灰對(duì)浮漿的影響粉煤灰已幾乎成為現(xiàn)代混凝土必不可少的組分，在混凝土中摻加粉煤灰，不但可以改善混凝土的和易性，還能達(dá)到降低混凝土的水化熱、改善混凝土的溫控和節(jié)約水泥的作用?；炷林胁捎梅勖夯姨娲糠炙啵兔芏榷?，粉煤灰的密度（約為2.1g/cm3）小于水泥（約為3.15g/cm3）。在振搗過程中，密度更小的粉煤灰較水泥上浮速度快，粉煤灰較水泥更易于在混凝土表面形成浮漿。就細(xì)度而言，粉煤灰的比表面積一般為400～1200m2/kg，水泥的比表面積一般為300～350m2/kg，粉煤灰的顆粒粒徑較水泥顆粒小，且粉煤灰顆粒為珠狀玻璃體，從而粉煤灰的流動(dòng)性和分散性能更好，粉煤灰較水泥更容易進(jìn)入浮漿層。因此，粉煤灰的摻加與混凝土表面浮漿呈現(xiàn)正相關(guān)性，即粉煤灰摻量越多，混凝土表面的浮漿也越明顯。（2）外加劑對(duì)浮漿的影響混凝土表面浮漿的形成，最直接原因是由于混凝土拌和物的粘聚性不夠，在進(jìn)行混凝土振搗時(shí)，氣泡、水和粉煤灰等輕物質(zhì)很容易上浮，形成浮漿。外加劑對(duì)改善混凝土的性能起著很大的積極作用，如摻加引氣劑可以提高混凝土的抗凍性和耐久性，摻加泵送劑可以提高混凝土的和易性和流動(dòng)性；但部分外加劑的添加又加劇了浮漿的產(chǎn)生，特別是使用引氣劑和高分散性的母液外加劑，將加劇混凝土浮漿的產(chǎn)生，而添加消泡劑和增粘劑則又可以減少混凝土浮漿的形成。因此，外加劑品種、類型和摻量的合理選擇對(duì)于改善與控制混凝土浮漿問題有著直接的效果。（3）水泥品質(zhì)對(duì)浮漿的影響水泥過期、受潮以及在工程中使用性能不明的水泥等，均容易帶來外加劑適應(yīng)性問題，出現(xiàn)混凝土離析、泌水等現(xiàn)象，繼而產(chǎn)生混凝土浮漿。優(yōu)良的水泥品質(zhì)是確?；炷涟韬臀镄阅艿那疤?，因此在使用過程中應(yīng)尤其注意水泥保質(zhì)期及儲(chǔ)存條件，及時(shí)加強(qiáng)性能檢測(cè)，確保水泥品質(zhì)受控。（4）骨料品質(zhì)對(duì)浮漿的影響骨料級(jí)配不良、含泥量或石粉含量、云母含量過高，這些都將影響混凝土拌和物的性能，易造成混凝土拌和物離析，進(jìn)而產(chǎn)生浮漿。骨料級(jí)配與其堆積密度、空隙率等緊密相關(guān)，骨料空隙率越大，在振搗過程中越容易出現(xiàn)漿體上浮的現(xiàn)象。隨著天然砂資源的逐漸減少，目前工程建設(shè)過程中細(xì)骨料多采用人工砂，但人工砂在生產(chǎn)過程中不可避免地產(chǎn)生較多石粉，這與天然砂有著顯著的區(qū)別。由前述可知，當(dāng)在一定振動(dòng)頻率和振幅作用下時(shí)，骨料粒徑小于界限值時(shí)，小粒徑部分集料將不會(huì)下沉填充密實(shí)混凝土骨架，反而會(huì)發(fā)生相對(duì)上浮，進(jìn)而產(chǎn)生混凝土浮漿，因此細(xì)骨料中石粉含量或含泥量較高時(shí)，浮漿產(chǎn)生概率也大大增加。此外，云母顆粒多呈薄片狀、密度相對(duì)較小而易在漿體中懸浮上升，因此當(dāng)細(xì)骨料中云母含量較高或者石粉中云母含量較高時(shí)，也增加了表層漿體富集程度。2.2配合比參數(shù)對(duì)浮漿的影響優(yōu)良的配合比是保證混凝土拌和物性能的基礎(chǔ)，實(shí)際工程實(shí)踐中經(jīng)常因?yàn)榕浜媳仍O(shè)計(jì)不合理，而出現(xiàn)混凝土坍落度、保水性等性能不佳，伴隨發(fā)生漿骨分離，從而引起混凝土浮漿產(chǎn)生。一般而言，砂率、單位用水量、水灰比等配合比設(shè)計(jì)參數(shù)均對(duì)混凝土的浮漿有著較大影響。（1）單位用水量的影響混凝土單位用水量直接影響混凝土的粘聚性、保水性，從而產(chǎn)生泌水性浮漿。由混凝土表面浮漿的形成可知，浮漿是水泥、粉煤灰、礦粉等單一組分或多組分與水的混合物，即水是浮漿的重要組成部分。在進(jìn)行混凝土的振搗作業(yè)時(shí)，混凝土中的水與骨料形成較大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，水的上浮速度遠(yuǎn)大于骨料的下沉速度（比值約5.6倍），高速上浮的水和氣泡攜帶輕物質(zhì)的固體顆粒（如粉煤灰）移動(dòng)至混凝土表面形成浮漿。很明顯，單位用水量越多、混凝土的坍落度越大，混凝土表面的浮漿就越明顯。（2）水灰比的影響水灰比決定水泥漿的稠度。在水泥用量不變的情況下，增大水灰比會(huì)使混凝土拌和物的流動(dòng)性加大。水灰比過大，造成混凝土拌和物的粘聚性和保水性不良而產(chǎn)生流漿、離析現(xiàn)象；因此，水灰比是影響混凝土浮漿的另一個(gè)主要因素。（3）砂率的影響若砂率過大，則骨料的總表面積及空隙率增大，混凝土混合物就顯得干稠，流動(dòng)性小，如要保持一定的流動(dòng)性，則要多加水泥漿，增大單位用水量。若砂率過小，砂漿量不足，不能在粗骨料的周圍形成足夠的砂漿層起潤(rùn)滑和填充作用，也會(huì)降低拌合物的流動(dòng)性，使混凝土拌和物的粘聚性、保水性變差，使混凝土拌合物顯得粗澀，粗骨料離析，水泥漿流失。因此，砂率的過大或過小，都會(huì)導(dǎo)致混凝土的單位用水量增大，進(jìn)而影響混凝土表面浮漿的富集程度。在工程實(shí)踐中，往往影響混凝土浮漿的上述多種因素是疊加出現(xiàn)的，這將導(dǎo)致混凝土的浮漿問題異常顯著。如某電站施工過程中，由于骨料石粉含量較高、導(dǎo)致混凝土粘稠性大，現(xiàn)場(chǎng)采用泵送混凝土入倉的澆筑方式時(shí)，為了滿足正常的施工性能，混凝土所用坍落度高達(dá)200～220mm；以致混凝土在施工中浮漿問題異常顯著。03浮漿對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的主要危害浮漿對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的危害主要表現(xiàn)在表面干縮大、易開裂、影響構(gòu)件強(qiáng)度和層間粘結(jié)力等方面。從淺層來講，浮漿中水的含量比例很大，浮漿層在硬化的過程中，水分揮發(fā)，體積收縮較混凝土實(shí)體體積收縮加劇，表面極易產(chǎn)生裂縫，影響混凝土構(gòu)件的外觀質(zhì)量。從深層而言，浮漿問題造成混凝土內(nèi)各原材料分布不均勻?；炷恋膹?qiáng)度是建立在各種原材料均勻分布的基礎(chǔ)上，如果表面浮漿過多，那么混凝土內(nèi)部膠凝材料含量相應(yīng)減少，這將直接影響到混凝土構(gòu)件的整體強(qiáng)度，甚至?xí)斐删植砍霈F(xiàn)貫穿型裂縫的現(xiàn)象，影響到混凝土內(nèi)部的質(zhì)量。3.1浮漿與混凝土開裂的關(guān)系浮漿中水所占比例遠(yuǎn)大于普通混凝土中水所占比例，因此浮漿層在硬化過程中水分揮發(fā)更快、更明顯，其體積收縮遠(yuǎn)大于混凝土實(shí)體的體積收縮（即浮漿層干縮更明顯），表面極易產(chǎn)生干縮裂縫。干縮裂縫一旦形成，在外界環(huán)境惡化下，干縮裂縫極易誘導(dǎo)向深層發(fā)展，甚至形成貫穿性裂縫。如某水電站尾水隧洞底板混凝土于2018年5月2日正式開始進(jìn)行底板混凝土澆筑施工，截止2018年11月底，兩條尾水洞共計(jì)完成底板混凝土澆筑77倉。由于該水電站骨料石粉含量大，混凝土粘性較大，尾水洞混凝土采用泵送澆筑方式；施工中為了獲取較好的混凝土施工性能，混凝土采用大坍落度（180～210mm）。導(dǎo)致該電站尾水洞底板混凝土在澆筑過程中表面浮漿現(xiàn)象較顯著、且一直未得到有效解決；現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)尾水洞底板混凝土澆筑一段時(shí)間后，首先在底板小邊墻多見表面干縮小裂紋，小裂紋隨著混凝土的齡期增長(zhǎng)逐漸擴(kuò)展，進(jìn)而向底板延伸貫穿，最終致使部分倉號(hào)形成貫穿性裂縫。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2018年12月初，該電站尾水洞底板已澆筑的77倉混凝土中存在裂縫的倉號(hào)共有37倉，裂縫率高達(dá)48.1%；可見浮漿的存在是混凝土開裂的一個(gè)重要誘因。究其機(jī)理，在干燥環(huán)境中的混凝土澆注后，表面的水要逐漸蒸發(fā)。如果泌出水的速度低于蒸發(fā)速度，表面混凝土將由于失水、干縮，在塑性狀態(tài)下開裂。這是由于混凝土表面區(qū)域受約束產(chǎn)生拉應(yīng)變，而這時(shí)它的抗拉強(qiáng)度幾乎為0，所以形成塑性收縮裂縫。這種裂縫與環(huán)境條件有密切的關(guān)系：當(dāng)混凝土受環(huán)境溫度高、相對(duì)濕度小、風(fēng)大、太陽輻射強(qiáng)烈，以及以上幾種因素的組合作用，更容易出現(xiàn)開裂。為此，混凝土澆筑后盡早開始保濕養(yǎng)護(hù)顯得尤為重要。3.2浮漿對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響混凝土表面浮漿問題將改變混凝土內(nèi)各原材料的設(shè)計(jì)配比，同時(shí)也打亂混凝土中各原材料分布的均勻性。混凝土的強(qiáng)度是建立在各原材料設(shè)計(jì)配比和其均勻分布的基礎(chǔ)上的，如果混凝土表面浮漿過多，那么混凝土內(nèi)部膠凝材料含量將相應(yīng)減少，這將直接影響到混凝土構(gòu)件的整體強(qiáng)度。另外，從浮漿的形成可知：表面浮漿層的存在，使混凝土構(gòu)件從上到下（由浮漿層向構(gòu)件底部方向）粗骨料逐漸增多，而水泥漿等膠凝材料相應(yīng)地逐漸減少，這勢(shì)必導(dǎo)致混凝土構(gòu)件強(qiáng)度分布的不均勻性，即表層強(qiáng)度低、且脆性大，而底部強(qiáng)大、脆性小、且骨料易于架空，出現(xiàn)質(zhì)量隱患和缺陷。3.3浮漿對(duì)混凝土層間粘結(jié)強(qiáng)度的影響由于浮漿層基本沒有粗骨料，且水膠比相對(duì)較大，對(duì)于分層澆筑的混凝土構(gòu)件而言，浮漿層的存在將嚴(yán)重影響混凝土的層間結(jié)合質(zhì)量。若直接在浮漿層上澆筑上一層混凝土的話，上下層混凝土將不能粘結(jié)成整體。因此，對(duì)于存在浮漿層的水平施工縫則需進(jìn)行特殊處理。3.4浮漿對(duì)混凝土耐久性一方面，混凝土振搗過程中水分上浮形成表面浮漿的過程中，在混凝土內(nèi)留下泌水“通道”，這些“通道”將增加混凝土的滲透性；而鹽溶液和水分以及有害物質(zhì)容易通過這些“通道”進(jìn)入混凝土中，從而降低混凝土的耐久性。04混凝土浮漿控制措施4.1嚴(yán)控原材料品質(zhì)水泥、砂、石、水，混凝土形成的四大主材的質(zhì)量必須嚴(yán)格控制?；炷翑嚢枵静扇∽詣?dòng)化控制計(jì)量設(shè)備，確保配合比和計(jì)量準(zhǔn)確無誤。泵送混凝土水泥用量不小于300kg/m3，水灰比宜為0.4～0.6；當(dāng)水灰比小于0.4時(shí)，混凝土的泵送阻力急劇增大，大于0.6時(shí)，混凝土則易泌水、分層、離析，也影響泵送。泵送混凝土砂率要比普通混凝土增大，但是砂率過大，不僅會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度，而且能增大收縮和裂縫，泵送混凝土砂率宜為35%～45%。特別要注意單位用水量的控制，不得憑經(jīng)驗(yàn)隨意更改；每盤混凝土攪拌后應(yīng)檢測(cè)坍落度，C25泵送混凝土坍落度控制在12～18cm，達(dá)標(biāo)后才可泵送。4.2優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)（1）嚴(yán)格控制粉煤灰等輕物質(zhì)的摻量由浮漿的形成原理可知，粉煤灰等輕物質(zhì)材料對(duì)混凝土表面浮漿的形成有積極的貢獻(xiàn)作用。為此，為了盡量減少混凝土表面浮漿現(xiàn)象及其厚度，在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足混凝土相關(guān)性能的前提下，應(yīng)嚴(yán)格控制粉煤灰的摻量；同時(shí)，對(duì)于粗骨料中的石粉、云母等輕物質(zhì)含量也需嚴(yán)格加以控制。（2）選用低坍落度的混凝土由于混凝土的坍落度越大，混凝土表面浮漿的現(xiàn)象越明顯。理論上講，減少浮漿現(xiàn)象最有效的辦法是降低混凝土的坍落度?！痘炷临|(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB50164-2013）第3.1.3條明確規(guī)定“混凝土拌和物應(yīng)在滿足施工要求的前提下，盡可能采用較小的坍落度；泵送混凝土拌和物坍落度設(shè)計(jì)值不宜大于180mm?！痹诠こ虒?shí)踐中，由于坍落度的大小與混凝土的施工方式密切相關(guān)。為此，在施工中需提前謀劃，在施工組織設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇合適的澆筑方式，首選布料機(jī)、吊罐、溜筒等低坍落度的澆筑方式，盡量避免采用泵送等大坍落度的澆筑方式。（3）添加增粘劑等外加劑在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，為了減小混凝土表面的浮漿問題，除了控制粉煤灰摻量外，還可以輔助添加消泡劑和增粘劑等消除浮漿形成的外加劑，從而減少浮漿形成；另外，混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意避免使用高引氣和高分散性母液的外加劑。4.3澆筑施工管控措施（1）規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)施工行為及時(shí)清除倉內(nèi)積水?；炷灵_倉前，倉內(nèi)積水必須清理干凈。如果存在滲漏點(diǎn)，必須在附近設(shè)置集水坑，采取相應(yīng)的排水設(shè)備進(jìn)行排水。常規(guī)情況下，在泵送前需要用砂漿潤(rùn)滑泵送管道，開始階段的水及稀砂漿必須排出，嚴(yán)禁直接打入倉內(nèi)。（2）合理控制混凝土的振搗時(shí)間和工藝混凝土在進(jìn)行振搗作業(yè)時(shí)，粉煤灰等輕物質(zhì)顆粒極易上浮進(jìn)入浮漿，延長(zhǎng)振搗時(shí)間只會(huì)加劇表層浮漿和離析泌水現(xiàn)象。因此，摻加有粉煤灰等輕物質(zhì)的混凝土的振搗時(shí)間應(yīng)較普通混凝土稍短一些；建議在混凝土澆筑前開展工藝性生產(chǎn)性試驗(yàn)，以便確定最優(yōu)的振搗時(shí)間等混凝土澆筑參數(shù)。（3）收倉前人工清除處理為了消除混凝土表層浮漿，澆筑過程中的工程處理措施除了合理控制混凝土的振搗時(shí)間外，必要時(shí)在每一澆筑坯層振搗完成后、上一坯層澆筑前，采用人工清除表層浮漿的方式也是一種行之有效的工程處理措施。但該措施的關(guān)鍵得益于工程技術(shù)人員的責(zé)