喀麦隆曼维莱水电站混凝土泌水原因分析及处理

罗碧喜 黄霏霏

混凝土泌水是不可避免的，但是在浇筑过程中如果出现严重泌水现象，必将大大地影响施工质量。首先会造成混凝土表面强度、抗风化和抗侵蚀的能力降低；同时混凝土中的水分上浮在混凝土内留下泌水通道，产生大量自底部向顶层发展的毛细管通道网，将直接导致混凝土渗透性和抗压强度降低；由于泌水使混凝土表面的水灰比增大，并出现浮浆，上浮的水中带有大量的水泥颗粒，在混凝土表面形成返浆层，硬化后强度很低，同时混凝土的耐磨性下降；严重的泌水会引起混凝土沉降导致混凝土产生塑性裂纹，塑性裂纹的存在会降低混凝土的强度。

经分析造成混凝土泌水的原因主要有5种：（1）混凝土的水灰比越大，水泥凝结硬化的时间越长，自由水越多，水与水泥分离的时间越长，混凝土越容易导致泌水现象；（2）混凝土中减水剂掺量过多，或者缓凝组分掺量过多，会造成新拌混凝土的大量泌水和离析；（3）水泥作为混凝土中最重要的胶凝材料，与混凝土的泌水性能密切相关，水泥的凝结时间、细度、比表面积与颗粒分布都会引起混凝土泌水现象；（4）混凝土拌和物处于液化状态，若细骨料偏粗，或者级配不合理，细颗粒空隙增大，自由水在压力作用下引起混凝土泌水现象；（5）混凝土浇筑过程中，振捣过度也会导致混凝土泌水现象的发生。

喀麦隆曼维莱水电站地处非洲原始森林地带，常年降雨丰富，水质为弱酸性。电站常态混凝土为42万m3，混凝土涉及结构物主要包括挡水建筑物、泄水建筑物、引水建筑、发电厂房及辅助建筑等。曼维莱水电站混凝土配合比所用的外加剂有2种，一种是由大连西卡外加剂有限公司提供的原厂地为瑞士的型号为MY3301羧酸类高性能减水剂，另一种是长安育才有限公司生产的型号为GK-4A萘系缓凝减水剂。在进行现场大体积浇筑过程中，由于天然砂生产量和MY3301减水剂库存量不能满足现场施工要求，急需寻找一种替代原材料，因此，在原配合比基础上对人工砂和GK-4A进行简单的代替试验，发现混凝土泌水严重，浆体分离，甚至有骨料分离情况，出现振捣难和泵送堵管现象。针对这些情况，逐一对混凝土组成要素和配比进行多组试验，对其试验结果进行分析。在现有条件的基础上，最终降低了混凝土泌水现象，其它各项指标也满足规范要求，从源头上解决了混凝土施工质量问题，有效地保证了施工进度。

1 原材料检测及分析

针对混凝土试验过程中的泌水现象，首先对使用的原材料进行检测和试验，并对各原材料的试验结果进行分析，试验结果和分析内容如下。

1.1 水泥试验

试验采用山东龙口P·O 42.5普通硅酸盐水泥，水泥试验检测成果见表1。

表1 水泥物理力学性能检测成果

1.2 GK-4A减水剂试验

GK-4A减水剂试验结果见表2。

表2GK-4A减水剂试验结果

1.3 人工砂级配试验

采用电站砂石系统生产的人工砂，选取两批不同批次做筛分实验，其级配与颗分曲线分别见表3、4和图1。

表3 批次1筛分结果

表4 批次2筛分结果

图1 人工砂颗分曲线

从表3、4及图1原材料检测结果可以看出，试验结果均能满足规范要求，但从图1可以看出人工砂颗粒主要集中在0.315 mm和0.63 mm这两级之间，而大颗粒和粉含量较少，砂的颗粒明显级配不连续，混凝土集料之间容易形成缝隙，填充不密实，导致浆体包裹性较差，可能导致混凝土泌水现象的发生。

在按照原配合比各参数不变的条件下，调整人工砂颗粒级配，调整后人工砂试验结果见表5。

表5 调整后人工砂试验结果

从表5可以看出，调整后人工砂级配连续性明显好于调整前。再次按调整后人工砂进行混凝土配合比试验，其结果依然存在泌水现象，但泌水量明显减少，说明混凝土泌水不仅仅是由人工砂级配造成的，也可能是混凝土级配不合理导致。

2 混凝土配合比试验及分析

以C30二级配泵送混凝土为例，正常用于现场施工的原混凝土配合比参数见表6。

基于上述试验结果，在不改变混凝土配合比其它参数的条件下，把天然砂替换为调整后的人工砂进行混凝土拌制，发现有少量的泌水现象，由GK-4A减水剂替换sick减水剂，泌水现象依然发生并有增加的趋势。为了分析泌水原因，分别调整天然砂为人工砂、sick减水剂为GK-4A减水剂，调整后级配参数见表7。

表6 原混凝土配合比参数

表7 调整后级配参数

按照表7再次进行试验，拌制出来的混凝土的和易性较好，但放置一段时间后混凝土面上就开始大量泌水，另外将该混凝土装入20 L桶中用振动棒振捣后表面有大量水浮在表面。

为了分析混凝土泌水原因，在表6配合比的基础上，根据GB 8076—2008《混凝土减水剂检测标准》分别检测了0.6%、0.7%、0.8%三种掺量下的泌水率比，如图2所示。

从图2可以看出，使用的龙口P·O42.5水泥，GK-4A减水剂掺量越高，其泌水率比越大，适当降低减水剂用量同时增加用水量，其结果可能导致混凝土强度降低和塌落度变大，为此证实加水量对混凝土强度和塌落度的影响，分别对0.6%，0.7%和0.8%掺量的GK-4A减水剂的混凝土配合比，均增加20 kg用水量，其混凝土试验强度和混凝土坍落度见表8。

图2 GK-4A减水剂泌水率比曲线

表8 混凝土试验强度和坍落度

从表8试验结果可以看出，增加20 kg用水量后，掺和0.6%的GK-4A减水剂存在少量泌水现象，但坍落度低于其它两项，混凝土强度和和易性也好于其它两项。

经对比原配合比中天然砂和调整的人工砂，发现调整后的人工砂的粉粒含量明显高于天然砂，为了提高保水性能，考虑到现场实际情况，在人工砂中掺入10%细石粉，掺入后人工砂的细度模2.1～2.4，粉含量达到11.5%左右，再次进行试验，其混凝土泌水现象基本解决，但坍落度仍然不满足要求。

从上述试验分析可知，影响混凝土泌水现象的主要原因为减水剂掺量和砂的级配，对于不同的减水剂种类也直径影响配合比的和易性，在混凝土生产过程中，通常使用GK-4A（萘系）时用水量是比MY3301（羧酸）要多，使用两种不同类型的减水剂时，配合比不能简单完全套用，更不能让使用萘系减水剂时用水量比使用羧酸少。结合工地现场混凝土配合比情况，初步采用降低减水剂掺量同时提高用水量才改善混凝土和易性，从而改善泌水问题。

为了确保其混凝土强度、坍落度、和易性等各项指标符合要求的情况下，根据上述分析，GK-4A减水剂掺量降低至0.55%，同时降低水胶比至0.45，从而得出C30二级配泵送混凝土配合比见表9。

表9 泵送混凝土配合比

再次进行混凝土试验，其结果混凝土7 d强度36.8 MPa，28 d强度42 MPa，和易性较好，多次塌落度值14.8 cm，其它指标也满足设计要求，经现场工艺性试验效果也较好。

3结语

通过上述多次试验可知，影响混凝土泌水原因有多种，混凝土配合比中任何一项参数改变均能影响混凝土性能，减水剂主要作用是减少混凝土中用水量，在水灰比不变的情况下，降低水泥用量，提高混凝土和易性，最终实现节约成本，方便施工的作用。但往往很多人进入一个误区，认为减水剂掺量越多，减水效果越好，越不易泌水，从试验可以看出，减水剂的掺量与用水量并非成直线关系，当然也并非越少越好，通过大量试验得知，减水剂用量与用水量间关系成倒立马鞍型，选择最佳减水剂用量直径影响混凝土质量和经济成本。

其实上述理论是采用降低减水剂掺量，提高用水量的方法来减少泌水，细小空隙不能完全依靠水泥本身来填充，而拌合用水的波动是很容易造成泌水现象的发生。在使用KG-4A（萘系）减水剂的情况下，掺量0.6%及以下时，用水量的波动通常不会造成太大的泌水情况，而在0.8%及以上时，用水量的波动非常敏感，极其容易造成泌水现象的发生。

在施工过程应严格控制混凝土振捣时间，避免过振，混凝土很容易泌水现象发生，现场混凝土工有时没有及时振捣，混凝土放置时间过长，运输过程中漏浆严重，有时溜槽坡度较缓且采用不易流动的塑性混凝土浇筑，泵送机械存在工作力量不足，模板漏浆等现象均能导致混凝土现场泌水现象。当仓面内已经出现了泌水，必须及时排除，其最有效的方法是真空吸水、人工在仓面掏水或用海绵等吸水性强的材料吸水，尤其在混凝土收面时更应该及时吸去泌水，有利于混凝土外观质量。严禁在模板上开孔自流，造成胶凝材料流失，影响混凝土的质量。