消除抗硫酸鹽混凝土氣泡技術研究

□孟慶亮（中國水利水電第十一工程局有限公司）

消除抗硫酸鹽混凝土氣泡技術研究

□孟慶亮（中國水利水電第十一工程局有限公司）

抗硫酸鹽混凝土配合比設計和施工過程中，因水泥內摻石膏粉后拌制的混凝土砂漿濃度過大，混凝土內的氣泡在振搗過程中難以破裂，造成混凝土固化成型后混凝土外觀及內部產生氣泡等質量缺陷。文章通過深入細致的調查研究，提出了解決抗硫酸鹽混凝土配合比設計缺陷的原因，并以此制定改進混凝土配比及拌制的措施，通過實踐進行大膽試驗，取得了解決該技術難題的關鍵措施和方法，為其它類似工程提供了優化抗硫酸鹽混凝土施工的經驗。

抗硫酸鹽混凝土；配合比設計；氣泡

1 工程概況

引黃入冀補淀工程主要向河南、河北沿線部分地區農業（河南省4.25萬hm2、河北省18.13萬hm2）供水，緩解沿線地區農業灌溉缺水及地下水超采狀況，為白洋淀實施生態補水。工程主輸水線路總長482 km，其中河南濮陽段長86 km，工程自渠村新、老引黃閘引水，經1號樞紐分流入南湖干渠后匯入第三濮清南干渠，沿第三濮清南干渠至金堤河倒虹吸，經皇甫閘、順河閘、范石村閘，走第三濮清南西支至陽邵節制閘向西北，至清豐縣蘇堤村穿衛河入河北省邯鄲市的東風渠。引黃渠首設計最大引水量12.30億m3，其中河南引水量為3.30億m3，河北引水量9億m3；引黃入冀補淀輸水總干渠渠首設計最大引水量10.17億m3，其中河南設計引水量1.17億m3，河北設計引水量9億m3。渠村新、老引黃閘總引水設計流量150 m3/s，引黃入冀補淀輸水總干渠渠首設計流量100 m3/s。

金堤河倒虹吸工程為新建穿渠構筑物，要求混凝土采用抗硫酸鹽水泥拌制，以滿足構筑物抗腐蝕的作用。抗硫酸鹽混凝土因水泥內摻石膏粉，混凝土拌制和澆筑成型過程中，內部產生大量氣泡無法排除，影響工程施工質量，致使工程施工嚴重受阻。為此，局技術質量部與項目部聯合組織課題小組進行了消除抗硫酸鹽混凝土氣泡技術研究。

2 存在問題

為保證抗硫酸鹽混凝土正常施工，項目部分別采用人工砂、河砂進行了混凝土拌制及脫模試驗；采取奈系或聚羧酸減水劑進行混凝土拌制及脫模試難；并摻加消泡劑等試圖改變混凝土和易性及工作性能，但經過現場10余次配合比調整并模擬澆筑，氣泡仍然大量存在，改進措施收效甚微。通過觀察試驗過程，發現存在的問題及處理難度主要有4個方面。

2.1 混凝土振搗難度大

混凝土拌制后，砂漿粘度明顯大于普通混凝土，混凝土流動度和擴展度偏小；混凝土振搗難度加大：按照常規振搗方法振搗時，混凝土內部氣泡能上升至混凝土表面，但氣泡不破裂，加長振搗時間后，混凝土內部仍然有氣泡返出，難以達到密實要求；采取過振措施，不僅達不到密實要求，而且還造成了過振影響混凝土強度的質量缺陷。

2.2 施工難度大，施工質量不能得到保證

混凝土在振搗過程中，常規混凝土施工中反應的氣泡現象在此表現為明顯的“漿泡”現象，其“漿泡”由混凝土內部上升到混凝土表面后，因漿泡表面張力大，需人工輔助破裂，不僅增加了施工難度和成本，而且施工質量不能得到保證。

2.3 影響泵送混凝土施工速度

混凝土拌制后極易產生“假凝”形象：在混凝土拌制后靜置5～10 min，混凝土塌落度損失約6 cm，嚴重影響泵送混凝土施工速度。

2.4 影響混凝土外觀質量

倒虹吸底板腋角部位澆筑混凝土時，因人工輔助引氣困難，經數次工藝改進后，混凝土成型仍存在大量的氣泡和水泡，嚴重影響混凝土外觀質量。

3 工藝改進措施及應用

3.1 工藝方法選擇

抗硫酸鹽混凝土受水泥內摻石膏的影響，混凝土拌制后塌落度損失過大，影響泵送混凝土施工進度，泵送過程中極易堵管，易形成倉面冷縫，造成質量事故。為緩解混凝土拌制后塌落度損失的影響，在混凝土拌制時，調整投料順序和拌合時間。即先拌制成水泥漿或水泥砂漿(2 min)，使水泥中的石膏粉充分吸水膨化，然后再加入中、小石，再拌制1min，使混凝土中砂漿“假凝”的現象變成經過膨化的“絮凝”現象，從而達到降低砂漿粘度的目的。

3.2 材料及配合比選擇

抗硫酸鹽混凝土拌制時，因水泥內摻石膏粉的影響，水泥漿形成時石膏粉大量吸水膨化，因此，保證混凝土拌制時一定的水量成為關鍵，為此，提出了將原配合比中的聚羧酸減水劑調整為普通奈系高效減水劑的改進措施。

3.3 調整配合比中減水劑

本工程金堤河倒虹吸工程使用的砂石骨料為當地生產，人工砂、混凝土中粗骨料石粉含量、含泥量波動幅度較大，且聚羧酸減水劑對其具有較強的敏感度，因此調整配合比中減水劑成為配合比設計中的必然選擇。

3.4 混凝土配合比研究

采取的混凝土等級及種類∶C30W6F150泵送；坍落度140～160 mm；含氣4.50%～5.50%；骨料最大粒徑40 mm。聚羧酸減水劑配合比調整為奈系減水劑配合比，并以此進行混凝土施工試驗對比，并優化混凝土施工配合比。配比結果見表1。

表1 混凝土配合比結果表

4 達到效果

通過分析石膏粉水化后擴展度減小，聚羧酸減水劑在拌合物中受細骨料石粉含量及含泥量影響，拌合物拌制后快速塌損的反應機理，提出了調整抗硫酸鹽混凝土配比的設想和改變拌合料投料順序的試驗方案，并經過現場工藝模擬試驗進行了驗證和論證。

4.1 消除了混凝土“假凝”的影響

傳統石膏粉類漿材采用植物油類和乳化劑進行消泡時，因混凝土中水泥的反應致使漿材粘度加大，造成混凝土振搗工作量加大，且不易振搗密實。通過對其提前膨化，使之達到“絮化”的目的，減小了該類材料固化成型因膨化反應產生的“假凝”影響，為解決類似問題的施工，提供了可借鑒的經驗。

4.2 提出了對石膏類材料提前“絮化”的觀點

對石膏類材料進行提前膨化使之達到“絮化”的目的，從而減小其固化成型過程中成模缺陷，未見相關資料報道，為該工程施工處理首創。

4.3 減小了氣泡的表面張力，混凝土的性能得到了優化

通過調整抗硫酸鹽混凝土配合比和投料順序后，拌制的混凝土通過振搗，內部氣泡能全部排出和破裂，改變了原配比設計拌制混凝土時其內部大量如雞蛋大小的氣泡仍不能破裂的現象，減小了氣泡的表面張力，混凝土的性能得到了優化，為類似工程施工提供了新的途徑。

4.4 減少混凝土振搗時的流動度，便于混凝土內部氣泡排出

進行現場工藝試驗中，經過觀察箱涵倒角部位混凝土振搗觀察，發現該部位混凝土振搗時呈流動狀態，不能有效排除混凝土內氣泡，提出了在倒角部位澆筑上層第一層混凝土時，混凝土入倉后先靜置1-2小時，待混凝土振搗時，混凝土下沉速度呈徐變狀態時振搗的方案和時機，保證了倒角部位振搗時，混凝土內部氣泡的排出。

4.5 采取模板布輔助混凝土成型，達到吸水、消泡的目的

在箱涵倒角部位混凝土澆筑前，對成型表面的鋼模采取外包模板布的措施，混凝土固化時，可達到吸水、消泡的目的，并可達到混凝土固化后的保濕效果。

5 小結

文章從抗硫酸鹽混凝土配合比分析入手，結合混凝土原材料在其他工程實踐中所反應的工程特性，采取延時攪拌內摻石膏粉水泥砂漿后投骨料的拌合順序，減少了混凝土成型時的水滯后反應現象，改變了按正常投料順序拌制混凝土時，振搗過程中砂漿濃度過大，混凝土內排出的漿液不易破裂的局面。同時，通過調整混凝土配合比外加劑，消除了聚羧酸受混凝土骨料所含粉粒及水泥內摻石膏粉的影響，使混凝土拌制完成后的“假凝”現象影響混凝土的可泵性及工作性能得以消除，使抗硫酸鹽混凝土的工作性能達到了普通混凝土的標準，從而使抗硫酸鹽混凝土成型可采取常規手段消除氣泡。該抗硫酸鹽混凝土氣泡技術簡單可行，可作為其他工程借鑒。

（責任編輯：趙 鑫）

TU 755

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1673-8853（2016）10-0095-02

2016-08-08