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[摘 要]高性能耐久性混凝土已经成为高速铁路建设最主要的材料，在实际工程应用中，由于原材料的复杂多变性使其出现了很多问题，混凝土流砂就是主要通病之一。依据沪宁城际铁路工程成功处理墩身流砂的实践经验，主要分析了流砂形成的原因并提出来解决措施，为铁路混凝土工程流砂的防治提供借鉴。
[关键词]高铁混凝土；流砂原因；桥梁工程
中图分类号：U214.18 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0239-01
流砂是混凝土外观质量通病，既影响混凝土工程的外观质量又有碍于耐久性。目前，随着国家拉动内需、扩大国内基础建设，铁路工程作为国家经济大动脉及主要的民用设施。确保其主体结构耐久性、正常使用100年，对铁路桥梁、隧道等主体结构的质量提出了更高的要求。流砂现象虽然屡见不鲜，但也是混凝土顽疾，本文结合广珠铁路珠海标段成功解决桥墩耐久性混凝土表面流砂问题的实践经验，供广大技术人员参考。
1 桥墩混凝土实体表面流砂状况
沪宁城际铁路工程无锡西特大桥桥墩施工，在施工中出现墩身表面有砂子外露或局部成较宽长条状，条状流砂带上宽下窄，表层细骨料间无胶材粘结，容易剥落，有水流浸泡痕迹。其它部分混凝土也表现出一种水泥浆不足的状况，并伴有不同程度的颜色不均匀。
2 流砂形成原因分析
沪宁城际铁路墩身混凝土采用C50、耐久性混凝土，各项原材料质量良好。水泥采用江门海螺P·O42.5规格；胶材用量330～360kg/m3；Ⅰ级粉煤灰掺量为胶材质量的25%；砂为江苏溧阳河砂，细度模数2.6～2.8；碎石5～31.5mm连续级配，聚羧酸型减水剂，掺量1.0%；砂率为41%～43%，桥墩高8m，混凝土采用泵送施工浇筑。该桥墩混凝土拌合物初始和易性、保水性均良好，开始施工时没有明显泌水，施工过程中待3～4h后泌水愈发严重，不断聚积在浇筑面上，边舀水，边施工。严重影响了混凝土的正常浇筑，是典型的滞后泌水。
通过试验和现场混凝土浇筑情况得出造成桥墩混凝土表面流砂的主要原因是混凝土浇筑过程中形成较严重泌水造成的。常见的混凝土泌水从机理上分析有三种形式：一种是粗细骨料的粒径过于悬殊，造成了石子沉底、浆体上浮；另一类是水泥浆与粗细骨料之间的离析，浆体沉底，水泥浆从拌合物种大量淌出，砂石裸落、松散，拌合物无黏聚性；第三种则是混凝土内部各组分密度不同导致的沉降与上浮，使得密度小的可泌水分最终逸出形成泌水。
3 泌水影响因素的确定
从工程所用原材料情况看，所有材料都满足规范、标准要求。我们在原施工配合比的基础上进行了逐一排查。首先是重点考虑混凝土坍落度的影响；另外对外加剂、胶凝材料、配合比等均进行了不同试验。
3.1 混凝土坍落度
因为耐久性混凝土一般采用高工作性，为了便于8m高的桥墩泵送浇筑，原混凝土坍落度为180mm左右。我们对原坍落度进行了调整，降低至160mm进行试验墩浇筑并进行观测。施工时发现混凝土仍存在较严重的泌水现象，拆模后流砂问题依然没有得到改善，局部混凝土流砂还愈发严重。结果表明：通过单纯降低坍落度是不能起到作用的，反而会因混凝土拌合物浆体的减少使混凝土流砂状况更加糟糕。
3.2 外加剂
工程使用外加剂为聚羧酸型高效减水剂，各项指标经型式检验都符合标准要求，在混凝土中的掺量为胶材质量的1.0%，为减少混凝土泌水，我们采用了如下3种办法；检验对混凝土泌水的影响：1）降低掺量试验。这主要目的是降低外加剂的缓凝效果，缩短混凝土缓凝时间；以检验掺量大小对混凝土泌水的影响。2）外掺保水剂试验。通过外掺保水剂来调节和增强现有外加剂的增塑保水性能。3）降低外加劑的引气组分。以上3种方法，我们没有采用试验墩试验，仅通过室内搅拌混凝土，但是通过试验发现该强度等级的混凝土拌合物含气量大多都在6.5%以上，通过容器内静置数小时，观察其泌水情况，采用对比方法进行验证，发现外掺保水剂虽有一定轻微效果，但混凝土泌水仍很难遏制；但通过调整外加剂把混凝土拌合物的含气量调整到2%～4%范围内后，泌水情况有了一定的缓解。
3.3 矿粉
矿粉作为一种混凝土矿物掺合料，颗粒比粉煤灰更细小，颜色也比粉煤灰浅，但材料成本较高，常规混凝土拌合性能的经验表明：具有增加拌合物和易性、保水性的功能。为此我们通过增加矿粉的成分和掺合比例进行了室内对比试验。从对比效果来看，依然存在较严重的泌水现象，流砂问题也没有得到解决。
3.4 配合比
经过坍落度、外加剂、增加矿粉等措施无明显效果的情况下，我们进行了配合比的大量试验，希望通过降低混凝土泌水现象来找到克服流砂问题的办法。然而，虽然经过不同配合比混凝土拌合物的观察，泌水问题依然存在，经过大量的试验得出一点共性的结论：胶凝材料和砂率掺量较高的泌水现象比其掺量低的有根本性的好转。从而我们将焦点转移到砂子上面，混凝土所用砂为溧阳河砂，质量良好。但经过颗粒分析发现虽然砂子的级配属Ⅱ区；但是小于0.15mm颗粒含量只有1%，细颗粒相对较少，这可能与河砂的本身有很大关系，砂子本身非常洁净，含泥量小于2%左右，且没有泥块，这样的分析与试验对比结果使得我们豁然开朗。随后，根据砂子的情况，将配合比的砂率提高到46%～48%，同时又根据砂率把胶材用量科学调整到400～420kg/m3，以保证混凝土拌合物良好的和易性及黏聚性。并且提高矿物掺合料的比例至45%，以增加细颗粒含量。经过室内试验，结果非常令人满意，拌合物的工作性不仅有了较大的提高，泌水情况有了革命性的减少。
4 泌水、流砂问题解决措施
经过室内配合比试验的反复验证，在提高砂率和胶材用量的前提下，为防止实体桥墩混凝土发生浮浆，我们对粗骨料级配进行合理的调整：适当降低大粒径碎石的比例，增加中小粒径的碎石比例。将泵送混凝土坍落度控制在120～140mm，既满足施工需要又减少发生泌水、流砂问题的风险。在桥墩实体混凝土施工浇筑过程中，我们全程严格监控坍落度和含气量，确保施工各个环节不出差错。功夫不负有心人，待拆模后桥墩混凝土光滑如镜，大大鼓舞了人心，并得到业主和监理的认同和好评。
试验结果和理论分析得出：要使用大坍落度和高工作性的混凝土，混凝土胶材用量是必须要保证的，尤其像这种细颗粒含量低的细骨料。通过科学提高胶材用量和砂率以保证混凝土拌合物不同粒径间的合理排列、粘结，其合理的细颗粒含量能有效提高混凝土拌合物的保水性。混凝土拌合物的含气量应严格控制在合理区间，避免在混凝土凝结过程中因其塑性收缩而发生严重的滞后泌水，而导致混凝土表面出现流砂。
5 结论
（1）混凝土表面流砂的原因是复杂的，影响因素较多，主要问题来自混凝土严重泌水。对混凝土而言，微量泌水是不可避免的。流砂会对混凝土的外观和耐久性造成严重的影响，通过科学合理的方法可以分析造成流砂的主要原因。
（2）胶凝材料、粗细骨料、外加剂、施工等各个环节都是可能导致混凝土严重泌水进而出现流砂的重要原因，要逐个分析，不要顾此失彼，以致影响整治结果。粗骨料中细颗粒含量偏少，特别是在大坍落度混凝土中是造成流砂的主要原因。
（3）一味的增加水泥、外加剂用量或减少单方用水量来遏制流砂效果不显著，外加剂增大引气成分，提高混凝土的含气量也是引起流砂的主要原因之一。
（4）通过综合提高混凝土配合比砂率，减少粗骨料用量，提高配合比中颗粒级配的合理性，采用对比试验的方法，是有效解决流砂问题的有效措施。
[关键词]高铁混凝土；流砂原因；桥梁工程
中图分类号：U214.18 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0239-01
流砂是混凝土外观质量通病，既影响混凝土工程的外观质量又有碍于耐久性。目前，随着国家拉动内需、扩大国内基础建设，铁路工程作为国家经济大动脉及主要的民用设施。确保其主体结构耐久性、正常使用100年，对铁路桥梁、隧道等主体结构的质量提出了更高的要求。流砂现象虽然屡见不鲜，但也是混凝土顽疾，本文结合广珠铁路珠海标段成功解决桥墩耐久性混凝土表面流砂问题的实践经验，供广大技术人员参考。
1 桥墩混凝土实体表面流砂状况
沪宁城际铁路工程无锡西特大桥桥墩施工，在施工中出现墩身表面有砂子外露或局部成较宽长条状，条状流砂带上宽下窄，表层细骨料间无胶材粘结，容易剥落，有水流浸泡痕迹。其它部分混凝土也表现出一种水泥浆不足的状况，并伴有不同程度的颜色不均匀。
2 流砂形成原因分析
沪宁城际铁路墩身混凝土采用C50、耐久性混凝土，各项原材料质量良好。水泥采用江门海螺P·O42.5规格；胶材用量330～360kg/m3；Ⅰ级粉煤灰掺量为胶材质量的25%；砂为江苏溧阳河砂，细度模数2.6～2.8；碎石5～31.5mm连续级配，聚羧酸型减水剂，掺量1.0%；砂率为41%～43%，桥墩高8m，混凝土采用泵送施工浇筑。该桥墩混凝土拌合物初始和易性、保水性均良好，开始施工时没有明显泌水，施工过程中待3～4h后泌水愈发严重，不断聚积在浇筑面上，边舀水，边施工。严重影响了混凝土的正常浇筑，是典型的滞后泌水。
通过试验和现场混凝土浇筑情况得出造成桥墩混凝土表面流砂的主要原因是混凝土浇筑过程中形成较严重泌水造成的。常见的混凝土泌水从机理上分析有三种形式：一种是粗细骨料的粒径过于悬殊，造成了石子沉底、浆体上浮；另一类是水泥浆与粗细骨料之间的离析，浆体沉底，水泥浆从拌合物种大量淌出，砂石裸落、松散，拌合物无黏聚性；第三种则是混凝土内部各组分密度不同导致的沉降与上浮，使得密度小的可泌水分最终逸出形成泌水。
3 泌水影响因素的确定
从工程所用原材料情况看，所有材料都满足规范、标准要求。我们在原施工配合比的基础上进行了逐一排查。首先是重点考虑混凝土坍落度的影响；另外对外加剂、胶凝材料、配合比等均进行了不同试验。
3.1 混凝土坍落度
因为耐久性混凝土一般采用高工作性，为了便于8m高的桥墩泵送浇筑，原混凝土坍落度为180mm左右。我们对原坍落度进行了调整，降低至160mm进行试验墩浇筑并进行观测。施工时发现混凝土仍存在较严重的泌水现象，拆模后流砂问题依然没有得到改善，局部混凝土流砂还愈发严重。结果表明：通过单纯降低坍落度是不能起到作用的，反而会因混凝土拌合物浆体的减少使混凝土流砂状况更加糟糕。
3.2 外加剂
工程使用外加剂为聚羧酸型高效减水剂，各项指标经型式检验都符合标准要求，在混凝土中的掺量为胶材质量的1.0%，为减少混凝土泌水，我们采用了如下3种办法；检验对混凝土泌水的影响：1）降低掺量试验。这主要目的是降低外加剂的缓凝效果，缩短混凝土缓凝时间；以检验掺量大小对混凝土泌水的影响。2）外掺保水剂试验。通过外掺保水剂来调节和增强现有外加剂的增塑保水性能。3）降低外加劑的引气组分。以上3种方法，我们没有采用试验墩试验，仅通过室内搅拌混凝土，但是通过试验发现该强度等级的混凝土拌合物含气量大多都在6.5%以上，通过容器内静置数小时，观察其泌水情况，采用对比方法进行验证，发现外掺保水剂虽有一定轻微效果，但混凝土泌水仍很难遏制；但通过调整外加剂把混凝土拌合物的含气量调整到2%～4%范围内后，泌水情况有了一定的缓解。
3.3 矿粉
矿粉作为一种混凝土矿物掺合料，颗粒比粉煤灰更细小，颜色也比粉煤灰浅，但材料成本较高，常规混凝土拌合性能的经验表明：具有增加拌合物和易性、保水性的功能。为此我们通过增加矿粉的成分和掺合比例进行了室内对比试验。从对比效果来看，依然存在较严重的泌水现象，流砂问题也没有得到解决。
3.4 配合比
经过坍落度、外加剂、增加矿粉等措施无明显效果的情况下，我们进行了配合比的大量试验，希望通过降低混凝土泌水现象来找到克服流砂问题的办法。然而，虽然经过不同配合比混凝土拌合物的观察，泌水问题依然存在，经过大量的试验得出一点共性的结论：胶凝材料和砂率掺量较高的泌水现象比其掺量低的有根本性的好转。从而我们将焦点转移到砂子上面，混凝土所用砂为溧阳河砂，质量良好。但经过颗粒分析发现虽然砂子的级配属Ⅱ区；但是小于0.15mm颗粒含量只有1%，细颗粒相对较少，这可能与河砂的本身有很大关系，砂子本身非常洁净，含泥量小于2%左右，且没有泥块，这样的分析与试验对比结果使得我们豁然开朗。随后，根据砂子的情况，将配合比的砂率提高到46%～48%，同时又根据砂率把胶材用量科学调整到400～420kg/m3，以保证混凝土拌合物良好的和易性及黏聚性。并且提高矿物掺合料的比例至45%，以增加细颗粒含量。经过室内试验，结果非常令人满意，拌合物的工作性不仅有了较大的提高，泌水情况有了革命性的减少。
4 泌水、流砂问题解决措施
经过室内配合比试验的反复验证，在提高砂率和胶材用量的前提下，为防止实体桥墩混凝土发生浮浆，我们对粗骨料级配进行合理的调整：适当降低大粒径碎石的比例，增加中小粒径的碎石比例。将泵送混凝土坍落度控制在120～140mm，既满足施工需要又减少发生泌水、流砂问题的风险。在桥墩实体混凝土施工浇筑过程中，我们全程严格监控坍落度和含气量，确保施工各个环节不出差错。功夫不负有心人，待拆模后桥墩混凝土光滑如镜，大大鼓舞了人心，并得到业主和监理的认同和好评。
试验结果和理论分析得出：要使用大坍落度和高工作性的混凝土，混凝土胶材用量是必须要保证的，尤其像这种细颗粒含量低的细骨料。通过科学提高胶材用量和砂率以保证混凝土拌合物不同粒径间的合理排列、粘结，其合理的细颗粒含量能有效提高混凝土拌合物的保水性。混凝土拌合物的含气量应严格控制在合理区间，避免在混凝土凝结过程中因其塑性收缩而发生严重的滞后泌水，而导致混凝土表面出现流砂。
5 结论
（1）混凝土表面流砂的原因是复杂的，影响因素较多，主要问题来自混凝土严重泌水。对混凝土而言，微量泌水是不可避免的。流砂会对混凝土的外观和耐久性造成严重的影响，通过科学合理的方法可以分析造成流砂的主要原因。
（2）胶凝材料、粗细骨料、外加剂、施工等各个环节都是可能导致混凝土严重泌水进而出现流砂的重要原因，要逐个分析，不要顾此失彼，以致影响整治结果。粗骨料中细颗粒含量偏少，特别是在大坍落度混凝土中是造成流砂的主要原因。
（3）一味的增加水泥、外加剂用量或减少单方用水量来遏制流砂效果不显著，外加剂增大引气成分，提高混凝土的含气量也是引起流砂的主要原因之一。
（4）通过综合提高混凝土配合比砂率，减少粗骨料用量，提高配合比中颗粒级配的合理性，采用对比试验的方法，是有效解决流砂问题的有效措施。