浅析桥梁墩身混凝土起砂现象的原因及防治措施

浅析桥梁墩身混凝土起砂现象的原因及防治措施
摘要：铁路桥梁已把混凝土外观质量作为优质工程的一个重要方面。

起砂是桥梁墩身混凝土主要外观缺陷之一。

依据武汉化工新区铁路专线联丰大桥项目在改善墩身混凝土表面起砂问题方面的实践经验，主要分析了墩身混凝土起砂主要形成原因并从混凝土配比调整和混凝土施工工艺方面提出了改进措施，为今后桥梁墩身工程起砂的防治提供参考。

关键词：墩身混凝土；起砂；泌水性；施工工艺
引言
随着人们生活环境的日趋美化，混凝土外观质量问题日益受到人们重视，一方面人们在混凝土结构物上进行装饰，达到美化结构物的目的；另一方面又重新把注意力放在混凝土外观质量改进上，特别是铁路桥梁已把混凝土外观质量作为优质工程的一个重要方面。

桥梁墩身由于横截面积较小且高度普遍偏高等结构特殊性,浇筑的混凝土轻微泌水都很容易造成表面起砂,外观质量相对难以控制。

起砂作为混凝土外观质量常见通病,一方面影响墩身外观质量,另一方面对墩身混凝土的耐久性影响更不容忽视。

本文结合武汉化工新区铁路专线联丰大桥项目在改善墩身混凝土表面起砂问题方面的实践经验，为以后类似工程提供参考。

1.混凝土墩身起砂现象描述
武汉化工新区铁路专线联丰大桥有墩身100多个，在前期施工过程中发现，部分墩身混凝土拆模后发现表面出现起砂现象，起砂部位砂子外露，没有水泥浆层，呈长条树枝状，砂子一摸即掉，严重影响墩身的外观质量甚至耐久性。

图1 混凝土墩身表面起砂
2.混凝土墩身起砂原因分析
大量施工实践表明：混凝土表面产生泛砂现象的最根本原因是在混凝土浇筑过程中出现泌水，也即混凝土在凝结过程中产生了泌水，泌水产生后集中在模板和混凝土界面成线状向上汇流产生流痕，流痕处砂因水流而洗掉表面水泥浆，出现表面裸露的砂粒[1-2]。

根据现场墩身混凝土表面泌水情况来看，泌水主要发生在高度大于6m的墩身，而且泌水一般出现在墩身浇筑到一半高度时，由此可以判断墩身混凝土泌水属于混凝土的静臵加静
压泌水，由于墩身混凝土浇筑采用泵送方式，坍落度相对较大，而墩身高度相对比较高，故比较容易产生静臵加静压泌水，而且在浇筑过程中发现。

混凝土拌合物泌水主要集中向模板与混凝土接触的表面汇集。

由于水的密度要小于混凝土拌合物密度，故水会向上流动，带走流痕处的水泥浆，导致砂子裸露，混凝土表面出现起砂。

3.针对墩身混凝土起砂而采取的解决措施
从墩身混凝土起砂原因分析可以看出，墩身表面起砂主因是混凝土泌水性。

墩身混凝土在浇筑过程的泌水量的大小与混凝土自身特性以及混凝土施工工艺有关。

3.1提高混凝土自身保水性
混凝土的泌水性的降低主要取决于提高混凝土自身的保水性。

本项目墩身配合比按照高性能泵送混凝土设计，标号C35，坍落度140~180mm，亚东普硅42.5水泥用量280kg/m3，Ⅱ级粉煤灰用量70 kg/m3，S95矿粉45 kg/m3，所采用的砂、石质量均符合铁路规范要求，砂率为40%，水胶比0.38，苏博减水剂掺量1.5%，到工地现场坍落度在160~180mm，能够满足施工要求。

联丰大桥墩身混凝土采用的是商混站拌合、搅拌车运输、车泵现场泵送的施工方式，由于浇筑的墩身较高，再加上横截面相对偏小、钢筋较少等结构特殊性，泵送混凝土的浇筑速度相对较快，为不影响混凝土到达现场后的和易性，减水剂选用的是带一定缓凝成分的聚羧酸。

在浇筑过程中发现随着混凝土浇筑面的升高到墩身高度一半时，混凝土表面开始出现轻微泌水，随混凝土继续浇筑水一直上返，直至在混凝土浇筑表面形成了一层水膜，这表明混凝土可能存在着滞后泌水以及压力泌水量偏大的问题。

经分析查找原因，我们认为可能是采用苏博聚羧酸减水剂与亚东水泥的相容性存在一定问题而导致了滞后泌水和压力泌水量偏大。

因此，通过选择不同品种聚羧酸减水剂进行对比试验，选择性能最佳的减水剂，从而解决混凝土滞后泌水以及压力泌水量偏大的问题，提高混凝土的保水性。

产中减水剂采用西卡。

采用调整后的外加剂再次进行了浇筑，原材料及施工工艺与以前完全一样，在浇筑过程中没有再发生泌水，拆模后墩身表面也没有出现明显起沙现象，而且混凝土表面较光滑，这说明高效聚羧酸减水剂的选用不当是造成混凝土起砂的主要原因之一。

在现场施工中有时发现，采用西卡减水剂后，墩身混凝土在浇筑过程中仍出现一定泌水。

经过综合分析原因，将焦点转移到砂子上面，混凝土所用砂为巴河河砂，砂子本身比较洁净，含泥量小于2%左右，且没有泥块，质量良好，细度模数2.6，砂子的级配属Ⅱ区，与前期使用的砂子相差不大，但是其小于0.15mm颗粒含量只有2%，细颗粒相对较少，这可能是导致混凝土出现泌水的原因。

为此，相应的将砂率调高2~3%，混凝土的泌水现象得到明显改善。

由此可以得出：砂的细度模数通常不能完全反映颗粒组成的差异，混凝土砂率还应根据砂自身颗粒组成进行调节，细颗粒过少应适度增加砂率，从而增加混凝土浆体保水性，降低混凝土泌水量；细颗粒含量过多，则应适当降低砂率。

所以说，墩身混凝土的砂率调整应是一个动态过程，随时根据砂子粗细、砂中细颗粒含量进行调整，确保混凝土和易性和保水性。

3.2改进和完善墩身混凝土施工工艺
实践证明：混凝土的施工工艺对混凝土的泌水性影响很大。

对于墩身混凝土，其施工工艺主要是混凝土浇筑摊铺、混凝土振捣、混凝土养护。

结合本项目实际，在混凝土质量合格的情况下，进一步对施工过程中存在不足的地方进行改进和完善，确保墩身的外观质量优良。

联丰大桥墩身施工现场，采用三一车载泵进行泵送施工，浇筑时直接将末端软管深入墩身模板内进行浇筑，通过臂架来调整混凝土的下落高度。

由于墩身上端结构“托盘及顶帽”扎有钢筋网，工地前期施工只设了中间一个布料口。

当坍落度较小时，混凝土流动性较差，出现混凝土堆积在墩身中心部位的现象，工人通过振捣棒振捣来导送混凝土使其填充满钢模，这样一方面容易造成混凝土过振离析泌水，另一方面使混凝土布料不均匀，容易引起外观缺陷。

发现该情况后，建议工地在原有布料口两边，对称增加两个布料口，浇筑时通过布料口之间的转换使混凝土自动紧贴钢模板壁，而且布料均匀，提高了施工效率。

通过采取增加布料口的方式浇筑墩身混凝土，拆模后显示混凝土起砂现象得到改善，而且混凝土表面光滑程度明显提高。

联丰大桥墩身混凝土采用分层浇筑和机械振捣方式。

在施工过程中发现，工人振捣时有时将振捣棒碰到模板。

振捣器距模板越近，模板附近的水上浮越严重，越易将模板表面的水泥浆带走而留下砂子，所以应控制振捣距模板的间距，一般在20cm为宜；工人对振捣时间的掌握不灵活。

混凝土振捣时间与混凝土拌合物坍落度有关，由于墩身混凝土采用泵送施工，为了提高浇筑速度，到现场混凝土坍落度一般在160~180mm，这时应相应的减少振捣时间，防止过振。

当拌合物较稀时，坍落度180mm，相应缩短振捣时间，减少抽动次数，防止过振，如规定当混凝土坍落度120mm时震动25秒，则混凝土坍落度160~180mm时震动时间减为10~15s，防止过振产生离析和泌水。

混凝土振实特征表现为：混凝土已无显著沉落、表面呈现平坦，已不冒气泡、开始泛浆。

由于墩身高度较高（大于6m），随着泵送浇筑高度的增加，有时会不可避免的产生压力泌水情况。

在这种情况下，建议工地适当放慢浇筑速度，每车浇筑完毕后等待1~2h再进行浇筑，使浇筑的混凝土拌合物有一定的水化时间，消耗掉一定水分，同时将表面泌出少量水分蒸发掉，从而有效抑制泌水的产生。

由于本项目两根墩身之间间距不大，建议施工方采取相邻2根墩身轮流分层交叉浇筑，从而既解决因等待1~2h耽误工时的问题，又能确保浇筑质量。

通过商混站和施工方的共同努力，按以上改进措施浇筑的墩身，表面无起砂，颜色均匀，表面光滑，得到了甲方和监理方的认同。

墩身效果图如下：
图2 改进后的墩身效果图
4.结语
本文结合联丰大桥墩身施工，分析了墩身混凝土表面起砂的主要原因，并提出一系列的改进措施：
采用混凝土配合比调整来减少混凝土起砂现象：通过采用保水性好的减水剂来降低混凝土的泌水量；在生产中，根据砂子的细度模数以及砂子的颗粒组成来动态调整砂率，确保混
凝土具有良好的保水性。

改进混凝土施工工艺来减少混凝土泌水起砂：通过增加布料口，使混凝土布料均匀；根据现场混凝土坍落度，灵活调整混凝土振捣时间，确保振实，防止过振；采用分层等待和相邻2根墩身轮流分层交叉浇筑，能有效抑制泌水的产生，并提高浇筑效率。

参考文献
[1] 张护社。

混凝土桥墩表面形成“砂线”的原因及其预防和处理[J]。

铁道建筑，2002（1）：42~43。

[2] 张金保。

桥涵混凝土表面形成砂线的原因及预防处理[J]。

南海科技，2011（2）：95~96。