混凝土表面“起粉”的原因分析及控制措施

2005-04-27 00:00

混凝土作为目前用量最大的建筑材料，用途非常广泛。但在施工于道路、楼板或薄壁等部位时，常会出现表面“起粉”、“露砂”等现象。虽然混凝土表面的“起粉”并不影响其抗压强度等级，但会严重破坏混凝土路面或楼面的耐磨性、抗渗性、美观性与长期耐久寿命，对工程质量不利。而引起混凝土表面“起粉”的原因也经常是施工部门与混凝土供应站之间争论的焦点。施工部门常将拌制混凝土时掺入的粉煤灰或水泥厂家磨制水泥时掺入的混合材等水硬性较差的材料当成是导致路面“起粉”的罪魁祸首，认为这部分材料比重较轻，易富集于新拌混凝土表面，从而导致混凝土表面硬度大幅度下降是造成“起粉”的主因。混凝土供应站则认为，混凝土表面“起粉”主要是施工过程振捣过度或施工后养护不当造成的，与混凝土材料本身及是否掺有粉煤灰无关。本文通过对混凝土表面“起粉”的案例分析，探讨了表面起粉的原因，并提出预防或减轻混凝土表面起粉的相应技术措施。

一、案例分析

广州市某一街道扩建工程，采用C35强度等级的商品混凝土（水泥用同一厂家生产的同一品种水泥），其中有部分路面用的是不掺粉煤灰（纯水泥混凝土）的商品混凝土，部分路面用的是掺有10%粉煤灰的商品混凝土。通车后发现，纯水泥混凝土路面没有“起粉”现象，掺粉煤灰的混凝土路面中有一段也没有“起粉”现象，有一段则出现了“起粉”和“露砂”现象。质检部门抽芯检测结果表明，所有混凝土的抗压、抗折强度均达到了设计要求。施工部门认为是粉煤灰的浮浆导致了
表层混凝土强度偏低。经现场实地取样分析，发现表层起粉并非是粉煤灰浮浆，而是混凝土表层在施工及凝结硬化过程水灰比过大所致。具体分析过程如下：

试样A——不掺粉煤灰的混凝土路面表层灰浆（不起粉）

试样B——掺粉煤灰的混凝土路面表层灰浆（起粉部分）

试样C——不掺粉煤灰的混凝土路面下层灰浆

将所取样品进行研磨，用0.08mm方孔筛将大部分砂子除去以获得所需样品。对制得样品进行化学成分分析、酸不溶物分析，结果如表1、2所示：

表1、样品的化学分析结果

样品	Loss (wt%)	SiO₂(wt%)	Fe₂O₃(wt%)	Al₂O₃(wt%)	CaO (wt%)	MgO (wt%)	SO₃(wt%)	Σ (wt%)	酸不溶物(wt%)
A	14.70	41.73	3.87	6.60	27.70	0.61	0.32	95.33	43.34
B	15.47	49.82	0.49	6.88	19.55	0.34	0.11	97.08	55.83
C	10.67	41.83	2.79	7.60	29.86	0.72	1.24	94.71	40.61

表2、样品中酸不溶物的化学分析结果

样品	SiO₂(wt%)	Fe₂O₃(wt%)	Al₂O₃(wt%)	CaO (wt%)	MgO (wt%)	Σ (wt%)
A	84.72	1.02	9.26	0.72	0.13	95.85
B	85.54	0.82	9.14	0.70	0.13	96.33
C	79.98	1.09	12.3	0.86	0.17	94.40

表3、扣除酸不溶物后（酸溶部分）样品的化学成分

样品	Loss (wt%)	SiO₂(wt%)	Fe₂O₃(wt%)	Al₂O₃(wt%)	CaO (wt%)	MgO (wt%)	原水泥Loss (wt%)	化学结合水(wt%)	化学结合水/ CaO
A	25.94	8.85	6.05	4.57	48.34	0.98	3.5	22.44	0.46
B	35.02	4.67	0.07	4.02	43.38	0.61	3.5	31.52	0.73
C	17.97	15.74	3.95	4.39	49.69	1.10	3.5	14.47	0.29

由表1中化学分析结果可以看出：配比相同的A、C样化学成分及酸不溶物含量基本相近，A样烧失量明显高于C样；B样与A、C样相比，烧失量、SiO₂及酸不溶物含量均较高，CaO含量较低，这说明B样中钙质材料含量较少，硅质材料含量较多。通常水泥制品化学分析中的酸不溶物主要是未分离干净的砂、水泥中的混合材、混凝土中掺入的粉煤灰以及养护过程中带入的黏土质物质。其中砂的主要化学成分是SiO₂，粉煤灰及黏土质物质的主要化学成分是SiO₂与Al₂O₃。由表2结果可知，酸不溶物的主要成分是SiO₂和Al₂O₃，试样A与试样B的Al₂O₃含量相近，且不大于试样C的Al₂O₃含量。这说明试样B中没有大量的粉煤灰，可见“起粉”主要不是粉煤灰在混凝土表面富集。

根据水泥的水化程度与化学结合水含量的关系，测定样品中化学结合水与CaO的含量，对比单位CaO所带有的化学结合水的多少，即可比较相对水化程度的高低。表1中的烧失量（Loss）主要包括了原材料（未水化水泥）自身的烧失量及水泥水化后的化学结合水，设定原水泥的烧失量为3.5%，则扣除酸不溶物后的计算结果如表3所示。从化学结合水含量看，试样A、B的水化程度均高于试样C，其中试样B的水化程度最高，单位CaO带有的化学结合水高达0.73，是纯水泥路面下层混凝土试样C的2.49倍，比不“起粉”的纯水泥路面表层试样A高出56.53%。这说明混凝土表层水泥颗粒的水化程度比混凝土内部的颗粒要大。本文认为这是在施工过程中混凝土泌水，造成表层水灰比过大，水泥水化较充分所致。虽然水泥具有较高的水化程度和较大的水化空间，但水化产物搭接松散，强度较低才是表面“起粉”的真正原因。

    类似于路面起粉的现象还常见于大面积的楼板、停车场、薄壁混凝土等工程，对这类问题的多次现场分析及取样分析结果均表明，“起粉”的主要原因不是粉煤灰或其它混合材或掺合料的浮面，而是混凝土表层结构疏松、强度偏低。导致混凝土表层结构疏松、强度偏低的主要原因有二方面：

    （1）混凝土表层的水灰比（W/C）大于混凝土内部，表层水化产物之间搭接不致密，孔隙率大，结构松散，强度偏低；
    （2）混凝土养护不当，施工早期水分散失过快，形成大量的水孔，表层的水泥得不到足够的水分进行水化，因而表层混凝土的结构疏松，强度偏低。即表层混凝土的水灰比过大和养护不当造成表层过早地大量失水均有可能导致混凝土的“起粉”现象。检测混凝土表层中水泥的水化程度，可帮助判别“起粉”的原因。表层水泥水化程度较高的主要是由于泌水所致。表层水泥水化程度较低，则主要是施工养护不当所致。从多起案例分析来看，因泌水而导致混凝土表面起粉的情况居多数。

二、影响混凝土表层水灰比（W/C）的因素

混凝土是由颗粒大小不同，比重不同的多种固体和液体组成的复合材料，在水泥（或其他胶凝材料）的凝结过程中，比重大的粒子要沉降，因而产生了固体粒子与水的分离，即新拌混凝土不可避免地会产生泌水现象，泌水越严重，表层混凝土的水灰比（W/C）越大。影响混凝土泌水的因素主要有混凝土的配合比、组成材料、施工与养护等几方面。

1、混凝土的配合比：

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，混凝土越容易泌水；混凝土中外加剂掺量过多，或者缓凝组分掺量过多，会造成新拌混凝土的大量泌水和沉析，大量的自由水泌出混凝土表面，影响水泥的凝结硬化，混凝土保水性能下降，导致严重泌水。

2、混凝土的组成材料：

砂石集料含泥较多时，会严重影响水泥的早期水化，黏土中的黏粒会包裹水泥颗粒，延缓及阻碍水泥的水化及混凝土的凝结，从而加剧了混凝土的泌水；砂的细度模数及颗粒组成，砂的细度模数越大，砂越粗，越易造成混凝土泌水，尤其是0.315mm以下及2.5mm以上的颗粒含量对泌水影响较大，这部分细颗粒越少、粗颗粒越多，混凝土越易泌水；矿物掺合料的颗粒分布同样也影响着混凝土的泌水性能，若矿物掺合料的细颗粒含量少、粗颗粒含量多，则越易造成混凝土的泌水。用细磨矿渣作掺合料，因配合比中水泥用量减少，矿渣的水化速度较慢，且矿渣玻璃体保水性能较差，往往会加大混凝土的泌水量；粉煤灰过粗，微细集料效应减弱，也会使混凝土泌水量增大。

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影响混凝土的泌水性能。水泥的凝结时间越长，所配制的混凝土凝结时间越长，且凝结时间的延长幅度比水泥净浆成倍地增长，在混凝土静置、凝结硬化之前，水泥颗粒沉降的时间越长，混凝土越易表现出泌水；水泥的细度越粗、比表面积越小、颗粒分布中细颗粒（<5um）含量越少，早期水泥水化量少，较少的水化产物不足以封堵混凝土中的毛细孔，致使内部水分容易自下而上运动，混凝土泌水越严重。通常有些立窑水泥厂为节能降耗，在制备生料时添加较多的萤石矿化剂，致使熟料的凝结时间大幅度延缓，其水泥粉磨时，控制细度较粗，比表面积较小，因而经常有用户投述使用该水泥易导致混凝土表面“起粉”。此外，也有些大磨（尤其是带有高效选粉机的系统）磨制的水泥，虽然比表面积较大，细度较细，但由于选粉效率很高，水泥颗粒中过粉碎少，细颗粒（小于3~5um）含量少，也容易造成混凝土表面泌水和起粉现象。因此，在水泥生产过程中控制合适的技术参数和性能指标也是有效改善所配制混凝土表面“起粉”的途径之一。不同品种、不同强度等级的水泥的保水性、凝结时间、早期强度都差异较大，在使用时应根据各自的特性，选择适当的施工方法、养护条件与时间，以尽量减少水泥品种和标号对混凝土表面“起粉”的影响。

3、施工与养护：

施工过程的过振并不是将混凝土中比重较轻的掺合料或混合材振到了混凝土的表面，而是加剧了混凝土的泌水，使混凝土表面的水灰比增大；当混凝土表层的水泥尚未硬化就洒水养护或表面受到雨水的冲刷时，亦会造成混凝土表面的水灰比增大。此外，在混凝土的施工与养护过程中，太阳暴晒或天气非常干燥的时候，表面水分的蒸发大于混凝土的泌水速度，将导致表层水分大量挥发，表层水泥得不到充分的水化，建立不起足够的表面强度而产生“起粉”现象。因此，施工与养护方法应根据不同的气候条件、不同强度等级的混凝土和不同品种的水泥而及时调整，保证混凝土在施工后至建立起足够的强度之前有充分的湿养护而又不出现严重的泌水。

三、结语

要避免混凝土表面出现“起粉”现象，首先混凝土本身要具有较好的保水性，防止严重的泌水导致混凝土表层水灰比过大。从配合比及组成材料的选择出发，要注意控制水灰比不宜过大、外加剂不要过掺，缓凝时间要适宜。砂、石集料要符合国家质量要求，尤其要注意砂中0.315mm以下的颗粒含量。水泥的凝结时间不易过长，比表面积不宜过小，颗粒级配不宜过分集中；其次，施工过程要防止振捣过度造成混凝土严重的离析与泌水；再次，施工后要注意及时养护，既要防止混凝土表面未硬化之前被雨水冲刷造成混凝土表面水灰比过大，又要防止混凝土中的水分在表层建立起强度之前散失，尤其是掺有粉煤灰或矿渣的混凝土，由于其早期强度较低，表层没有足够多的水化产物来封堵表层大的毛细孔，若不注意早期充分的湿养护，混凝土表层水分散失较快较多，表层水泥得不到充分的水化，亦会导致表层混凝土强度偏低，结构松散。通常，在混凝土接近终凝时，要对混凝土进行二次抹面（或压面），使混凝土表层结构更加致密。

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