水泥混凝土泌水的成因、危害及控制

尹新平

水泥混凝土泌水的成因、危害及控制

尹新平

混凝土是由水泥、砂子、石子和水等密度、形態(tài)各不相同的物質(zhì)混合在一起制成的，在運(yùn)輸、澆注的過程中其均一性難以維持，各種材料發(fā)生分離，造成混合物不均勻并失去連續(xù)性，這一過程稱為混凝土的離析?？梢杂^察到的離析現(xiàn)象，包括粗骨料與水泥漿的分離和水分的上浮，后者稱為泌水。

在混凝土工程的施工過程中，大家普遍關(guān)心的是混凝土的強(qiáng)度是否達(dá)到要求，混凝土是否開裂，而對混凝土在施工的過程中是否產(chǎn)生泌水不甚關(guān)心。有些人甚至認(rèn)為，混凝土的泌水不過是在混凝土表面留下一些流砂水紋，難看而已。實(shí)際上，泌水不僅在混凝土表面產(chǎn)生砂線、砂斑、麻面等看得見的現(xiàn)象，而且還會導(dǎo)致表面的塑性開裂，在石子的底部或側(cè)面形成孔隙，并形成泌水通道，輕者影響混凝土的美觀，重者影響到整個混凝土結(jié)構(gòu)的性能。

一、混凝土泌水的形成及泌水量的測定

混凝土澆注與搗實(shí)后初凝前，在骨料的重力擠壓作用下，流動性較好的水泥漿和水上浮。部分水分向外蒸發(fā)上浮至混凝土上表面，產(chǎn)生泌水，同時出現(xiàn)浮漿層。水分在上浮的過程中，會留下泌水通道。水分上浮至粗骨料的下方或側(cè)面時，會產(chǎn)生內(nèi)分層。

描述混凝土泌水特性的參數(shù)有：泌水量，即混凝土拌合物單位面積的平均泌水量；泌水率，泌水量對混凝土拌合物含水量之比；泌水速度，析出水的速度；泌水容量，混凝土拌合物單位厚度平均泌水深度。

泌水量試驗(yàn)在美國ASTM－C232-92以及日本標(biāo)準(zhǔn)JIS－A11231975中均有規(guī)定的方法。采用金屬制圓筒狀容器，容器的尺寸為內(nèi)徑25cm，內(nèi)高28.5cm。按規(guī)定的方法往容器內(nèi)澆注混凝土，使混凝土地表面比容器的上口邊緣低3±0.3cm，并用抹刀將混凝土表面抹平。抹平后立即記錄時間，作為時間的起點(diǎn)，然后保持試樣和容器不受震動，將其放置在水平的臺面上或地板上，蓋上合適的蓋子之后每隔一定時間一次吸取滲出混凝土表面的水，直到認(rèn)為不再泌水為止。析出的水放入帶刻度的量筒中，記錄每次吸水后的累計(jì)水量。混凝土泌水量和泌水率用下式表示：

二、混凝土泌水的危害

混凝土的泌水一般出現(xiàn)在混凝土澆注后2小時左右。

⒈對混凝土表面的危害

有流砂水紋缺陷的混凝土，表面強(qiáng)度、抗風(fēng)化和抗侵蝕的能力較差。同時，水分的上浮在混凝土內(nèi)留下泌水通道，即產(chǎn)生大量自底部向頂層發(fā)展的毛細(xì)管通道網(wǎng)，這些通道增加了混凝土的滲透性，鹽溶液和水分以及有害物質(zhì)容易進(jìn)入混凝土中，使混凝土表面損壞。泌水使混凝土表面的水灰比增大，并出現(xiàn)浮漿，即上浮的水中帶有大量的水泥顆粒，在混凝土表面形成返漿層，硬化后強(qiáng)度很低，同時混凝土的耐磨性下降。這對路面等有耐磨要求的混凝土是十分有害的。

⒉對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能的危害

在混凝土粗骨料、鋼筋周圍形成水囊，隨著水分的逐漸揮發(fā)形成空隙，從而影響混凝土的致密性、骨料的界面強(qiáng)度以及混凝土與鋼筋間的握裹力?；炷撩谒斐伤苄允湛s是一個不可逆的變形。泌水引起混凝土的沉降導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生塑性裂紋。塑性裂紋的存在會降低水泥石的強(qiáng)度。由于泌水混凝土產(chǎn)生整體沉降，澆注深度大時靠近頂部的拌合物運(yùn)動距離更長，沉降受到阻礙。如遇到鋼筋等障礙時，產(chǎn)生塑性沉降裂紋，從表面向下直至鋼筋的上方。分層澆注的混凝土受下層混凝土表面泌水的影響，造成混凝土層間結(jié)合強(qiáng)度降低并易形成裂縫。

三、影響混凝土泌水的因素

混凝土澆注后到開始凝結(jié)期間固體粒子下沉，并在表面析出水，同時混凝土拌合物發(fā)生沉降收縮。泌水多少受水泥及骨料的品種、性質(zhì)及氣溫等因素的影響，同時與混凝土的配合比及施工方法等有關(guān)。

⒈水泥和骨料對混凝土泌水的影響

水泥主要從品種和顆粒級配兩方面對混凝土的泌水產(chǎn)生影響。采用礦渣水泥和火山灰水泥，混凝土的流動性比普通水泥小，產(chǎn)生泌水的可能性大。不同礦物組成的水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量不同。水泥顆粒粒徑主要分布在一個狹窄的區(qū)域范圍內(nèi)時，水泥的需水量較大，保水性較差，容易產(chǎn)生泌水。粗骨料多且細(xì)骨料中微粉少時，泌水量增多。

⒉配合比對混凝土泌水的影響

混凝土配合比設(shè)計(jì)過程中的三個重要參數(shù)，即單位用水量、水灰比和砂率，對混凝土的泌水有很大影響。

⒊混凝土的單位用水量

水泥漿賦予混凝土拌合物一定的流動性。在水灰比不變的情況下，單位體積內(nèi)水泥漿愈多，混凝土拌合物的流動性愈大。若水泥漿過多，將會出現(xiàn)流漿現(xiàn)象，使混凝土拌合物的粘聚性變差。無論是水泥漿的多少，還是水泥漿的稀稠，對混凝土拌合物流動性起決定性作用的是用水量。因?yàn)樘岣咚冶然蛟黾铀酀{的用量最終都表現(xiàn)為混凝土用水量的增加。

⒋混凝土的水灰比

水灰比決定水泥漿的稠度。在水泥用量不變的情況下，增大水灰比會使拌合物的流動性加大。如果水灰比過大，會造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良而產(chǎn)生流漿、離析現(xiàn)象，嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度。

⒌混凝土的砂率

砂率是指混凝土中砂的用量占砂石總用量的百分率?；旌狭现?，砂是用來填充石子的空隙。在水泥漿一定的條件下，若砂率過大，則骨料的總表面積及空隙率增大，混凝土混合物就顯得干稠，流動性小，如要保持一定的流動性，則要多加水泥漿，增大單位用水量。若砂率過小，砂漿量不足，不能在粗骨料的周圍形成足夠的砂漿層起潤滑和填充作用，也會降低混合物的流動性，使混凝土拌合物的粘聚性、保水性變差，使混凝土混合物顯得粗澀，粗骨料離析，水泥漿流失。

⒍施工方法對混凝土泌水的影響

混凝土的運(yùn)輸距離遠(yuǎn)，攪拌時間長，易產(chǎn)生泌水?；炷凛斔秃蜐沧⑦^程中，從過高的地方沿溜槽滑下，會加劇離析的發(fā)生。同一配比的混凝土，澆注高度越高，泌水量越多。混凝土的過度振動會導(dǎo)致混凝土的離析泌水。

四、混凝土泌水的控制

混凝土泌水是必然的。嚴(yán)重的泌水會危害混凝土的性能與結(jié)構(gòu)，必須嚴(yán)格控制。根據(jù)混凝土泌水的原因，在給定原材料的情況下，可以從以下幾個方面控制混凝土的泌水。

⒈通過改善混凝土配合比控制混凝土的泌水

采用合理顆粒級配的水泥有利于控制混凝土的泌水。堿和C3A含量高的水泥有較大的保水性，因而拌合料泌水性小，但坍落度損失加大。用水量大是混凝土泌水的根本原因。因此，減少用水量和減少水灰比是控制混凝土泌水的有效途徑。但對一些有大流動性要求的混凝土，如泵送混凝土，減少用水量或減少水灰比在施工中是不可行的，可通過摻適量減水劑和泵送劑等辦法來改善混凝土的工作性。值得注意的是，為提高混凝土坍落度而不適量的加入減水劑也會導(dǎo)致泌水。

表1為某商品混凝土攪拌站采用的泵送混凝土配合比，坍落度要求為12～16cm。很顯然，該配合比水灰比以及單位用水量均不大，但其減水劑JZB－4用量過多，使混凝土在施工過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象。

表1 混凝土配合比（kg/m3）

改善骨料級配，適當(dāng)增加砂的用量，或采用顆粒細(xì)一些的砂，可控制混凝土的泌水。改善骨料級配是由改變砂率來實(shí)現(xiàn)的。在水灰比和單位用水量一定的條件下，改變砂率可改變混凝土的坍落度。換句話說，采用最佳砂率，在坍落度一定的情況下，可減少單位用水量。這對控制混凝土的泌水是有利的。

⒉通過摻入摻合料和外加劑控制混凝土的泌水

細(xì)顆粒對控制混凝土的泌水有好處。因此，可在混凝土中加入適量的摻合料。摻加混合材料如Ⅱ級以上的粉煤灰，可提高膠結(jié)料的粘聚性和保水性。摻加適量引氣劑。引氣能減少混凝土泌水。在路面和機(jī)場混凝土施工中，建議摻加少量引氣劑。摻加引氣劑和優(yōu)質(zhì)的粉煤灰能同時提高拌合物的流動性和粘聚性，是解決泌水問題時可優(yōu)先考慮采用的兩個措施。

⒊改進(jìn)混凝土施工方法

嚴(yán)格控制混凝土拌合物的攪拌時間，不能過長。澆注時落灰高度不能過高，2m以上應(yīng)用滑板落灰。澆注時采用分層澆注，分層厚度不宜過厚。第一層60-70cm，其他各層40cm左右為宜。澆注后應(yīng)按從外向里的順序振搗。嚴(yán)格控制振搗時間，盡可能減少對已振實(shí)部位的反復(fù)振動和余振。

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