水泥混凝土是用量最大、用途最廣的一種建築材料,雖然已經有一百多年的發展歷史,但卻經久不衰,仍以旺盛的生命力向前發展,應用面也越來越廣。水泥混凝土的效能主要有和易性、含氣量、泌水性等。並且水泥混凝土泌水性經常出現,同時不易引起人們注意,嚴重危害著混凝土的質量,由於泌水受到很多因素的影響,但是沒有哪個因素能起關鍵作用,不能透過該因素直接解決泌水問題。因此,必須從混凝土泌水的原理著手,通過出現的病害,提出解決辦法,下面就是我們在撫南高速公路施工中遇見的混凝土泌水現象,談談混凝土泌水性是如何被預防和減少的。 1 混凝土拌和物產生泌水的原因 一般認為,混凝土拌和料澆築之後到開始凝結期間,由於骨料和水泥漿下沉,水份上升,在已澆築構件的表面析出水份的現象稱為泌水。泌水的通道產生在水泥漿與固相骨料之間,同時伴隨著泌水現象的出現。混凝土由水、水泥、細骨料、粗骨料、外加劑等拌和硬化而成,質量好混凝土應該是所有組分及氣泡分佈均勻穩定。產生不均勻的情況有三種,一是骨料沉底、漿體上浮,二是漿體沉底、骨料上浮,這兩種情況即經常遇到的混凝土離析,三是泌水即水分上浮逸出。產生不均勻的直接原因是各組分密度不同導致沉降或上浮。前兩種情況直接導致混凝土的宏觀不均勻性。泌水後的混凝土在宏觀上仍然是均勻的,但是會導致混凝土上表面不均勻和內部區域性不均勻。 根據水分在混凝土中的存在狀態,混凝土中的水分可以劃分為結合水、潤溼水與自由水。水泥中反應速度快的部分在加水以後可能會發生水化反應,消耗部分水,這部分水定義為混凝土中的結合水,這部分水不能被鄰近部位的水分置換,也無法逸出拌和物;水遇到乾燥狀態的水泥、骨料等以後,水泥和骨料表面會吸附一定量的水,使乾燥的材料溼潤,這部分水受到固體材料表面的吸附,不能逸出拌和物,但是可以被鄰近部位的水分置換,定義這部分水為潤溼水;混凝土中其餘的水分為自由水,在混凝土中起潤滑的作用,混凝土坍落度在很大程度上取決於自由水量的多少和其潤滑效果,這部分水與固體材料的聯絡較少,可以逸出混凝土,所有原材料中水的密度最小,逸出以後上浮,形成泌水,這部分水也稱為可泌水分。 水分要從混凝土內部泌出到表面,需要經過較長的距離,猶如經過彎彎曲曲的微細水管,最後到達表面。如果各種顆粒級配好,堆積密實,孔隙微細,則水分泌出需要經過的距離很長,則會使泌水量減小。或者如果水分泌出的通道被阻斷,泌水量也會減小。 2 泌水對混凝土效能的影響 泌水對混凝土效能是有影響的,首先泌水本身在混凝土中是不均勻產生的,泌水以後的混凝土組分變得不均勻,混凝土在泌水部位產生空隙缺陷,導致該部位的抗壓、抗拉強度並不會由於該處的水灰比下降而升高,反而是強度降低了,這些部位強度的下降會造成混凝土整體強度降低。不過,泌水對混凝土強度的影響很有限,但對混凝土的抗凍性、抗滲性及防止鋼筋鏽蝕等耐久效能的影響則很大。從泌水的產生機理可知,水分從混凝土內部泌出到表面,在混凝土中形成了從裡到外貫通的通道,雖然這些通道很難直接或透過儀器觀察到,但對於抗氯離子滲透效能要求很高的海洋工程混凝土影響很大,對混凝土的抗腐蝕、抗凍效能影響也很大,這是由於來自海水中的具有極強穿透能力的氯離子、含鹽霧潮溼大氣中的氧和溼氣等腐蝕性介質很容易沿著泌水留下的通道進入混凝土內部,到達鋼筋表面引起鋼筋鏽蝕或者直接與水化產物發生腐蝕反應;同樣由於泌水通道的存在,使長期受風霜雨雪侵蝕的混凝土內部很快達到水飽和狀態,高度飽和的混凝土在凍融迴圈作用下,很快產生凍融破壞,這對於抗凍混凝土來說是不允許的。還有,混凝土澆築後產生泌水,水蒸發量超過一定程度,由於毛細管的收縮作用,就會在混凝土表層產生塑性收縮,由於砂石比重大於水泥漿體比重,會發生不均勻沉降收縮,如果混凝土終凝前抹壓不夠和養護不及時,就會產生塑性裂縫,這些裂縫的產生,同樣會嚴重影響到混凝土的耐久性。另一方面,泌水挾著水泥沿著混凝土結構的模板接觸面溢位,引起砂線、露砂等不僅只是外觀質量缺陷,也是直接會影響到混凝土強度和變形性質的內部質量問題。 3 影響混凝土泌水的因素 混凝土的泌水幾乎與混凝土生產的所有環節有關,如水泥、配合比、含氣量、外加劑、振搗過程等。 3. 1 水泥對混凝土泌水的影響 水泥影響混凝土泌水主要與其反應活性、細度、顆粒形貌等有關。水泥細度越高,比表面積越大,則溼潤水泥表面所需的水量越多,即潤溼水量較多;同時如果水泥較細,其反應活性增加,初期反應所需要的結合水也會增加。這兩部分水的增加會使可以溢位形成泌水的自由水量減少,從而對降低泌水有利。另外,較細的水泥會細化混凝土中的孔隙,降低孔隙連通性,導致泌水通道數量減少和泌水通道距離增大,使得泌水量減少。 3. 2 摻和料混凝土泌水的影響 粉煤灰、磨細礦渣粉、矽灰均屬於活性摻和料,它們都含有大量的活性氧化矽、氧化鋁。這些物質都具有比水泥更多的球形顆粒,顆粒圓整、表面光滑、粒度較細、質地緻密,這些形態上的特點促使水泥漿體的需水量降低,可顯著改善混凝土拌和物的流動性、可泵性,坍落度的經時損失較少;摻入適量的高細度優質摻和料,減少混凝土拌和物泌水主要原因就是不論摻和料在混凝土內部發生化學反應還是物理反應,最終的結果就是使混凝土內部更加密實,強度增加,同時減少漿體沉降離析,拌和物保水性和均勻性較好,阻礙了水分泌出。從混凝土拌和物發現,隨著摻和料細度的提高,混凝土的工作和易性好,泌水減少但是隨著摻和料細度的增加會使混凝土的可泌水數量增大。 3. 3 配合比對混凝土泌水的影響 影響混凝土泌水的配合比因素主要有水泥用量和砂率。水泥用量增加或者砂率增加,會使拌和物顆粒的總比表面積增加,潤溼水分量增加,使可泌水量減少。同時,細顆粒用量增加,會使泌水通道長度增加,對減小混凝土泌水有利。水泥用量增加,會使混凝土的粘聚性增加、保水性改善,對減少泌水有利。混凝土中的單位用水量與泌水有直接的關係,如果其他材料比例關係保持不變,用水量增加,會使混凝土中的可泌自由水量增加,泌水增大。 3. 4 含氣量對泌水的影響 混凝土在未加引氣劑時,有約0. 5% ～2%的含氣量。這種氣泡大小很不均勻,形狀也不規則,很容易破裂,對強度有害。而加入引氣劑可明顯使氣泡細膩、均勻、形狀規則、呈球形。這些球形氣泡如滾珠一樣,起著潤滑作用,使混凝土的工作性大大改善。一般說來,引氣量控制適宜的話,摻入引氣劑的混凝土減水率可達7% ～9%。引氣劑的加入,可使混凝土的粘度增大,泌水顯著減小。 3. 5 減水劑對泌水的影響 根據減水劑的作用機理,極性分子吸附在水泥顆粒周圍,使得顆粒之間相互排斥,減少絮凝作用,釋放被水泥顆粒包裹的水分,同時使水泥顆粒表面的吸附水層變薄,所需的潤溼水量大大減少。以此機理,減水劑會使混凝土中的可泌自由水量增加,使泌水增大。但是另一方面,由於減水劑的減水作用,同樣坍落度的混凝土所需的拌和水量大大減少,使混凝土中的可泌自由水量減少。最終的泌水情況取決於哪種作用起主導作用。 3. 6 施工對混凝土泌水的影響 施工過程中影響混凝土泌水的主要因素是振搗,振搗過程中,混凝土拌和物處於液化狀態,此時其中的自由水在壓力作用下,很容易在拌和物中形成通道泌出。另外,如果是泵送混凝土,泵送過程中的壓力作用會使混凝土中氣泡受到破壞,導致泌水增大。 4 解決混凝土泌水的途徑 (1) 混凝土配合比方面,適當增加水泥用量,適當提高混凝土的砂率,在不滿足其他效能的前提下,使混凝土適量引氣。在保證施工效能的前提下,儘量減少單位用水量。 (2) 原材料方面,選用較細的水泥,如矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥、火山灰質矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥、複合矽酸鹽水泥、石灰石矽酸鹽水泥等。 (3) 減水劑方面,選用泌水較小的減水劑。如使用木質素磺酸鈣、WF減水劑、建1減水劑等減水劑,可降低混凝土孔隙孔徑,使其形成大量分散極細的氣孔,在滿足標準和使用要求的情況下,選用減水率合適的減水劑摻量,避免減水率過高造成泌水。 (4) 施工方面,嚴格控制混凝土振搗時間,避免過振。另外相應採取儘快排除泌出水分的措施,如吸水模板、真空作業或離心成型等工藝;在泌水過程臨近結束時,使用二次搗實的辦法,則可使實
水泥混凝土是用量最大、用途最廣的一種建築材料,雖然已經有一百多年的發展歷史,但卻經久不衰,仍以旺盛的生命力向前發展,應用面也越來越廣。水泥混凝土的效能主要有和易性、含氣量、泌水性等。並且水泥混凝土泌水性經常出現,同時不易引起人們注意,嚴重危害著混凝土的質量,由於泌水受到很多因素的影響,但是沒有哪個因素能起關鍵作用,不能透過該因素直接解決泌水問題。因此,必須從混凝土泌水的原理著手,通過出現的病害,提出解決辦法,下面就是我們在撫南高速公路施工中遇見的混凝土泌水現象,談談混凝土泌水性是如何被預防和減少的。 1 混凝土拌和物產生泌水的原因 一般認為,混凝土拌和料澆築之後到開始凝結期間,由於骨料和水泥漿下沉,水份上升,在已澆築構件的表面析出水份的現象稱為泌水。泌水的通道產生在水泥漿與固相骨料之間,同時伴隨著泌水現象的出現。混凝土由水、水泥、細骨料、粗骨料、外加劑等拌和硬化而成,質量好混凝土應該是所有組分及氣泡分佈均勻穩定。產生不均勻的情況有三種,一是骨料沉底、漿體上浮,二是漿體沉底、骨料上浮,這兩種情況即經常遇到的混凝土離析,三是泌水即水分上浮逸出。產生不均勻的直接原因是各組分密度不同導致沉降或上浮。前兩種情況直接導致混凝土的宏觀不均勻性。泌水後的混凝土在宏觀上仍然是均勻的,但是會導致混凝土上表面不均勻和內部區域性不均勻。 根據水分在混凝土中的存在狀態,混凝土中的水分可以劃分為結合水、潤溼水與自由水。水泥中反應速度快的部分在加水以後可能會發生水化反應,消耗部分水,這部分水定義為混凝土中的結合水,這部分水不能被鄰近部位的水分置換,也無法逸出拌和物;水遇到乾燥狀態的水泥、骨料等以後,水泥和骨料表面會吸附一定量的水,使乾燥的材料溼潤,這部分水受到固體材料表面的吸附,不能逸出拌和物,但是可以被鄰近部位的水分置換,定義這部分水為潤溼水;混凝土中其餘的水分為自由水,在混凝土中起潤滑的作用,混凝土坍落度在很大程度上取決於自由水量的多少和其潤滑效果,這部分水與固體材料的聯絡較少,可以逸出混凝土,所有原材料中水的密度最小,逸出以後上浮,形成泌水,這部分水也稱為可泌水分。 水分要從混凝土內部泌出到表面,需要經過較長的距離,猶如經過彎彎曲曲的微細水管,最後到達表面。如果各種顆粒級配好,堆積密實,孔隙微細,則水分泌出需要經過的距離很長,則會使泌水量減小。或者如果水分泌出的通道被阻斷,泌水量也會減小。 2 泌水對混凝土效能的影響 泌水對混凝土效能是有影響的,首先泌水本身在混凝土中是不均勻產生的,泌水以後的混凝土組分變得不均勻,混凝土在泌水部位產生空隙缺陷,導致該部位的抗壓、抗拉強度並不會由於該處的水灰比下降而升高,反而是強度降低了,這些部位強度的下降會造成混凝土整體強度降低。不過,泌水對混凝土強度的影響很有限,但對混凝土的抗凍性、抗滲性及防止鋼筋鏽蝕等耐久效能的影響則很大。從泌水的產生機理可知,水分從混凝土內部泌出到表面,在混凝土中形成了從裡到外貫通的通道,雖然這些通道很難直接或透過儀器觀察到,但對於抗氯離子滲透效能要求很高的海洋工程混凝土影響很大,對混凝土的抗腐蝕、抗凍效能影響也很大,這是由於來自海水中的具有極強穿透能力的氯離子、含鹽霧潮溼大氣中的氧和溼氣等腐蝕性介質很容易沿著泌水留下的通道進入混凝土內部,到達鋼筋表面引起鋼筋鏽蝕或者直接與水化產物發生腐蝕反應;同樣由於泌水通道的存在,使長期受風霜雨雪侵蝕的混凝土內部很快達到水飽和狀態,高度飽和的混凝土在凍融迴圈作用下,很快產生凍融破壞,這對於抗凍混凝土來說是不允許的。還有,混凝土澆築後產生泌水,水蒸發量超過一定程度,由於毛細管的收縮作用,就會在混凝土表層產生塑性收縮,由於砂石比重大於水泥漿體比重,會發生不均勻沉降收縮,如果混凝土終凝前抹壓不夠和養護不及時,就會產生塑性裂縫,這些裂縫的產生,同樣會嚴重影響到混凝土的耐久性。另一方面,泌水挾著水泥沿著混凝土結構的模板接觸面溢位,引起砂線、露砂等不僅只是外觀質量缺陷,也是直接會影響到混凝土強度和變形性質的內部質量問題。 3 影響混凝土泌水的因素 混凝土的泌水幾乎與混凝土生產的所有環節有關,如水泥、配合比、含氣量、外加劑、振搗過程等。 3. 1 水泥對混凝土泌水的影響 水泥影響混凝土泌水主要與其反應活性、細度、顆粒形貌等有關。水泥細度越高,比表面積越大,則溼潤水泥表面所需的水量越多,即潤溼水量較多;同時如果水泥較細,其反應活性增加,初期反應所需要的結合水也會增加。這兩部分水的增加會使可以溢位形成泌水的自由水量減少,從而對降低泌水有利。另外,較細的水泥會細化混凝土中的孔隙,降低孔隙連通性,導致泌水通道數量減少和泌水通道距離增大,使得泌水量減少。 3. 2 摻和料混凝土泌水的影響 粉煤灰、磨細礦渣粉、矽灰均屬於活性摻和料,它們都含有大量的活性氧化矽、氧化鋁。這些物質都具有比水泥更多的球形顆粒,顆粒圓整、表面光滑、粒度較細、質地緻密,這些形態上的特點促使水泥漿體的需水量降低,可顯著改善混凝土拌和物的流動性、可泵性,坍落度的經時損失較少;摻入適量的高細度優質摻和料,減少混凝土拌和物泌水主要原因就是不論摻和料在混凝土內部發生化學反應還是物理反應,最終的結果就是使混凝土內部更加密實,強度增加,同時減少漿體沉降離析,拌和物保水性和均勻性較好,阻礙了水分泌出。從混凝土拌和物發現,隨著摻和料細度的提高,混凝土的工作和易性好,泌水減少但是隨著摻和料細度的增加會使混凝土的可泌水數量增大。 3. 3 配合比對混凝土泌水的影響 影響混凝土泌水的配合比因素主要有水泥用量和砂率。水泥用量增加或者砂率增加,會使拌和物顆粒的總比表面積增加,潤溼水分量增加,使可泌水量減少。同時,細顆粒用量增加,會使泌水通道長度增加,對減小混凝土泌水有利。水泥用量增加,會使混凝土的粘聚性增加、保水性改善,對減少泌水有利。混凝土中的單位用水量與泌水有直接的關係,如果其他材料比例關係保持不變,用水量增加,會使混凝土中的可泌自由水量增加,泌水增大。 3. 4 含氣量對泌水的影響 混凝土在未加引氣劑時,有約0. 5% ～2%的含氣量。這種氣泡大小很不均勻,形狀也不規則,很容易破裂,對強度有害。而加入引氣劑可明顯使氣泡細膩、均勻、形狀規則、呈球形。這些球形氣泡如滾珠一樣,起著潤滑作用,使混凝土的工作性大大改善。一般說來,引氣量控制適宜的話,摻入引氣劑的混凝土減水率可達7% ～9%。引氣劑的加入,可使混凝土的粘度增大,泌水顯著減小。 3. 5 減水劑對泌水的影響 根據減水劑的作用機理,極性分子吸附在水泥顆粒周圍,使得顆粒之間相互排斥,減少絮凝作用,釋放被水泥顆粒包裹的水分,同時使水泥顆粒表面的吸附水層變薄,所需的潤溼水量大大減少。以此機理,減水劑會使混凝土中的可泌自由水量增加,使泌水增大。但是另一方面,由於減水劑的減水作用,同樣坍落度的混凝土所需的拌和水量大大減少,使混凝土中的可泌自由水量減少。最終的泌水情況取決於哪種作用起主導作用。 3. 6 施工對混凝土泌水的影響 施工過程中影響混凝土泌水的主要因素是振搗,振搗過程中,混凝土拌和物處於液化狀態,此時其中的自由水在壓力作用下,很容易在拌和物中形成通道泌出。另外,如果是泵送混凝土,泵送過程中的壓力作用會使混凝土中氣泡受到破壞,導致泌水增大。 4 解決混凝土泌水的途徑 (1) 混凝土配合比方面,適當增加水泥用量,適當提高混凝土的砂率,在不滿足其他效能的前提下,使混凝土適量引氣。在保證施工效能的前提下,儘量減少單位用水量。 (2) 原材料方面,選用較細的水泥,如矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥、火山灰質矽酸鹽水泥、粉煤灰矽酸鹽水泥、複合矽酸鹽水泥、石灰石矽酸鹽水泥等。 (3) 減水劑方面,選用泌水較小的減水劑。如使用木質素磺酸鈣、WF減水劑、建1減水劑等減水劑,可降低混凝土孔隙孔徑,使其形成大量分散極細的氣孔,在滿足標準和使用要求的情況下,選用減水率合適的減水劑摻量,避免減水率過高造成泌水。 (4) 施工方面,嚴格控制混凝土振搗時間,避免過振。另外相應採取儘快排除泌出水分的措施,如吸水模板、真空作業或離心成型等工藝;在泌水過程臨近結束時,使用二次搗實的辦法,則可使實