水工混凝土泌水現(xiàn)象分析研究

潘全路+王鐵強(qiáng)

摘 要：混凝土泌水現(xiàn)象是影響混凝土性能的重要因素之一，對其進(jìn)行分析研究就顯得尤為重要與關(guān)鍵，混凝土的拌合成型硬化是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)過程，造成混凝土泌水的原因是多種多樣的，針對混凝土泌水問題，從原因機(jī)理、影響因素等方面進(jìn)行分析，落實(shí)到矯治措施，提高混凝土的強(qiáng)度、耐久性等性能。

關(guān)鍵詞：混凝土；泌水；影響因素；改善性能；分析

Hydraulic concrete analysis of bleeding phenomenon

PAN Quan-lu，WangTie-qiang

Abstract： The phenomenon of concrete bleeding is one of the important factors affecting the performance of concrete， is particularly important and critical analysis research， concrete mixing molding sclerosis is a complex process， resulting in concrete bleeding because multiplediverse， concrete bleeding from the reasons mechanism， influencing factors analysis and implement rehabilitation measures， to improve the strength， durability and other properties of concrete.

Key words： concrete； bleeding； influencing factors； improve performance； analysis

1.混凝土的泌水機(jī)理

混凝土拌合物澆筑之后到開始凝結(jié)期間，由于各組成材料的密度不同，如果配合比不當(dāng)，粘聚性差，會(huì)出現(xiàn)骨料和水泥漿下沉、水分上浮，在已澆筑構(gòu)件的表面析出水分，此現(xiàn)象稱為泌水。泌水的通道產(chǎn)生于水泥漿與固相骨料之間，同時(shí)伴隨著泌水現(xiàn)象的出現(xiàn)。

混凝土是由水、水泥、粗細(xì)骨料、摻合料、外加劑拌和硬化而成，質(zhì)量好的混凝土應(yīng)該是所有組分及氣泡分布均勻穩(wěn)定。產(chǎn)生不均勻的情況是混凝土拌合物各組分出現(xiàn)層狀分離現(xiàn)象、某些組分分離析出、水分泌出等現(xiàn)象。造成拌合物不均勻的直接原因是由于各組分密度不同導(dǎo)致的沉降和上浮。泌水后的混凝土在宏觀上仍然是均勻的，但會(huì)導(dǎo)致混凝土上表面不均勻和內(nèi)部局部不均勻。

根據(jù)水分在混凝土中的存在狀態(tài)，可將混凝土中的水分分為結(jié)合水、潤濕水和自由水。水泥中反應(yīng)速度快的部分在遇水后會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，消耗部分水，這部分水被定義為混凝土中的結(jié)合水，不能被鄰近部位的水分置換，也無法泌出拌合物；水遇到干燥狀態(tài)的水泥、骨料等以后，水泥和骨料表面會(huì)吸附一定量的水，使干燥的材料濕潤，這部分水受到固體材料表面的吸附，不能泌出拌合物，但可以被鄰近部位的水分置換，這部分水被定義為潤濕水；混凝土中其余的水分為自由水，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于自由水的多少及其潤濕效果，這部分水與固體材料的聯(lián)系較少，可以從混凝土中泌出。水分從混凝土內(nèi)部泌出到表面，需要經(jīng)過較長的距離，猶如經(jīng)過彎彎曲曲的微細(xì)水管，最后到達(dá)表面。如果各種材料顆粒級配好，堆積密實(shí)，孔隙微細(xì)，則水分泌出需要經(jīng)過的距離很長，會(huì)使泌水量減?。换蛘咚置诔龅耐ǖ辣蛔钄?，泌水量也會(huì)減小。

2.泌水對混凝土性能的影響

泌水在混凝土中是不均勻產(chǎn)生的，泌水以后的混凝土組分變得不均勻，混凝土在泌水部位產(chǎn)生空隙缺陷，導(dǎo)致該部位的混凝土抗壓、抗拉強(qiáng)度降低，這些部位強(qiáng)度的下降會(huì)導(dǎo)致混凝土整體強(qiáng)度的降低。不過，泌水對混凝土強(qiáng)度的影響很有限，但對混凝土的抗凍性、抗?jié)B性及防止鋼筋銹蝕等耐久性能的影響則很大。從泌水的產(chǎn)生機(jī)理可知，水分從混凝土內(nèi)部泌出到表面，在混凝土中形成了從內(nèi)到外貫通的通道，雖然這些通道很難發(fā)現(xiàn)或通過儀器觀察到，但對于抗氯離子滲透性能要求很高的海洋工程混凝土影響很大。這是由于來自海洋中的具有極強(qiáng)穿透能力的氯離子、含鹽霧潮濕大氣中的氧和濕氣等腐蝕性介質(zhì)，很容易沿著泌水留下的通道進(jìn)入混凝土內(nèi)部，到達(dá)鋼筋表面，引起鋼筋銹蝕或直接與水化產(chǎn)物發(fā)生腐蝕反應(yīng)；同樣由于泌水通道的存在，使長期受風(fēng)霜雨雪侵蝕的混凝土的內(nèi)部很快達(dá)到水飽和狀態(tài)，高度水飽和的混凝土在凍融循環(huán)作用下，很快產(chǎn)生凍融破壞，這對于抗凍混凝土來講是不允許的。此外，混凝土澆筑后產(chǎn)生泌水，水蒸發(fā)量超過一定程度時(shí)，由于毛細(xì)管的收縮作用，會(huì)在混凝土表層產(chǎn)生塑性收縮，由于砂石密度大于水泥漿體密度，會(huì)發(fā)生不均勻沉降收縮。如果混凝土終凝前抹壓不夠和養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生塑性裂縫，同樣會(huì)嚴(yán)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(jié)構(gòu)的模板接觸面溢出，不僅引起砂線、露砂等外觀質(zhì)量缺陷，也會(huì)影響到混凝土強(qiáng)度和變形性質(zhì)等質(zhì)量問題。對于保水性差的混凝土拌合物，在運(yùn)輸與澆搗中，在凝結(jié)硬化前泌出的水分聚集到混凝土表面會(huì)引起表面疏松，若聚集在骨料或鋼筋的下表面形成孔隙，會(huì)削弱骨料或鋼筋與水泥石的粘結(jié)力，影響混凝土的質(zhì)量。

泌水現(xiàn)象對混凝土所產(chǎn)生的影響極為重要，對其進(jìn)行分析顯得尤為重要與關(guān)鍵?；炷廉a(chǎn)生泌水現(xiàn)象以后，一般都會(huì)出現(xiàn)缺陷等，而且產(chǎn)生泌水現(xiàn)象部位的抗壓、抗拉強(qiáng)度等將進(jìn)一步降低，進(jìn)而會(huì)在很大程度上降低了混凝土的整體強(qiáng)度。一般而言，泌水現(xiàn)象對于混凝土的強(qiáng)度影響不是很大。但是，對于混凝土的耐久性則影響極為關(guān)鍵，必須引起我們的足夠重視。實(shí)際上，泌水現(xiàn)象對于混凝土耐久性的影響，主要是因?yàn)樗謴幕炷羶?nèi)部分泌到其表面以后，在混凝土中就形成了從內(nèi)到外的細(xì)小通道。而這些通道首先降低混凝土的抗?jié)B透能力，而且對于混凝土的抗?jié)B透性能的影響作用非常大，這一點(diǎn)必須引起足夠重視，并積極采取有效措施加以解決落實(shí)。第二，泌水現(xiàn)象對于混凝土的抗腐蝕及抗凍能力的影響比較大，這是因?yàn)楦g性物質(zhì)經(jīng)過細(xì)小的通道，一般比較容易進(jìn)入混凝土的內(nèi)部，從而到達(dá)鋼筋所在部位造成了鋼筋的腐蝕或者生銹，也可以直接同水化產(chǎn)物發(fā)生一些腐蝕或者反應(yīng)。同樣的道理，因?yàn)榇嬖诿谒F(xiàn)象以及細(xì)小的通道，使得了長期受風(fēng)霜雨雪侵蝕的混凝土很快就能達(dá)到飽和狀態(tài)。一般而言，處于飽和的混凝土，會(huì)在凍融等的循環(huán)作用下，對混凝土產(chǎn)生一定的凍融或者破壞作用，這對于混凝土來說是絕對不允許出現(xiàn)的。此外，混凝土澆筑以后產(chǎn)生的泌水現(xiàn)象，當(dāng)水蒸發(fā)超過一定的程度以后，因?yàn)槊?xì)管收縮作用的影響，會(huì)在混凝土的表層產(chǎn)生一定程度的塑性收縮。而由于砂石的密度比水泥漿的密度要大，這樣就容易產(chǎn)生不均勻的沉降收縮等現(xiàn)象。假如混凝土在凝固以前由于抹壓不夠或者養(yǎng)護(hù)不及時(shí)等時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一定程度的裂縫。而產(chǎn)生的這些裂縫，一般都會(huì)嚴(yán)重影響到混凝土的質(zhì)量與耐久性。

3.影響混凝土產(chǎn)生泌水現(xiàn)象的因素分析

3.1 水泥的凝結(jié)時(shí)間對泌水的影響。

水泥的凝結(jié)時(shí)間越長，所配制的混凝土凝結(jié)時(shí)間就越長，且凝結(jié)時(shí)間的延長幅度較水泥凈漿成倍地增長，在混凝土凝結(jié)硬化之前，水泥顆粒沉降的時(shí)間越長，混凝土越易泌水。

3.2溫度對泌水的影響。

施工時(shí)溫度升高也同樣會(huì)使空氣流動(dòng)速度加快，使水泥混凝土表面失水速度加快。減少了水泥混凝土內(nèi)多余水的含量，泌水現(xiàn)象就會(huì)減少。這也是夜間施工比白天施工、冬季施工比夏季施工更容易泌水的直接原因。

3.3水泥混合料種類及摻量對泌水的影響。

不同品種、不同強(qiáng)度等級的水泥的保水性、凝結(jié)時(shí)間、早期強(qiáng)度都差異較大。采用礦渣水泥保水性差，泌水性大，拌制混凝土?xí)r容易析出多余水分，形成毛細(xì)管通路；粉煤灰水泥需水量較小，泌水速度較快，容易引起失水裂紋。

3.4 減水劑對混凝土泌水的影響

對一些有大流動(dòng)性要求的混凝土，如泵送混凝土，通常采用摻減水劑和泵送劑等辦法可以改善混凝土的工作性。根據(jù)減水劑的作用機(jī)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(shí)使水泥顆粒表面的吸附水層變薄，所需的潤濕水量大大減少。以此機(jī)理，減水劑會(huì)使新拌混凝土中的可泌自由水量增加，使泌水增大。但是另一方面，由于減水劑的減水作用，同樣坍落度的混凝土所需的拌和水量大大減水，使混凝土中的可泌自由水量減水。最終的泌水情況取決于哪種作用起主導(dǎo)作用。減水劑與水泥的適應(yīng)性也影響混凝土的泌水，關(guān)于適應(yīng)性機(jī)理，目前還沒有公認(rèn)的研究成果。

3.5 集料對混凝土泌水的影響

混凝土的組成材料砂石集料含泥量較多時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響水泥的早期水化，黏土中的顆粒會(huì)包裹水泥顆粒，延緩并阻礙水泥的水化及混凝土的凝結(jié)，從而加劇混凝土的泌水。當(dāng)石子的級配不良時(shí)，使混凝土和易性變差，也會(huì)導(dǎo)致混凝土泌水。如集料粒徑越大，混凝土的泌水越嚴(yán)重。一般認(rèn)為，在其他條件相同的情況下，粗集料粒徑大比粒徑小m的混凝土泌水量大一些。而砂的細(xì)度模數(shù)越大，細(xì)顆粒越少、粗顆粒越多，混凝土則越易泌水。

3.6 配合比對混凝土泌水的影響

3.6.1混凝土單位用水量的影響

水泥漿賦予混凝土拌合物一定的流動(dòng)性。在水膠比不變的情況下，單位體積內(nèi)水泥漿愈多，混凝土拌合物的流動(dòng)性愈大。若水泥漿過多，將會(huì)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(dòng)性起決定性作用的是用水量。因?yàn)樘岣咚z比或增加水泥漿的用量最終都表現(xiàn)為混凝土用水量的增加。

3.6.2混凝土水膠比的影響

水膠比決定水泥漿的稠度。在水泥用量不變的情況下，增大水膠比會(huì)使拌合物的流動(dòng)性加大。如果水膠比過大，會(huì)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。因此在混凝土生產(chǎn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控用水量的變化，防止用水量嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)用量，這也是生產(chǎn)控制的關(guān)鍵。

3.6.3混凝土砂率的影響

砂率是指混凝土中砂的用量占砂石總用量的百分率。混合料中，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(dòng)性小。如要保持一定的流動(dòng)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(huì)降低混合物的流動(dòng)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。

3.7 施工方法對混凝土泌水的影響

施工過程中影響混凝土泌水的因素有振搗和混凝土每層澆筑的高度。振搗過程中，混凝土拌和物處于液化狀態(tài)，此時(shí)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；對鋼筋密集的部位，每次澆筑的高度應(yīng)小于50cm，如大于50cm，則容易導(dǎo)致混凝土振搗不到位，形成泌水。另外，泵送混凝土的泌水與泵送工藝有直接關(guān)系。泵送混凝土，在壓力下骨料吸附混凝土中的水分，壓送到泵管出口回到大氣壓下將吸附的水分排出，于是出現(xiàn)了泌水。過振也是產(chǎn)生泌水的一項(xiàng)不可忽視的因素。在一處振搗時(shí)間過長是不利的，它將引起材料的離析，特別是單位用水量大的混凝土更為明顯。對已澆筑的混凝土，在終凝前進(jìn)行二次振動(dòng)，可排除混凝土因泌水在石子、水平鋼筋下部形成的空隙和水分，提高粘結(jié)力和抗拉強(qiáng)度，并減少內(nèi)部裂縫與氣孔，提高抗裂性?；炷恋倪\(yùn)輸距離遠(yuǎn)，攪拌時(shí)間長，易產(chǎn)生泌水?；炷凛斔秃蜐仓^程中，從過高的地方沿溜槽滑下，會(huì)加劇離析的發(fā)生。同一配比的混凝土，澆筑高度越高，泌水量越多。

4.降低混凝土泌水的措施 改善混凝土性能

4.1改變設(shè)計(jì)理念

現(xiàn)有的規(guī)范中對混凝土耐久性是以最大水膠比和最小水泥用量來控制的，其出發(fā)點(diǎn)有二，一是根據(jù)工程的重要性與設(shè)計(jì)年限，二是成本與經(jīng)濟(jì)性，用水膠比和水泥用量來控制造價(jià)，由此來分配混凝土的經(jīng)濟(jì)成本，此設(shè)計(jì)思路，造成同一結(jié)構(gòu)不同部位的混凝土其耐久性有很大區(qū)別，這一先天的客觀約束導(dǎo)致人們認(rèn)為水膠比的屬性就是為了控制耐久性，與其它無關(guān)，是有歷史原因的，因?yàn)樵瓉淼哪z凝材料只有水泥，沒有其他摻和料，為了服從水膠比定律，只能用調(diào)節(jié)水膠比的方法來控制建筑成本，現(xiàn)在有了眾多活性摻和料，因此，需要控制與混凝土耐久性相關(guān)的混凝土泌水問題，就必須控制住混凝土飽和用水量，因此，一般地，混凝土最大水膠比不能大于0.45，最小水泥用量可以小于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)直至只要滿足強(qiáng)度需要即可，并且，為了發(fā)揮摻和料的特性，需要將混凝土的強(qiáng)度評定時(shí)間延長。

4.2 匹配水泥與外加劑

減水劑的選擇首先應(yīng)根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)、施工工藝的要求，確定混凝土從拌和到入模前所需的運(yùn)輸、等待所消耗的時(shí)間、環(huán)境溫度（罐車內(nèi)溫度）對混凝土和易性造成的影響。

4.3改善配合比設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方式

4.3.1 材料的選擇

水泥粗細(xì)程度的控制指標(biāo)應(yīng)以顆粒級配為主。水泥應(yīng)選擇出廠溫度低、飽和用水量高、流動(dòng)度大、C3 A，C4 AF小的產(chǎn)品。選擇水泥生產(chǎn)單位，應(yīng)進(jìn)行外加劑相容性試驗(yàn)。用外加劑相容性試驗(yàn)優(yōu)選外加劑。外加劑的保塑性能應(yīng)根據(jù)施工要求，季節(jié)影響隨時(shí)調(diào)整。粉煤灰、礦粉以需水量比和燒失量為主，活性指數(shù)、細(xì)度次之。集料的吸水率不應(yīng)大于2%。

4.3.2配合比

將水泥與減水劑樣品進(jìn)行配伍試驗(yàn)，選取最佳組合。將最大水膠比控制在0.45以下。檢測外加劑的最佳摻量，略低于最佳摻量作為混凝土的實(shí)際摻量。測得摻外加劑混凝土的飽和用水量作為控制泌水的臨界點(diǎn)。模擬施工條件進(jìn)行混凝土坍落度延時(shí)損失試驗(yàn)和試件制作。試拌混凝土?xí)r應(yīng)考慮水泥的實(shí)際溫度。砂率宜根據(jù)入模時(shí)的混凝土坍落度確定。配合比應(yīng)根據(jù)季節(jié)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4.4正確使用摻和料

膠凝材料漿體體積在純水泥過渡到摻加不同用量粉煤灰的過程中不發(fā)生變化是確?？箟簭?qiáng)度變化減緩的主要標(biāo)志，同時(shí)，用水量的減少使泌水產(chǎn)生的可能性減小。

4.5 使用防泌水外加劑

4.6 優(yōu)化攪拌設(shè)備

4.7 改善施工工藝

參考文獻(xiàn)

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