水泥混凝土泌水的成因、危害及控制

2010-01-15尹新平

散装水泥 2010年6期

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、形态各不相同的物质混合在一起制成的，在运输、浇注的过程中其均一性难以维持，各种材料发生分离，造成混合物不均匀并失去连续性，这一过程称为混凝土的离析。可以观察到的离析现象，包括粗骨料与水泥浆的分离和水分的上浮，后者称为泌水。

在混凝土工程的施工过程中，大家普遍关心的是混凝土的强度是否达到要求，混凝土是否开裂，而对混凝土在施工的过程中是否产生泌水不甚关心。有些人甚至认为，混凝土的泌水不过是在混凝土表面留下一些流砂水纹，难看而已。实际上，泌水不仅在混凝土表面产生砂线、砂斑、麻面等看得见的现象，而且还会导致表面的塑性开裂，在石子的底部或侧面形成孔隙，并形成泌水通道，轻者影响混凝土的美观，重者影响到整个混凝土结构的性能。

一、混凝土泌水的形成及泌水量的测定

混凝土浇注与捣实后初凝前，在骨料的重力挤压作用下，流动性较好的水泥浆和水上浮。部分水分向外蒸发上浮至混凝土上表面，产生泌水，同时出现浮浆层。水分在上浮的过程中，会留下泌水通道。水分上浮至粗骨料的下方或侧面时，会产生内分层。

描述混凝土泌水特性的参数有：泌水量，即混凝土拌合物单位面积的平均泌水量；泌水率，泌水量对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，混凝土拌合物单位厚度平均泌水深度。

泌水量试验在美国ASTM－C232-92以及日本标准JIS－A11231975中均有规定的方法。采用金属制圆筒状容器，容器的尺寸为内径25cm，内高28.5cm。按规定的方法往容器内浇注混凝土，使混凝土地表面比容器的上口边缘低3±0.3cm，并用抹刀将混凝土表面抹平。抹平后立即记录时间，作为时间的起点，然后保持试样和容器不受震动，将其放置在水平的台面上或地板上，盖上合适的盖子之后每隔一定时间一次吸取渗出混凝土表面的水，直到认为不再泌水为止。析出的水放入带刻度的量筒中，记录每次吸水后的累计水量。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现在混凝土浇注后2小时左右。

⒈对混凝土表面的危害

有流砂水纹缺陷的混凝土，表面强度、抗风化和抗侵蚀的能力较差。同时，水分的上浮在混凝土内留下泌水通道，即产生大量自底部向顶层发展的毛细管通道网，这些通道增加了混凝土的渗透性，盐溶液和水分以及有害物质容易进入混凝土中，使混凝土表面损坏。泌水使混凝土表面的水灰比增大，并出现浮浆，即上浮的水中带有大量的水泥颗粒，在混凝土表面形成返浆层，硬化后强度很低，同时混凝土的耐磨性下降。这对路面等有耐磨要求的混凝土是十分有害的。

⒉对混凝土内部结构及性能的危害

在混凝土粗骨料、钢筋周围形成水囊，随着水分的逐渐挥发形成空隙，从而影响混凝土的致密性、骨料的界面强度以及混凝土与钢筋间的握裹力。混凝土泌水造成塑性收缩是一个不可逆的变形。泌水引起混凝土的沉降导致混凝土产生塑性裂纹。塑性裂纹的存在会降低水泥石的强度。由于泌水混凝土产生整体沉降，浇注深度大时靠近顶部的拌合物运动距离更长，沉降受到阻碍。如遇到钢筋等障碍时，产生塑性沉降裂纹，从表面向下直至钢筋的上方。分层浇注的混凝土受下层混凝土表面泌水的影响，造成混凝土层间结合强度降低并易形成裂缝。

三、影响混凝土泌水的因素

混凝土浇注后到开始凝结期间固体粒子下沉，并在表面析出水，同时混凝土拌合物发生沉降收缩。泌水多少受水泥及骨料的品种、性质及气温等因素的影响，同时与混凝土的配合比及施工方法等有关。

⒈水泥和骨料对混凝土泌水的影响

水泥主要从品种和颗粒级配两方面对混凝土的泌水产生影响。采用矿渣水泥和火山灰水泥，混凝土的流动性比普通水泥小，产生泌水的可能性大。不同矿物组成的水泥标准稠度用水量不同。水泥颗粒粒径主要分布在一个狭窄的区域范围内时，水泥的需水量较大，保水性较差，容易产生泌水。粗骨料多且细骨料中微粉少时，泌水量增多。

⒉配合比对混凝土泌水的影响

混凝土配合比设计过程中的三个重要参数，即单位用水量、水灰比和砂率，对混凝土的泌水有很大影响。

⒊混凝土的单位用水量

水泥浆赋予混凝土拌合物一定的流动性。在水灰比不变的情况下，单位体积内水泥浆愈多，混凝土拌合物的流动性愈大。若水泥浆过多，将会出现流浆现象，使混凝土拌合物的粘聚性变差。无论是水泥浆的多少，还是水泥浆的稀稠，对混凝土拌合物流动性起决定性作用的是用水量。因为提高水灰比或增加水泥浆的用量最终都表现为混凝土用水量的增加。

⒋混凝土的水灰比

水灰比决定水泥浆的稠度。在水泥用量不变的情况下，增大水灰比会使拌合物的流动性加大。如果水灰比过大，会造成混凝土拌合物的粘聚性和保水性不良而产生流浆、离析现象，严重影响混凝土的强度。

⒌混凝土的砂率

砂率是指混凝土中砂的用量占砂石总用量的百分率。混合料中，砂是用来填充石子的空隙。在水泥浆一定的条件下，若砂率过大，则骨料的总表面积及空隙率增大，混凝土混合物就显得干稠，流动性小，如要保持一定的流动性，则要多加水泥浆，增大单位用水量。若砂率过小，砂浆量不足，不能在粗骨料的周围形成足够的砂浆层起润滑和填充作用，也会降低混合物的流动性，使混凝土拌合物的粘聚性、保水性变差，使混凝土混合物显得粗涩，粗骨料离析，水泥浆流失。

⒍施工方法对混凝土泌水的影响

混凝土的运输距离远，搅拌时间长，易产生泌水。混凝土输送和浇注过程中，从过高的地方沿溜槽滑下，会加剧离析的发生。同一配比的混凝土，浇注高度越高，泌水量越多。混凝土的过度振动会导致混凝土的离析泌水。

四、混凝土泌水的控制

混凝土泌水是必然的。严重的泌水会危害混凝土的性能与结构，必须严格控制。根据混凝土泌水的原因，在给定原材料的情况下，可以从以下几个方面控制混凝土的泌水。

⒈通过改善混凝土配合比控制混凝土的泌水

采用合理颗粒级配的水泥有利于控制混凝土的泌水。碱和C3A含量高的水泥有较大的保水性，因而拌合料泌水性小，但坍落度损失加大。用水量大是混凝土泌水的根本原因。因此，减少用水量和减少水灰比是控制混凝土泌水的有效途径。但对一些有大流动性要求的混凝土，如泵送混凝土，减少用水量或减少水灰比在施工中是不可行的，可通过掺适量减水剂和泵送剂等办法来改善混凝土的工作性。值得注意的是，为提高混凝土坍落度而不适量的加入减水剂也会导致泌水。

表1为某商品混凝土搅拌站采用的泵送混凝土配合比，坍落度要求为12～16cm。很显然，该配合比水灰比以及单位用水量均不大，但其减水剂JZB－4用量过多，使混凝土在施工过程中产生严重的泌水现象。

表1 混凝土配合比（kg/m3）

改善骨料级配，适当增加砂的用量，或采用颗粒细一些的砂，可控制混凝土的泌水。改善骨料级配是由改变砂率来实现的。在水灰比和单位用水量一定的条件下，改变砂率可改变混凝土的坍落度。换句话说，采用最佳砂率，在坍落度一定的情况下，可减少单位用水量。这对控制混凝土的泌水是有利的。

⒉通过掺入掺合料和外加剂控制混凝土的泌水

细颗粒对控制混凝土的泌水有好处。因此，可在混凝土中加入适量的掺合料。掺加混合材料如Ⅱ级以上的粉煤灰，可提高胶结料的粘聚性和保水性。掺加适量引气剂。引气能减少混凝土泌水。在路面和机场混凝土施工中，建议掺加少量引气剂。掺加引气剂和优质的粉煤灰能同时提高拌合物的流动性和粘聚性，是解决泌水问题时可优先考虑采用的两个措施。