浅谈影响混凝土的泌水性的因素和预防措施

浅谈影响混凝土的泌水性的因素和预防措施水泥混凝土是用量最大、用途最广的一种建筑材料,虽然已经有一百多年的发展历史,但却经久不衰,仍以旺盛的生命力向前发展,应用面也越来越广。

水泥混凝土的性能主要有和易性、含气量、泌水性等。

并且水泥混凝土泌水性经常出现,同时不易引起人们注意,严重危害着混凝土的质量,由于泌水受到很多因素的影响,但是没有哪个因素能起关键作用,不能通过该因素直接解决泌水问题。

因此,必须从混凝土泌水的原理着手,通过出现的病害,提出解决办法,下面就是我们在抚南高速公路施工中遇见的混凝土泌水现象,谈谈混凝土泌水性是如何被预防和减少的。

1混凝土拌和物产生泌水的原因
一般认为,混凝土拌和料浇筑之后到开始凝结期间,由于骨料和水泥浆下沉,水份上升,在已浇筑构件的表面析出水份的现象称为泌水。

泌水的通道产生在水泥浆与固相骨料之间,同时伴随着泌水现象的出现。

混凝土由水、水泥、细骨料、粗骨料、外加剂等拌和硬化而成,质量好混凝土应该是所有组分及气泡分布均匀稳定。

产生不均匀的情况有三种,一是骨料沉底、浆体上浮,二是浆体沉底、骨料上浮,这两种情况即经常遇到的混凝土离析,三是泌水即水分上浮逸出。

产生不均匀的直接原因是各组分密度不同导致沉降或上浮。

前两种情况直接导致混凝土的宏观不均匀性。

泌水后的混凝土在宏观上仍然是均匀的,但是会导致混凝土上表面不均匀和内部局部不均匀。

根据水分在混凝土中的存在状态,混凝土中的水分可以划分为结合水、润湿水与自由水。

水泥中反应速度快的部分在加水以后可能会发生水化反应,消耗部分水,这部分水定义为混凝土中的结合水,这部分水不能被邻近部位的水分置换,也无法逸出拌和物;水遇到干燥状态的水泥、骨料等以后,水泥和骨料表面会吸附一定量的水,使干燥的材料湿润,这部分水受到固体材料表面的吸附,不能逸出拌和物,但是可以被邻近部位的水分置换,定义这部分水为润湿水;混凝土中其余的水分为自由水,在混凝土中起润滑的作用,混凝土坍落度在很大程度上取决于自由水量的多少和其润滑效果,这部分水与固体材料的联系较少,可以逸出混凝土,所有原材料中水的密度最小,逸出以后上浮,形成泌水,这部分水也称为可泌水分。

水分要从混凝土内部泌出到表面,需要经过较长的距离,犹如经过弯弯曲曲的微细水管,最后到达表面。

如果各种颗粒级配好,堆积密实,孔隙微细,则水分泌出需要经过的距离很长,则会使泌水量减小。

或者如果水分泌出的通道被阻断,泌水量也会减小。

2泌水对混凝土性能的影响
泌水对混凝土性能是有影响的,首先泌水本身在混凝土中是不均匀产生的,泌水以后的混凝土组分变得不均匀,混凝土在泌水部位产生空隙缺陷,导致该部位的抗压、抗拉强度并不会由于该处的水灰比下降而升高,反而是强度降低了,这些部位强度的下降会造成混凝土整体强度降低。

不过,泌水对混凝土强度的影响很有限,但对混凝土的抗冻性、抗渗性及防止钢筋锈蚀等耐久性能的影响则很大。

从泌水的产生机理可知,水分从混凝土内部泌出到表面,在混凝土中形成了从里到外贯通的通道,虽然这些通道很难直接或通过仪器观察到,但对于抗氯离子渗透性能要求很高的海洋工程混凝土影响很大,对混凝土的抗腐蚀、抗冻性能影响也很大,这是由于来自海水中的具有极强穿透能力的氯离子、含盐雾潮湿大气中的氧和湿气等腐蚀性介质很容易沿着泌水留下的通道进入混凝土内部,到达钢筋表面引起钢筋锈蚀或者直接与水化产物发生腐蚀反应;同样由于泌水通道的存在,使长期受风霜雨雪侵蚀的混凝土内部很快达到水饱和状态,高度饱和的混凝土在冻融循环作用下,很快产生冻融破坏,这对于抗冻混凝土来说是不允许的。

还有,混凝土浇筑后产生泌水,水蒸发量超过一定程度,由于毛细管的收缩作用,就会在混凝土表层产生塑性收缩,由于砂石比重大于水泥浆体比重,会发生不均匀沉降收缩,如果混凝土终凝前抹压不够和养护不及时,就会产生塑性裂缝,这些裂缝的产生,同样会严重影响到混凝土的耐久性。

另一方面,泌水挟着水泥沿着混凝土结构的模板接触面溢出,引起砂线、露砂等不仅只是外观质量缺陷,也是直接会影响到混凝土强度和变形性质的内部质量问题。

3影响混凝土泌水的因素
混凝土的泌水几乎与混凝土生产的所有环节有关,如水泥、配合比、含气量、外加剂、振捣过程等。

3. 1水泥对混凝土泌水的影响
水泥影响混凝土泌水主要与其反应活性、细度、颗粒形貌等有关。

水泥细度越高,比表面积越大,则湿润水泥表面所需的水量越多,即润湿水量较多;同时如果水泥较细,其反应活性增加,初期反应所需要的结合水也会增加。

这两部分水的增加会使可以溢出形成泌水的自由水量减少,从而对降低泌水有利。

另外,较细的水泥会细化混凝土中的孔隙,降低孔隙连通性,导致泌水通道数量减少和泌水通道距离增大,使得泌水量减少。

3. 2掺和料混凝土泌水的影响
粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰均属于活性掺和料,它们都含有大量
的活性氧化硅、氧化铝。

这些物质都具有比水泥更多的球形颗粒,颗粒圆整、表面光滑、粒度较细、质地致密,这些形态上的特点促使水泥浆体的需水量降低,可显著改善混凝土拌和物的流动性、可泵性,坍落度的经时损失较少;掺入适量的高细度优质掺和料,减少混凝土拌和物泌水主要原因就是不论掺和料在混凝土内部发生化学反应还是物理反应,最终的结果就是使混凝土内部更加密实,强度增加,同时减少浆体沉降离析,拌和物保水性和均匀性较好,阻碍了水分泌出。

从混凝土拌和物发现,随着掺和料细度的提高,混凝土的工作和易性好,泌水减少但是随着掺和料细度的增加会使混凝土的可泌水数量增大。

3. 3配合比对混凝土泌水的影响
影响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,会使拌和物颗粒的总比表面积增加,润湿水分量增加,使可泌水量减少。

同时,细颗粒用量增加,会使泌水通道长度增加,对减小混凝土泌水有利。

水泥用量增加,会使混凝土的粘聚性增加、保水性改善,对减少泌水有利。

混凝土中的单位用水量与泌水有直接的关系,如果其他材料比例关系保持不变,用水量增加,会使混凝土中的可泌自由水量增加,泌水增大。

3. 4含气量对泌水的影响
混凝土在未加引气剂时,有约0. 5% ～2%的含气量。

这种气泡大小很不均匀,形状也不规则,很容易破裂,对强度有害。

而加入引气剂可明显使气泡细腻、均匀、形状规则、呈球形。

这些球形气泡如滚珠一样,起着润滑作用,使混凝土的工作性大大改善。

一般说来,引气量控制适宜的话,掺入引气剂的混凝土减水率可达7% ～9%。

引气剂的加入,可使混凝土的粘度增大,泌水显著减小。

3. 5减水剂对泌水的影响
根据减水剂的作用机理,极性分子吸附在水泥颗粒周围,使得颗粒之间相互排斥,减少絮凝作用,释放被水泥颗粒包裹的水分,同时使水泥颗粒表面的吸附水层变薄,所需的润湿水量大大减少。

以此机理,减水剂会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,由于减水剂的减水作用,同样坍落度的混凝土所需的拌和水量大大减少,使混凝土中的可泌自由水量减少。

最终的泌水情况取决于哪种作用起主导作用。

3. 6施工对混凝土泌水的影响
施工过程中影响混凝土泌水的主要因素是振捣,振捣过程中,混凝土拌和物处于液化状态,此时其中的自由水在压力作用下,很容易在拌和物中形成通道泌出。

另外,如果是泵送混凝土,泵送过程中的压力作
用会使混凝土中气泡受到破坏,导致泌水增大。

4解决混凝土泌水的途径
针对水泥泌水性,无论采取什么措施,其总的目标是:提高混凝土的密实度,改善孔径分布。

为此,必须正确设计混凝土的配合比,保证足够用水量,适当降低水灰比,仔细选择集料级配,提高施工质量。

根据混凝土泌水的原理和各因素影响泌水的机理,我们主要采取以下方法。

(1) 混凝土配合比方面,适当增加水泥用量,适当提高混凝土的砂率,在不满足其他性能的前提下,使混凝土适量引气。

在保证施工性能的前提下,尽量减少单位用水量。

(2) 原材料方面,选用较细的水泥,如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、石灰石硅酸盐水泥等。

(3) 减水剂方面,选用泌水较小的减水剂。

如使用木质素磺酸钙、WF减水剂、建1减水剂等减水剂,可降低混凝土孔隙孔径,使其形成大量分散极细的气孔,在满足标准和使用要求的情况下,选用减水率合适的减水剂掺量,避免减水率过高造成泌水。

(4) 施工方面,严格控制混凝土振捣时间,避免过振。

另外相应采取尽快排除泌出水分的措施,如吸水模板、真空作业或离心成型等工艺;在泌水过程临近结束时,使用二次捣实的办法,则可使实际的水灰比降低,相应提高强度。

5小结
解决混凝土拌和物的泌水也一直是一个难题,通过上面的论述我们知道水泥混凝土泌水性问题没有直接的解决方法,解决混凝土的泌水必须从影响混凝土泌水的各个因素各个环节共同改进,使得各因素的作用得到综合发挥,才能使混凝土的泌水得到彻底解决。

但是要做到这一点,这就要求我们工程技术人员必须具备并充分掌握水泥混凝土各个材料组分的性质及其相互作用的知识,以及较丰富的工程经验,只有综合平衡考虑混凝土拌和物的各项性能才能配制出理想的无泌水混凝土。

本文只是我们在工程实践中的一些总结,希望它能给予同人以借鉴。