1混凝土滞后泌水的现象 20世纪以来，混凝土因良好的抗水性、可塑性以及廉价、易得等优点，成为土木工程结构的首选材料，以混凝土为主要结构材料的工程结构飞速发展。混凝土已成为当今世界上应用最广泛的建筑材料，目前世界上混凝土的年用量为110亿吨。在很长的时期内，强度被看作是混凝土的最重要的指标。20世纪70年代以后，人们已经认识到耐久性是影响混凝土未来发展的关键问题。影响混凝土耐久性的因素很多，但从根本上提高混凝土的耐久性还应将重点放在混凝土的密实性和均质性上。现代混凝土是以工业化生产的预拌混凝土为代表，其最重要的特征是高均质性。混凝土在浇筑之后，硬化之前的均质性是混凝土浇筑质量的最重要的体现，在这个阶段混凝土的离析和泌水是影响其均质性的重要因素。 混凝土的离析可以定义为新拌混凝土的各组分发生分离而导致混凝土的均质性降低的一种现象。混凝土的泌水是指混凝土在浇灌和振捣密实之后，其表面出现水分的一种现象。严格来讲，泌水也是离析的一种表现形式，因为水是混凝土中密度最小的一个组分，泌水的产生是由于在较重的固体组分沉降时，组成材料的保水能力差，以致部分拌合水处于分散状态所引起的。无论是由于混凝土自身的质量原因还是由于施工不当的原因导致的混凝土的泌水，一般发生在混凝土浇筑后不久。 在一些工程中，混凝土的泌水出现了一个新的特点：新拌混凝土的初始状态很好，即具有良好的流动性、捣实性和粘聚性，但浇筑并抹平1～2h后，混凝土则出现明显的泌水现象。由于这种泌水现象发生在浇筑后1～2h后，因此这种混凝土的这种泌水现象称之为“滞后泌水”。 混凝土滞后泌水与混凝土初期泌水所产生的危害是相似的。部分上升的水积存在骨料下方形成水囊，进一步削弱水泥浆与骨料间的过渡区（图1），明显影响硬化混凝土的强度。在干燥环境中混凝土浇筑后，向上运动到达顶部的泌出水要逐渐蒸发，如果混凝土的表面经受风吹，那么泌出水分的蒸发速率会大大加快。如果蒸发速率大于泌出速率，表面混凝土含水将减小，混凝土会发生干缩，而此时由于混凝土表面区域受约束产生拉应变，而这时它的抗拉强度几乎为零，所以会发生塑性开裂。 在土木工程的结构设计或耐久性设计中，都假定混凝土的保护层是一层均匀的混凝土，而事实上由于混凝土自身的特点和施工质量问题，混凝土保护层与芯部混凝土往往有较大的差别。在工程结构的服役期，外部环境荷载对混凝土的腐蚀与损伤主要发生在混凝土的表层，使混凝土表层的强度逐渐丧失，除了影响结构表层的美观，更重要的是严重削弱了对钢筋的保护能力，加速钢筋锈蚀的进程，从而严重影响工程结构的耐久性。混凝土表层是保护钢筋和内部混凝土的重要防线，对钢筋混凝土结构的耐久性有很重要的意义。混凝土的滞后泌水会造成顶部或靠近顶部的混凝土因含水多，形成疏松的水化物结构，使混凝土的渗透性明显增大；同时，富浆更容易导致塑性开裂，加大了表层混凝土塑性开裂的风险。 由于混凝土的滞后泌水发生的时间与初期泌水不同，很显然，混凝土的滞后泌水与混凝土的初期泌水的成因是有所差别的，要想解决混凝土的滞后泌水问题也需要从其成因上着手。 2混凝土滞后泌水的原因 2.1减水剂的不正确使用 高效减水剂的大规模使用是现代混凝土的一个重要特征，它减小了混凝土强度对水泥强度的依赖性，使拌合物的流变性变得更加突出。在水泥用量一定时，以较少的水就可以达到工程要求的坍落度，这意味着降低了水灰比，从而提高了强度和抗渗性。因而，高效减水剂在混凝土中得以广泛的应用。在水泥浆体中，相邻水泥颗粒上带有相反电荷，由于静电引力的作用，引起水泥颗粒发生絮凝。浆体中大量的水被絮凝体所包裹（图2a），剩余的水决定了水泥浆或混凝土的流动性。减水剂是阴离子型的有机化合物，其分子吸附在固-水界面上，使水泥颗粒表面都带有相同的电荷，此时颗粒相互排斥而分开，分散于浆体中（图2b），从而使更多的水可以用来改善水泥浆或混凝土的流动性。虽然减水剂能够明显改善混凝土的坍落度，但它却不能增大混凝土的粘聚性。聚羧酸减水剂能够明显削弱水泥颗粒与水之间的作用，使自由水的释放非常明显，这在一定程度上增大了混凝土泌水的可能性。当发生下列两种情况时，混凝土易发生滞后泌水。 其一，使用减水剂拌合混凝土时，在搅拌的过程中没有将减水剂搅匀。由于部分减水剂并没有在混凝土搅拌的过程中被分散开，因此这部分减水剂在初期并没有起到应有的作用，尽管新拌混凝土的工作性和粘聚性符合要求，在浇筑初期也不会产生明显的质量问题。但随着时间的延长，这部分减水剂开始发挥作用，使混凝土中的水分缓慢的析出，从而使混凝土发生滞后泌水的现象。 其二，在混凝土浇筑前，发现混凝土的工作性不符合泵送的要求，通过向搅拌车内加入减水剂来调整工作性。一般而言，在初始拌合混凝土时，将减水剂预先加入到水中，然后再与混凝土拌合的效果最好。众所周知，混凝土坍落度损失是商品混凝土的一个重要问题，尤其是在高温天气或长距离运输的条件下。在混凝土浇筑的过程中发现混凝土坍落度不符合要求时，往往通过向搅拌车内加入减水剂来调整混凝土的工作性，而此时由于搅拌车的搅拌功能远不及搅拌站的专业搅拌机，加入的减水剂很难被搅匀。因而，尽管通过加入减水剂可以达到使混凝土满足泵送条件的目的，但实际上加入的减水剂的量高于实际需要的量。当混凝土浇筑完毕后，这些多余的减水剂开始逐渐发挥作用，使混凝土中的水分缓慢析出，从而使混凝土发生滞后泌水的现象。 2.2缓凝剂的不正确使用 在混凝土的生产、运输和浇筑过程中，高温环境会引起混凝土凝结时间缩短；远距离运输会使混凝土坍落度损失的问题更严重；大体积混凝土的浇筑可能要持续很长时间，需要让先浇筑的混凝土不会过快凝固，造成冷缝与断层；在这些情况下，往往采用缓凝剂来调整混凝土的凝结时间。缓凝剂的作用机理是通过延长诱导期来降低C3S的早期水化速率，缓凝剂能紧紧地吸附在氢氧化钙晶核上，从而阻止其晶体继续长大，使进一步水化受到限制。很显然，当缓凝剂的作用效果消失时，水化会进一步进行，因此缓凝剂对水化的缓凝作用取决于缓凝剂的用量。 羟基羧酸类缓凝剂对延缓坍落度损失的效果非常明显，同时，这种产品的用量对其缓凝作用大小也十分敏感，稍加过量就会出现过度缓凝的现象。如果混凝土的凝结时间过长，那么在混凝土的凝结过程中，由于骨料和水泥颗粒的比重大于水，在重力作用下，骨料和水泥颗粒缓慢下沉，而水分则受到排挤而缓慢上浮，从而发生了混凝土滞后泌水。当然，并不是所有缓凝剂过量的混凝土都会发生滞后泌水的现象，在初凝时间相同的情况下，大流动性和减水剂掺量加大的混凝土更易发生滞后泌水现象。 2.3矿物掺合料的影响 矿物掺合料的大规模应用是现代混凝土的一个重要特征，现代混凝土的核心技术之一就是围绕矿物掺合料展开的。由于水泥水化生成Ca(OH)2，混凝土内部是碱性环境，有活性的矿物掺合料能够与硅酸盐水泥水化反应生成的Ca(OH)2发生反应，生成有利的C-S-H凝胶等水化产物，减少Ca(OH)2含量，使水化产物颗粒变得细小，提高界面过渡区的密实程度，改善混凝土的微观结构。另外，掺入矿物掺合料也有助于改善混凝土的流动性，降低用水量，从而提高混凝土的抗渗性和耐久性。因而，从混凝土的经济、能效、耐久性和生态利益看来，矿物掺合料有突出的优越性。但矿物掺合料对混凝土的水化过程，尤其是混凝土早期的水化过程有很大的影响，在一定程度上也影响了混凝土的工作性和浇筑后的性能。 胶凝材料的水化诱导期的长短决定了混凝土的凝结硬化的时间，诱导期越长，混凝土的初凝时间越长。研究表明，粉煤灰和钢渣能够明显延长水泥水化的诱导期，从而延长混凝土的初凝时间。当粉煤灰或钢渣的掺量较小时，矿物掺合料对混凝土泌水的影响并不明显。但是当掺量较大时，例如40%以上时，则混凝土容易发生滞后泌水的现象。事实上Ⅰ级粉煤灰由于其表面需水量低，比Ⅱ级粉煤灰更容易引起混凝土发生滞后泌水的现象。同时，当矿物掺合料掺量较大时，高水胶比的混凝土更易发生滞后泌水的现象，这是因为矿物掺合料早期反应速率低，造成大量自由水剩余。 2.4水泥的影响 现代最常用的普通硅酸盐水泥在生产的过程中至少含有20%的混合材，如果在使用矿物掺合料时没有考虑到这一点，那么就会造成胶凝体系中矿物掺合料的用量大于目标配合比的量，可能会造成混凝土的粘聚性降低和初凝时间延长，从而易发生混凝土的滞后泌水。 现代混凝土的组成复杂，各种组分之间可能产生不协调的化学变化，导致不相容。水泥与化学外加剂的相容性是目前普遍关注的一个问题，尤其是水泥与聚羧酸减水剂的相容性问题备受关注。影响水泥与减水剂的相容性的因素有水泥中可溶碱含量、SO3含量、可溶碱与SO3比值、熟料中C3A含量、混合材掺量等。当水泥与减水剂存在相容性的问题时，往往表现为减水剂的饱和点增大。因而，为了满足工作性，需要加入更多的减水剂。但是随着水化的进行，水泥中的C3A和C3S发生了部分反应之后，多余的减水剂的作用效果开始显现，使混凝土的初凝时间延长，同时使自由水更多地析出，从而使混凝土发生滞后泌水现象。 3混凝土滞后泌水的解决方法 3.1合理使用外加剂 为使减水剂能够在混凝土的搅拌过程中均匀分散，将减水剂预先加入到水中，然后再加入到干料中搅拌，并保证充足的搅拌时间。在浇筑的过程中，如果混凝土的流动性不满足泵送要求，可以通过加入减水剂来调节混凝土的流动性，但需要注意，尽量增加泵车的搅拌时间使加入的减水剂最大限度的发挥作用；同时，要保证混凝土能够满足泵送要求即可，不要使二次搅拌的混凝土流动性过大。 对于缓凝效果比较明显的缓凝剂，要仔细调整其用量，尽量保证实际用量不超过实际需要的量，必要时可以采用一些缓凝效果差一些的缓凝剂。当缓凝剂与减水剂复合使用时，更要控制缓凝剂的用量。 3.2合理使用矿物掺合料 要认识清楚矿物掺合料的两个重要特征：需水量低于水泥；延长水泥的水化诱导期。在高温的环境中生产、运输和浇筑混凝土时，可以通过掺入矿物掺合料来延长混凝土的初凝时间。但当水胶比较高时，矿物掺合料的用量不易过大；当水胶比较低时，可以使用大掺量矿物掺合料混凝土。在冬季施工的条件下，要严格控制矿物掺合料的掺量，除非使用加速混凝土强度发展的早强剂。 3.3注意水泥的性能 严格控制水泥的品质和来源，尽量选择生产工艺先进的厂家。保证水泥的储存条件，慎重使用储存时间过长的水泥。加强对水泥与外加剂的相容性的检测，在水泥品质稳定的前提下，尽量选择与水泥相容性良好的外加剂。 3.4提高施工质量 施工时，在满足混凝土泵送的条件下，尽量选择坍落度小的混凝土。在混凝土振捣的过程中注意针对不同部位的混凝土、不同工作性的混凝土采用相应合理的振捣方式。在抹面后立即用湿麻布、喷雾或用养护剂等方式，使混凝土减少蒸发。 |
