混凝土滞后泌水原因分析及成功实例.docx

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混凝土滞后泌水原因分析及成功实例

混凝土滞后泌水原因分析及成功实例

混凝土因其性能优良、成本低廉，施工简便、广泛应用于土木工程、海洋开发、地热工程、水电和公共交通等领域。

混凝土施工中要求混凝土具备良好和易性和施工性能，而有些混凝土在拌合完成后，出现浆料下沉，粗骨料外漏，混凝土边缘泌黄浆的现象，这就是常见的混凝土泌水现象。

混凝土泌水率是衡量混凝土和易性的一个重要指标，泌水率越高，混凝土和易性越差，施工难度增大。

混凝土泌水率太大，成型拆模后，表面产生砂线、砂斑、麻面，严重影响混凝土外观。

泌水严重的混凝土，振捣后上层产生浮浆，且在底部或侧面形成孔隙，形成泌水通道，严重影响混凝土力学性能。

新拌混凝土中的拌合水可以分为2部分，一部分是提供水泥水化作用的结合水，另一部分是供混凝土流动性的自由水。

新拌混凝土的自由水过多是造成混凝土泌水的本质原因。

混凝土泌水现象发生于新拌混凝土出机时，很容易被发现，可及时进行调整。

有的新拌混凝土的初始状态，粘聚性良好、无离析、泌水、板结等现象，但放置一段时间后产生大面积泌水则为混凝土滞后泌水。

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。

滞后泌水更具隐蔽性，工作台上的技术人员很难对混凝土状态作出正确的判断，待浇铸滞完成后才发现泌水，后果将难以弥补。

因此，混凝土滞后泌水是混凝土工程中常见的问题之一，本文对其产生的原因进行分析，并结合自身工程经验提出了相应的解决方案。

1混凝土滞后泌水的原因分析及解决方案

混凝土滞后的原因很多，本文主要从胶凝材料、掺合料、细骨料、粗骨料和外加剂等因素进行分析。

1.1胶凝材料

水泥作为混凝土中最重要的胶凝材料，与混凝土的泌水性能密切相关。

水泥组分和颗粒级配等是造成混凝土滞后泌水的直接因素。

普通硅酸盐水泥组分较复杂，其主要成分可视为由硅酸三钙（C3S）、硅酸二钙（C2S）、铝酸三钙（C3A）和铁铝酸四钙（C4AF）组成。

其中，C3S含量最大（50%～75%），主要决定混凝土早期强度和末期强度，C2S水化热较低，决定末期强度，C3A具有较高的水化热，对凝胶时间和早期强度贡献最大，C4AF主要起到抗酸性物质腐蚀的作用。

普硅水泥各组分的相对含量以及相关性能见表1。

从表1可以看出，C3A是普硅水泥组分中水化速度最快，放热最多的组分。

由于C3A的水化作用，使拌和水中的结合水增多，自由水减少，因此，通常情况下，新拌混凝土的坍落度和流动度都随时间增长而减小，直至尚失工作性。

夏天气温高，C3A的水化加快，加之其放热量大，进一步促进C3A的水化，为了使水泥能够具有充足的施工时间，缓凝组分（石膏）加入量比其他季节多。

过了夏季，转入气温较低的秋冬季，环境温度降到了10℃以下，C3A的水化速度减慢，放热减少，而水泥的缓凝组分不变时，就会出现混凝土滞后泌水现象。

在对此种水泥的净浆测试中，发现减水剂的掺量增加时，净浆流动度随时间的增长先增长后降低。

减水剂掺量增加可从水泥表面电荷进行分析，水泥表面的电荷可通过Zeta电位间接测得。

目前使用的减水剂分子都带负电荷，根据静电平衡原理，减水剂分子主要吸附于水泥组分的C3A和C4AF组分上。

由于低温造成C3A水化减少，水泥颗粒表面的正电荷更多，那么就需更多的减水剂分子吸附在其表面才能将水泥颗粒分散开，因此减水剂掺量增加。

随着C3A水化反应的进行，水泥颗粒表面的正电荷逐渐减少，首先有一部分减水剂分子解吸附出来，造成减水剂分子过量，从而出现滞后泌水现象，而没有解析出来的减水剂分子被包埋于水化产物中，丧失对水泥颗粒的分散能力。

因此，混凝土滞后泌水在秋冬季节发生的几率更高，要解决这个问题，可减小减水剂的掺量，适当将出机混凝土的坍落度和流动度减小一些，即使出现后滞，也不至于造成混凝土泌水。

另外，采用低热水泥进行混凝土拌合时，也时常出现滞后泌水现象，机理与前述机理类似。

低热水泥广泛用于大体积混混凝土中，有效降低了由于水泥水化过程中放热引起的混凝土开裂现象。

为了降低水泥水化的过程中的水化热，其组分中C3A含量较少，减水剂在水泥表面的吸附较少，因此同等掺量下，能起到分散作用的减水剂分子减少，表现为初期打不开。

根据吸附平衡原理，增加减水剂的掺量可增大吸附于水泥颗粒表面的减水剂分子，当足够的减水剂分子吸附于水泥颗粒表面上时，水泥颗粒才能克服颗粒间的聚集作用得以分散。

随着水化进行，吸附于C3A上的减水剂分子解吸附出来，造成减水剂分子过量，从而出现滞后泌水现象。

解决这种情况下的混凝土滞后泌水，可选用吸附能力强的减水剂分子，如萘系减水剂，酸醚比高的聚羧酸减水剂等。

水泥的颗粒级配差会导致混凝土滞后泌水。

水泥颗粒越粗、比表面积越小、早期水化量就越少，结合水少，自由水多。

太多的粗颗粒不能相互充密实，静置后，混凝土中的自由水泌出，混凝土粘聚性差。

另外，较少的水化产物不足以封堵混凝土中的孔道，导致自由水流出越来越多，以至产生滞后泌水。

解决这种情况下的混凝土滞后泌水，最好选用颗粒级配较好的水泥。

1.2掺合料

在混凝土拌合物制备时，为了节约水泥、改善混凝土性能、调节混凝土强度等级，将掺合料加入其中。

目前，特别是预制混凝土和泵送混凝土中都应用掺合料。

常用的掺合料有矿粉、粉煤灰、硅灰等。

掺合料细度模数小，多呈球形，能够改善混凝土的流动性。

掺合料活性低，需水量少，改善混凝土的抗渗性和耐久性。

通常，掺合料替代胶材的20%，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。

若将掺合料对胶材的替代率提高至30%，混凝土的初期强度和后期强度会大幅下降。

绝大多数掺合料在拌合过程中基本没有参与水化反应，其周围的水也多为自由水。

掺合料增多，自由水增多，在水胶比大的情况下，多余的自由水逐渐泌水表现为滞后泌水。

因此，建议掺合料的掺量不要太高，若要提高其掺量，应根据混凝土实验确定其最佳掺量。

1.3细骨料

砂是混凝土拌合中的细骨料，有天然砂和人工砂之分。

天然砂是粒径在5mm以下的岩石颗粒，含粉量少；人工砂又叫机制砂，是由机械破碎、筛分，粒径小于5mm的岩石颗粒。

人工砂目前基本为中粗砂，细度模数为2.6～3.6，颗粒级配稳定、可调，含有一定的石粉，表面粗糙、棱角尖锐。

由机制砂拌合的混凝土，需水量大，坍落度小，和易性稍差。

当用人工砂制备低标号混凝土，如C10和C15时，水泥用量少，混凝土拌合物易产生滞后泌水现象。

这是由于使用人工砂使用水量增加，自由水增多，而胶材所需的结合水少，导致过多的自由水无法容纳于体系中，逐渐泌出。

因此，低标混凝土拌合中可适当减少用水量，或增加胶材以提高混凝土的黏聚性。

天然砂表面平滑，粉含量少，用水量少，混凝土的流动性较好，发生滞后泌水的几率相对小。

砂率变动，会影响新拌混凝土中集料的级配，使集料的空隙率和总表面积有很大变化。

混凝土配合比中砂率对混凝土状态有非常重要的意义。

砂率过小，集料的空隙率显著增加，不能使粗集料之间有足够的砂浆层，会降低新拌混凝土的流动性，严重影响粘聚性和保水性，容易造成离析、流浆等现象。

若砂率过高，砂颗粒将吸附更多的水来保持润滑，而这些水仅仅是物理吸附而不是化学吸附，自由水会泌出混凝土表面，造成混凝土滞后泌水。

因此，为避免混凝土滞后泌水，选择合适的砂和砂率至关重要。

1.4粗骨料

混凝土粗骨料有碎石和卵石之分，卵石表面光滑，砂浆很难将其保住，会出现露石现象。

在预制管件中，采用卵石破碎的石头作为粗骨料，在冬季常会出现滞后泌水现象。

这是由于冬季水泥水化慢，浆料的黏聚性差，破碎的卵石未被砂浆包住，在持续振捣时，会出现泌水现象，严重影响预制构件的外观。

因此，建议增加胶材用量、降低水胶比或减小坍落度以提高浆料的黏聚性，改善滞后泌水现象。

碎石的接触面大，含粉高，相同条件下混凝土的包裹性更好。

但是，选用碎石时，应少用针片状碎石，除了强度因素外，对混凝土的流动性影响较大。

因此，为避免混凝土滞后泌水，应尽量选择级配好的碎石。

1.5外加剂

从外加剂因素考虑，缓释组分是造成混凝土滞后泌水的主要原因。

外加剂中的缓释组分有：

缓释型减水剂和保坍剂。

外加剂中的减水剂分子能够破坏水泥颗粒间形成的絮凝结构，释放出包裹于其中的自由水，将水泥颗粒分散开来，表现出一定的流动性。

但是，随着水泥水化的进行，水泥水化产物将一部分减水组分包裹其中，形成共沉淀、凝胶或单硫形水化铝酸钙（AFm），起分散作用的减水剂（位于活性高分子层）的数量减少，宏观表现为混凝土流动度损失或坍落度损失。

其机理如图1所示。

图1减水剂与混凝土的坍落度损失示意图

因此，为了减小混凝土的坍落度损失，需加入缓释或保坍组分。

利用缓释基团在碱性条件下释放出阴离子基团吸附于水泥颗粒上，弥补因减水剂分子减水造成对水泥分散减弱的影响。

以聚羧酸保坍剂分子为例，其缓释机理如图2所示。

图2聚羧酸保坍剂缓释机理

通过以上分析可知，适量的缓释组分和保坍组分可以减弱混凝土的坍落度随时间增长而减小的趋势。

但是，过多的缓释组分和保坍组分则会造成滞后泌水现象，为混凝土浇筑造成困扰。

因此，减小缓释组分和保坍组分的添加量能够避免由外加剂造成的混凝土滞后泌水现象。

2解决混凝土滞后泌水的成功实例

2.1原材料

水泥：

利森42.5级中热水泥；砂：

人工砂，密度2.63g/cm3，细度模数2.60；石：

密度2.78g/cm3，粒径5～20mm；聚羧酸减水剂：

石家庄市长安育才建材有限公司生产的聚羧酸减水剂GK-3000，实验室自制的聚羧酸1#、2#和3#；磺化三聚氰胺减水剂，F10，德国巴斯夫；糖，一等品，昆明立跃工贸有限责任有限公司；消泡剂，CHUPOCAFK-2型，竹本油脂（苏州）有限公司。

2.2混凝土配合比（见表3）

2.3外加剂配方（见表4）

2.4混凝土试验情况

采用60L单卧轴向搅拌机拌合20L，混凝土拌合物出机、60min及90min的状态如图3所示。

（1）出机状态

（2）30min状态（3）60min状态

图3混凝土的经时状态

由图3可见，混凝土拌合物出机后，和易性和流动性良好；30min时，混凝土拌合物表面泌出黄浆，粗骨料和浆体出现分离现象；60min时，混凝土拌合物的骨料和浆体已完全分离，状态极差，滞后泌水严重。

2.5问题分析

根据混凝土滞后泌水现象，针对混凝土拌合中所用的原材料进行分析，发现水泥组分的问题较大。

表5列出了利森中热水泥的X-射线衍射分析结果。

从表5可知，水泥中C3A含量较低，立方晶系C3A基本没有，斜方晶系的C3A仅有0.59%。

如前所述，要将这样的水泥分散开，需加过量的减水剂，势必造成混凝土滞后泌水现象。

为了找出解决方案，设计和合成了3种（1#、2#和3#）不同的聚羧酸减水剂，针对利森中热水泥进行净浆试验，结果如表6所示。

从表6可知，设计的3种聚羧酸减水剂（1#～3#）对利森中热水泥的净浆实验中均表现出滞后释放现象。

其中，1#缓释型聚羧酸的净浆流动度在30min内增加了100mm（为初始流动度的76.9%），60min内净浆流动度增加了20mm；2#聚羧酸分子中无缓释性基团，但其净浆流动度与掺1#减水剂的净浆流动度变化趋势类似，只是在30～60min内，净浆流动度增大15mm；掺3#减水剂的初始流动度大，比掺1#和2#的净浆流动度大35mm，说明增大酸醚比能增加水泥颗粒对减水剂的吸附，而在30min内，其净浆流动度增加了50mm（为初始流动度的30.3%），30～60min内，其净浆流动度只增加了10mm，滞后现象已达到改善。

通过以上试验可知，增大聚羧酸的酸醚比对增大利森水泥净浆的初始流动度有利，能在一定程度上减轻流动度滞后放大现象。

增大聚羧酸的酸醚比，实质是增加减水剂的电荷密度，因此在3#聚羧酸减水剂基础上复配电荷密度更大的磺化三聚氰胺减水剂，结果见表7。

由表7可见，当磺化三聚氰胺减水剂掺量为3#聚羧酸减水剂的30%时，水泥净浆初始流动度为230mm；30min后，净浆流动度减小为195mm；60min后，净浆流动度为230mm，因此净浆流动度随时间增长呈先减小后增大的趋势。

当磺化三聚氰胺减水剂掺量为3#聚羧酸减水剂的20%时，水泥净浆初始流动度为250mm，净浆流动度随时间延长的变化趋势也是先减小后增大。

这是由于2种减水剂在水泥颗粒间的竞争吸附作用导致的，由于磺化三聚氰胺的电荷密度大，优先吸附于水泥颗粒表面，使水泥净浆的初始流动度增大；后期是3#聚羧酸减水剂吸附于水泥颗粒上，由于其在利森中热水泥上的吸附能力较低，因此，在30min内，其净浆流动度减小，在30～60min内，随着吸附量的增加，其净浆流动度增大。

而当磺化三聚氰胺减水剂的掺量为3#聚羧酸减水剂的10%时，两者间的吸附得到平衡，水泥净浆流动度在60min内变化不大。

为了验证方案是否正确，再进行相关混凝土试验。

2.6问题解决

采用减水剂复配（见表8）的方法，进行混凝土试验，外加剂掺量为胶凝材料质量的0.6%，试验结果见表9和图4。

图4混凝土经时状态

从表9和图4可知，采用电荷密度高的磺化三聚氰胺和高酸醚比的聚羧酸复配使用，成功解决了利森中热水泥由于C3A含量少而引起的滞后泌水现象，新拌混凝土初始状态良好，经过1h依然保持较好的塌落度和状态，基本不存在泌水现象，较好地符合了施工要求。

3结语

从混凝土配合比、胶凝材料、粗骨料、细骨料以及外加剂方面分析造成混凝土滞后泌水的原因，并列举了解决混凝土滞后泌水的成功实例，可为工程技术人员提供解决混凝土滞后泌水方案。