对混凝土滞后泌水现象的分析.docx
《对混凝土滞后泌水现象的分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《对混凝土滞后泌水现象的分析.docx(7页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![对混凝土滞后泌水现象的分析.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-2/3/dc819583-0754-48ab-889c-82a0442b54ad/dc819583-0754-48ab-889c-82a0442b54ad1.gif)
对混凝土滞后泌水现象的分析
对混凝土滞后泌水现象的分析
首先应该明确的是,产生泌水的混凝土拌合物体系,是一个不稳定的体系。
混凝土的泌水过程,不管是常规泌水还是滞后泌水,都是体系由不稳定趋向稳定、由不平衡趋向平衡的转化过程。
因为混凝土的充水空间过大,充水空间充盈的拌合水不能承受体系的自重,在自重作用下体系的颗粒互相靠近,充水空间变小,多余的拌合水被挤压排出,造成泌水。
当颗粒之间的距离小到可以承受体系自重时,体系趋向稳定,达到平衡,泌水停止。
接着我们考察如下一些现象:
(1)自密实混凝土是不泌水的。
自密实混凝土坍落度高达270mm。
如果说高性能混凝土的拌合物不泌水、不离析,自密实混凝土就是高性能的混凝土。
我们知道,自密实混凝土的胶凝材料用量高,水胶比小。
假如维持自密实混凝土的用水量和减水剂用量不变,逐渐减小胶凝材料的用量,自密实混凝土将逐渐出现泌水,并且泌水将越来越严重,混凝土的和易性、粘聚性越来越差,终将出现严重离析。
这说明混凝土的泌水与胶凝材料用量有关,特别是与水胶比有关。
(2)路面混凝土是一种干硬性、半干硬性混凝土。
坍落度可以为0,但振动容易出浆,容易成型,浇筑的路面质量好。
胶凝材料的用量比自密实混凝土低得多,但不泌水,不离析。
这也可以看作是一种高性能的混凝土。
如果保持胶凝材料的用量不变,逐渐增加用水量,加大坍落度。
当坍落度大到一定程度时,就会出现泌水现象。
再增加坍落度,泌水严重,混凝土离析。
这说明混凝土的泌水与坍落度的大小有关。
对比自密实混凝土,表明胶凝材料用量越低,泌水对于坍落度的变化越敏感。
(3)笔者在《大掺量掺合料混凝土配合比的合理性评价》一文中,有几组试验,表述了低胶凝材料用量的大掺量掺合料混凝土,寻求合理配合比的调整过程。
其中有3组试验,胶凝材料用量为326kg/m3,集料不变,萘系减水剂,含固量30%。
当水胶比为0.445,减水剂掺量0.75%,坍落度为20mm时,混凝土不泌水。
当水胶比为0.468,减水剂掺量1.08%,坍落度为50mm时,有少量泌水,表示混凝土拌合物已进入容易泌水的区域。
当水胶比为0.472,减水剂掺量1.75%,坍落度为150mm时,混凝土拌合物的和易性很好,拌合物粘稠,在铁板上流动很慢,但振动成型后却大量泌水。
这种水泥和粉煤灰是生产中长期使用的,工程中并没有出现这样的泌水现象,可见该试验的滞后泌水是配合比使然。
再与前2组试验比较,可判定为减水剂增大坍落度是造成大量泌水的主要原因。
本例说明,减水剂的使用也有个适度的问题,超过一定的量,就容易泌水。
(4)类似于上例的滞后泌水工程中也出现过。
新使用某种水泥,配合比与之前生产的配合比变化不大,出厂时与泵送上楼面时混凝土的流动性很好,和易性也很好,无明显泌水。
但一经振动之后,即大量泌水。
已抹平的混凝土表面几乎都浸泡在水中。
这一现象施工单位实难接受。
笔者与施工人员商量,将泌水排走,初凝前对楼面板拖一次平板振动器,再用抹光机进行二次抹压,紧接着覆盖淋水养护,对质量绝对没有影响,强度只会提高不会降低。
因为大量泌水降低了设计的水胶比,二次振动和二次抹压封闭了泌水通道,使混凝土更密实。
施工单位接受了解释,并按建议的方法实施,楼面质量很好。
之后立即更换水泥,滞后泌水不再如此出现。
本例表明,滞后泌水,与材料性能,特别是粉状物料的性能也有关。
考察了上面几例,我们就有了清晰的思路:
在大坍落度情况下,要想混凝土不泌水,必须有足够高的胶凝材料用量,足够低的水胶比;在胶凝材料用量很低的情况下,要想混凝土不泌水,坍落度必须足够低,或者是干硬性的混凝土。
任何配合比,当保持其他材料不变,以增加用水量或减水剂用量的方式增加坍落度时,到一定程度,混凝土都会产生泌水和离析。
坍落度由小变大的过程,也是充水空间由小变大的过程。
干硬性混凝土是不会泌水的,对干硬性混凝土逐渐增加用水量,使坍落度逐渐增加。
不管胶凝材料用量高低,混凝土都将逐渐出现泌水和离析,只不过胶凝材料用量越低,泌水出现的越快;胶凝材料用量越高,泌水出现将越迟缓。
如图1所示,这一过程必定存在两个点:
在到达某一个点之前,混凝土不会泌水,这点我们设为A点;过了另一个点之后,混凝土明显泌水,这点我们设为B点。
A、B两点不可能重叠,因为不可能存在这样的点,该点之前混凝土完全不泌水,该点之后突然明显泌水。
A、B是个渐进过程,AB必然是个区间,我们可称为隐性泌水区段。
平常我们试验,有些配合比有少量泌水,不算明显,实际上已进入隐性泌水区段。
图1中,坍落度进入BC段,混凝土明显泌水,这就是我们常见的常规泌水。
所谓滞后泌水,坍落度应处于AB段,即隐性泌水区段。
这一区段的混凝土拌合物,充水空间充盈的拌合水承受体系自重的能力,逐渐达到了极限,体系逐渐由稳定趋向不稳定。
混凝土浇筑之前,由于物料颗粒的相对位置不断改变,减小了定向的重力挤压,充水空间的拌合水尚可维持体系的平衡,混凝土不泌水,或泌水少。
混凝土成型之后,物料颗粒的相对位置固定,在自重力长时间的作用下,颗粒位置慢慢靠近,充水空间由大变小,多余的拌合水被挤压排出,出现了滞后泌水现象。
并不是处于隐性区段的混凝土都会发生滞后泌水。
滞后泌水会不会发生,与物料的性能、混凝土的配合比及环境因素等有很大关系。
混凝土滞后泌水和常规泌水的影响因素是一样的,只是处于不同的区段而已。
且这些影响因素不是单一的,往往是多因素共同作用的结果。
原材料不同,配合比不同,多因素中每一因素作用的程度也不同。
因此不同的配合比往往表现出不同的泌水特性。
一般而言,AB段的坍落度越接近B点,滞后泌水出现的时间可能越快;物料颗粒越接近圆形,颗粒位置越容易靠近,出现滞后泌水的时间可能越快。
早期水化产物能够产生的量,也会对滞后泌水造成影响。
水化产物产生的越早,生成的量越多,物料颗粒的位移较早得到遏止,并及时在充水空间形成水迁移的障碍,从而减少泌水。
从这一角度来说,在其他条件相同的情况下,低水泥用量的大掺量低活性掺合料的混凝土,滞后泌水的可能性更大。
总之,不管什么因素造成混凝土泌水,都是通过影响混凝土充水空间的特性而起作用的。
所以我们说,研究混凝土的性能,不可不研究充水空间及其特性。
在混凝土泌水的诸多影响因素中,影响最大的莫过于胶凝材料的用量和水胶比。
这里不得不提混凝土的泌水敏感性问题。
有些混凝土对泌水很敏感,很好的拌合物,稍多加些水或减水剂,混凝土即明显泌水。
有些混凝土对泌水就不是那么敏感,混凝土坍落度可以在很大范围内调节,也不会产生泌水或明显泌水。
从图1我们不难看出,OA段越短,表示混凝土越容易泌水;AB段越短,混凝土泌水越敏感。
人们总是希望OA段和AB段越长越好。
而OA段和AB段的长短就与胶凝材料的用量、水胶比的大小有着非常重要的关系。
胶凝材料用量越高,水胶比越小,OA段、AB段就越长,反之就越短。
自密实混凝土的OA段很长,坍落度达到270mm而不泌水;300kg/m3左右低胶凝材料用量的混凝土,其OA段和AB段都可能很短。
笔者的试验,坍落度50mm时已进入AB段。
因此,要减少混凝土的泌水离析,减小泌水的敏感性,最有效的手段是提高胶凝材料用量,减小水胶比。
此外,原材料的性能对泌水敏感性也有重要影响。
曾听到过这样的观点,说Ⅰ级粉煤灰的质量并不好,因为用Ⅰ级粉煤灰生产的混凝土很容易泌水。
这种观点只反映了一方面的事实。
这种事实不能说明Ⅰ级粉煤灰质量不好,而是提醒我们要“因材施用”。
Ⅰ级粉煤灰中,球形颗粒很多,在水胶比大的情况下,混凝土的充水空间大,由于重力作用,球形颗粒容易靠近,故表现为混凝土的泌水敏感,泌水快。
如果水胶比很小,充水空间小到拌合水可以承受体系的自重时,就不会出现泌水现象。
这时胶凝材料用量必定高,充水空间的数量大,加同量的水或同量的减水剂时,单个充水空间的大小变化不是很大,故混凝土的泌水不会像低胶凝材料用量那么敏感。
因此,Ⅰ级粉煤灰宜用在胶凝材料用量较高的高强度高性能混凝土中。
Ⅱ级粉煤灰的球形颗粒较少,需水量比较大,用于低强度混凝土中,可降低泌水的敏感性。
当Ⅰ级灰用于低强度混凝土中时,心中应清楚AB段很短,泌水很敏感,应更严格地控制生产用水量和减水剂用量,控制好坍落度。
不管材料性能如何,水胶比大到一定程度时,混凝土都会泌水,小到一定程度时,都会不泌水。
只是材料性能不同,配合比不同,泌水和不泌水的水胶比大小不一样。
应该说,混凝土是不该泌水的。
混凝土泌水,表明配合比不够合理,水胶比不够合理。
随着混凝土技术的发展,拌合物的泌水现象将消失。
以前的混凝土,胶凝材料只有水泥,混凝土的强度等级也很低,
不可能用很高的胶凝材料,而要得到好的施工性能,泌水是难免的。
现在的混凝土仍以低强度等级为主,由于取消了P·O32.5水泥,掺合料的供应又远远跟不上,再加上恶性竞争和规范的认同,胶凝材料仍普遍偏低,泵送条件下的大坍落度,泌水也是难免的。
但是,由于石灰石资源的逐渐减少,未来混凝土中的水泥用量将越来越少,最后可能少到水泥(或熟料)只与某些碱性组分和其他组分组成复合激发剂。
未来混凝土的组成材料主体将是各类工业废渣,包括建筑垃圾,拆除旧建筑的废弃混凝土等。
新制作的混凝土的胶凝材料和粗细集料,全部或大部分由这些工业废渣组成。
于是,高抗渗的大掺量掺合料混凝土(绿色高性能混凝土)就成为现代混凝土技术发展的主要方向。
这一方向是不可逆转的,是由低碳可循环经济以及混凝土的耐久寿命问题所决定的。
为了实现高抗渗,其规律是:
掺合料的掺量越大,水胶比应越小;掺合料的活性越低,水胶比应越小。
由此混凝土中的胶凝材料用量必不能低。
只有足够高的胶凝材料用量,才能使混凝土的充水空间足够小,才有足够填充这些充水空间的水化产物总量,满足高抗渗的一、三基本条件。
很显然,这种低活性(相对水泥而言)的胶凝材料,如果混凝土泌水,不仅泌水通道水化产物远远不能填充,泌水状态下的充水空间也将难被有限的水化产物填充密实,泌水将成为这种混凝土之大忌。
当混凝土和混凝土技术发展到这一阶段时,泌水是混凝土配合比不够合理的表现,就容易形成共识了。
1997年笔者刚参加工程实践的时候,泵送混凝土的早期裂缝问题比较普遍,比较严重。
一次浇筑某小区一商品房楼面板,前几车混凝土坍落度较大,振动后立即出现泌水。
之后调整配合比,降低坍落度。
浇筑完成后,这个楼面板就出现了一边泌水一边不泌水的现象。
奇怪的是,不泌水的一边很快开裂了,而泌水的另一边却没有开裂。
笔者当时以为泌水的混凝土有抗裂作用,特别注意了这一现象。
后来经历了更多的生产试验和工程实践,悟出了完美湿养护和高抗渗防裂的道理,才明白,泌水拌合物的体系是不稳定的体系,通过重力沉降和泌水,体系逐渐达到平衡,趋向稳定。
这时的泌水覆盖了混凝土表面,减少了体系平衡后的拌合水损失,使体系能够维持平衡,故混凝土没那么容易开裂。
而不泌水的混凝土,密实成型后的体系就已经是平衡的体系,由于体系失水,失水通道产生内应力,打破了原来的平衡,故混凝土开裂。
但这并不表明混凝土泌水比不泌水好。
笔者多次的试验结果是,泌水明显的混凝土,采用即时水养护,混凝土硬化过程中完全不失水,也不能实现高抗渗。
表明较高的水泥用量,水化产物也不能将泌水通道封闭。
这些泌水通道将降低混凝土的耐久性。
另外,泌水明显的混凝土,将加剧重力失水,用于直立薄壁构件或悬挂构件,如剪力墙、结构梁等构件时,重力失水同样在混凝土中形成失水通道,产生内应力,使构件在养护较好的情况下也容易开裂。
对于楼面板,如果浇筑前模板润湿不充分,板间缝隙大,泌水的混凝土下因重力而失水,上因养护不及时不充分而放任失水,混凝土板面上下皆失水,将使楼面板雪上加霜,早期开裂更加严重。
所以,泌水是混凝土拌合物应被拒绝的性能。
但是,在目前的条件下还很难拒绝混凝土泌水。
泌水的发生,表明混凝土的充水空间不稳定,在重力作用下产生变形。
滞后泌水对比常规泌水,充水空间变形持续的时间更长。
我们知道,级配良好的圆形颗粒,在振动力作用下很快达到紧密堆积状态,而级配不好的针片状颗粒需要的时间则较长。
因此滞后泌水与材料的性能、配合比的组成等因素有关。
调节混凝土的泌水有很多方法,这些方法可归结为两个方向:
有利于混凝土性能提高的方向和不利性能提高的方向。
例如,在用水量一定、水胶比一定的条件下,提高砂率可以减少泌水。
因为砂的表面积大,可以吸收多余的拌合水。
这种方法却是朝着对混凝土性能不利的方向调整的。
对于胶凝材料用量较高、砂率增加不大时,对混凝土性能影响不大。
当胶凝材料用量较低时,增加砂率进一步减小包裹砂粒的净浆厚度,对混凝土的抗渗性能不利,也使混凝土的保水能力变得更差,泌水变得更敏感,砂石含水率波动时更容易泌水。
调节混凝土泌水,应是想法降低水胶比,降低减水剂的用量。
如果不能适当提高胶凝材料用量,就可适当降低用水量。
减水剂用量也要适度。
减水剂掺量过高,也容易泌水。
不增加减水剂而降低用水量,应从物料级配和性能上采取措施,并适当减小砂率。
在满足泵送施工性能的前提下,尽量利用低一点的砂率,不但可降低用水量,还可以增加净浆层厚度,提高混凝土的保水能力和润滑功能,对抗渗性能也有利。
另外,在低胶凝材料用量的混凝土中,添加某种可以减少泌水、改善拌合物和易性的外加剂,也不失为一种好的调节方法。
这种外加剂在减少泌水的同时,应能大大提高混凝土的抗渗性,才是朝着混凝土性能提高的方向调整。
泌水混凝土的硬化质量,取决于施工工艺的合理处理。
因为现在胶凝材料的主体仍是水泥,能生成的水化产物比掺合料多得多,只要在初凝前对泌水通道进行封闭处理,混凝土的充水空间就会变得足够小,重新被拌合水全部充盈,水化产物一般可以将充水空间完全填充密实,混凝土实现高抗渗,硬化混凝土质量和耐久性质量是有保证的。
但如果不对泌水通道作封闭处理,这些泌水通道就成为连通的孔隙缺陷,成为混凝土耐久性降低的根源。
处理工艺是比较简单的,一般在泌水结束之后,先把泌水排走,再在初凝前采用二次振动和二次抹压即可。
泌水不多的,也可只采用二次抹压。
抹压之后立即覆盖养护,防止拌合水损失。
是否必须二振,以混凝土能否实现高抗渗为决定依据。
完美湿养护条件下,如果初凝前必须二振混凝土才能实现高抗渗,那么对于这种配合比来说,常规的施工工艺就不够合理。
反之则说明,在常规的施工工艺条件下,这种配合比是不合理的配合比。
如果配合比合理,施工养护工艺也合理,混凝土搅拌站和施工单位的职责就很分明,双方各尽其责,硬化混凝土质量、建筑质量将大大提高。
没有裂缝问题的困扰,压力就没那么大了,矛盾也没那么多了。