新拌混凝土的泌水

新拌混凝土的性能主要包括和易性、坍落度損失、含氣量、泌水率等。如果混凝土的配合比設(shè)計(jì)合理，原材料合格，則和易性、坍落度損失、含氣量等都可以通過混凝土外加劑進(jìn)行調(diào)整，而泌水率則沒有可以進(jìn)行直接調(diào)整的方法。長(zhǎng)期以來(lái)，新拌混凝土的泌水一直是一個(gè)難題，原因在于泌水受到很多因素的影響，但是沒有哪個(gè)因素能起關(guān)鍵作用，不能通過該因素直接解決泌水問題。

1．泌水的機(jī)理
混凝土由水、膠凝材料、細(xì)骨料、粗骨料、外加劑等拌合硬化而成，質(zhì)量好新拌混凝土應(yīng)該是所有組分及氣泡分布均勻穩(wěn)定。產(chǎn)生不均勻的情況有三種，一是骨料沉底、漿體上浮，二是漿體沉底、骨料上浮，這兩種情況即經(jīng)常遇到的混凝土離析，三是泌水即水分上浮逸出。產(chǎn)生不均勻的直接原因是各組分密度不同導(dǎo)致沉降或上浮。前兩種情況直接導(dǎo)致混凝土的宏觀不均勻性。泌水后的混凝土在宏觀上仍然是均勻的，但是會(huì)導(dǎo)致混凝土上表面不均勻和內(nèi)部局部不均勻。
根據(jù)水分在混凝土中的存在狀態(tài)，新拌混凝土中的水分可以劃分為結(jié)合水、潤(rùn)濕水與自由水*。水泥中反應(yīng)速度快的部分在加水以后可能會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，消耗部分水，這部分水定義為新拌混凝土中的結(jié)合水，這部分水不能被鄰近部位的水分置換，也無(wú)法逸出拌和物；水遇到干燥狀態(tài)的膠凝材料、骨料等以后，膠凝材料和骨料表面會(huì)吸附一定量的水，使干燥的材料濕潤(rùn)，這部分水受到固體材料表面的吸附，不能逸出拌和物，但是可以被鄰近部位的水分置換，定義這部分水為潤(rùn)濕水；新拌混凝土中其余的水分為自由水，在新拌混凝土中起潤(rùn)滑的作用，混凝土坍落度在很大程度上取決于自由水量的多少和其潤(rùn)滑效果，這部分水與固體材料的聯(lián)系較少，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，這部分水也稱為可泌水分。
水分要從混凝土內(nèi)部泌出到表面，需要經(jīng)過較長(zhǎng)的距離，猶如經(jīng)過彎彎曲曲的微細(xì)水管，最后到達(dá)表面。如果各種顆粒級(jí)配好，堆積密實(shí)，孔隙微細(xì)，則水分泌出需要經(jīng)過的距離很長(zhǎng)，則會(huì)使泌水量減小?；蛘呷绻置诔龅耐ǖ辣蛔钄啵谒恳矔?huì)減小。

2．泌水對(duì)混凝土性能的影響
泌水對(duì)混凝土性能影響認(rèn)識(shí)已經(jīng)比較清楚，但也有工程人員對(duì)此尚有誤解，如有人認(rèn)為泌水以后混凝土中的實(shí)際水量下降，水灰比會(huì)有所降低，會(huì)使混凝土強(qiáng)度提高，對(duì)混凝土有益。顯然這種認(rèn)識(shí)是不正確的，泌水以后會(huì)使混凝土不均勻，并且泌水本身在混凝土中是不均勻的，肯定對(duì)混凝土是不利的。泌水部位的混凝土中會(huì)產(chǎn)生缺陷，泌水部位水灰比下降的同時(shí)，在該部位留下缺陷，導(dǎo)致該部位強(qiáng)度降低而不是增加。另一方面，試驗(yàn)測(cè)試得到混凝土強(qiáng)度取決于測(cè)試試件的最薄弱部位，泌水以后即使混凝土水灰比降低也是局部的，混凝土中還是存在水灰比不變甚至由于泌水而使水灰比增加的部位，這部分強(qiáng)度的下降會(huì)導(dǎo)致混凝土整體強(qiáng)度降低。所以，泌水并不能使混凝土強(qiáng)度提高。
其實(shí)，泌水對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響很有限，而對(duì)混凝土耐久性的影響至關(guān)重要。從泌水的機(jī)理可知，水分從混凝土內(nèi)部泌出到表面以后，在混凝土中形成了從內(nèi)到外的通道。這些通道首先降低混凝土的抗?jié)B透能力，雖然這些通道很難直接或通過儀器觀察到，但對(duì)于混凝土的抗?jié)B透性能影響很大，這一點(diǎn)對(duì)于有抗?jié)B透性能要求的混凝土，如水工混凝土、海工混凝土工程等非常重要。其次，泌水對(duì)混凝土的抗腐蝕能力、抗凍性能影響很大，原因同樣與泌水以后留下的通道有關(guān)，腐蝕性介質(zhì)通過泌水通道很容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部，到達(dá)鋼筋表面產(chǎn)生鋼筋銹蝕，或者直接與水化產(chǎn)物發(fā)生腐蝕反應(yīng)；同樣通過泌水通道使得混凝土內(nèi)部很容易達(dá)到水飽和狀態(tài)，高度飽和的混凝土在凍融循環(huán)作用下劣化的速度很快，產(chǎn)生凍融破壞。

3．影響混凝土泌水的因素
混凝土的泌水幾乎與混凝土生產(chǎn)的所有環(huán)節(jié)有關(guān)，如膠凝材料、配合比、含氣量、外加劑、振搗過程等。
3.1膠凝材料對(duì)混凝土泌水的影響
膠凝材料影響混凝土泌水主要與其反應(yīng)活性、細(xì)度、顆粒形貌等有關(guān)。膠凝材料細(xì)度越高，比表面積越大，則濕潤(rùn)膠凝材料表面所需的水量越多，即潤(rùn)濕水量較多；同時(shí)如果膠凝材料較細(xì)，其反應(yīng)活性增加，初期反應(yīng)所需要的結(jié)合水也會(huì)增加。這兩部分水的增加會(huì)使可以逸出形成泌水的自由水量減少，從而對(duì)降低泌水有利。另外，較細(xì)的膠凝材料會(huì)細(xì)化混凝土中的孔隙，降低孔隙連通性，導(dǎo)致泌水通道數(shù)量減少和泌水通道距離增大，使得泌水量減少。
膠凝材料形貌不同，其比表面積也不同，所以需要的潤(rùn)濕水不同，最終影響混凝土的泌水。
3.2粉煤灰對(duì)泌水的影響
粉煤灰對(duì)混凝土泌水的影響具有兩面性。摻加粉煤灰減少混凝土泌水可以從三個(gè)方面理解：一是粉煤灰的顆粒小于水泥顆粒，比表面積較水泥大很多，因此對(duì)水分的吸附作用加強(qiáng)，因而可泌自由水減少；二是粉煤灰顆粒細(xì)小，混凝土中固相堆積密實(shí)度提高，混凝土中的孔隙細(xì)化，泌水通道減小，通道距離增加，也阻礙了水分泌出；三是粉煤灰的密度較小，相對(duì)于水泥顆粒而言，不易產(chǎn)生漿體沉降離析，拌和物經(jīng)時(shí)均勻性較好，有利于減少泌水。當(dāng)然，粉煤灰對(duì)改善泌水的有利作用是在粉煤灰品質(zhì)較好的前提下。如果粉煤灰品質(zhì)較差，需水量增大，會(huì)使混凝土中可泌水量增大。摻加混凝土使混凝土泌水增加的原因有：一是粉煤灰的反應(yīng)活性遠(yuǎn)低于水泥，會(huì)使混凝土中的結(jié)合水量顯著減少，導(dǎo)致可泌水分增加；二是粉煤灰顆粒的形貌一般是球形玻璃體，這種形貌不利于吸附混凝土的水分，也可能使混凝土中的可泌水分增加，當(dāng)然這種形貌對(duì)于改善混凝土和易性非常有利。粉煤灰對(duì)新拌混凝土泌水的影響取決于具體的粉煤灰品質(zhì)。
3.3配合比對(duì)混凝土泌水的影響
影響混凝土泌水的配合比因素主要有膠凝材料用量和砂率。膠凝材料用量增加或者砂率增加，會(huì)使拌和物顆粒的總比表面積增加，潤(rùn)濕水分量增加，使可泌水量減少。同時(shí)，細(xì)顆粒用量增加，會(huì)使泌水通道長(zhǎng)度增加，對(duì)減小混凝土泌水有利。膠凝材料用量增加，會(huì)使混凝土的粘聚性增加、保水性改善，對(duì)減少泌水有利?；炷林械膯挝挥盟颗c泌水有直接的關(guān)系，如果其他材料比例關(guān)系保持不變，用水量增加，會(huì)使新拌混凝土中的可泌自由水量增加，泌水增大。
3.4含氣量對(duì)泌水的影響
含氣量對(duì)新拌混凝土泌水有顯著影響。新拌混凝土中的氣泡由水分包裹形成，如果氣泡能穩(wěn)定存在，則包裹該氣泡的水分被固定在氣泡周圍。如果氣泡很細(xì)小、數(shù)量足夠多，則有相當(dāng)多量的水分被固定，可泌的水分大大減少，使泌水率顯著降低。同時(shí)，如果泌水通道中有氣泡存在，氣泡猶如一個(gè)塞子，可以阻斷通道，使自由水分不能泌出。即使不能完全阻斷通道，也使通道有效面積顯著降低，導(dǎo)致泌水量減少。圖1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)也證明了新拌混凝土含氣量對(duì)泌水的影響。

圖1 新拌混凝土含氣量與泌水的關(guān)系

可見，含氣量對(duì)泌水的影響非常重要，當(dāng)然必須使用優(yōu)質(zhì)引氣劑，混凝土中的氣泡能穩(wěn)定存在，而且氣泡足夠細(xì)小。眾所周知，由于氣泡的潤(rùn)滑作用可以有效減小顆粒間的摩擦阻力，引氣同時(shí)改善混凝土的和易性。
3.5減水劑對(duì)泌水的影響
根據(jù)減水劑的作用機(jī)理，極性分子吸附在水泥顆粒周圍，使得顆粒之間相互排斥，減少絮凝作用，釋放被水泥顆粒包裹的水分，同時(shí)使水泥顆粒表面的吸附水層變薄，所需的潤(rùn)濕水量大大減少。以此機(jī)理，減水劑會(huì)使新拌混凝土中的可泌自由水量增加，使泌水增大。但是另一方面，由于減水劑的減水作用，同樣坍落度的混凝土所需的拌和水量大大減水，使混凝土中的可泌自由水量減水。最終的泌水情況取決于哪種作用起主導(dǎo)作用。
外加劑與水泥的適應(yīng)性也影響混凝土的泌水，關(guān)于適應(yīng)性機(jī)理，目前還沒有公認(rèn)的研究成果。
3.6施工對(duì)混凝土泌水的影響
施工過程中影響混凝土泌水的主要因素是振搗，振搗過程中，混凝土拌和物處于液化狀態(tài)，此時(shí)其中的自由水在壓力作用下，很容易在拌和物中形成通道泌出。另外，如果是泵送混凝土，泵送過程中的壓力作用會(huì)使混凝土中氣泡受到破壞，導(dǎo)致泌水增大。

4．解決混凝土泌水的途徑
根據(jù)混凝土泌水的原理和各因素影響泌水的機(jī)理，解決混凝土泌水主要方法有以下幾種。
混凝土配合比方面，適當(dāng)增加膠凝材料用量，適當(dāng)提高混凝土的砂率，在不滿足其他性能的前提下，使混凝土適量引氣。在保證施工性能的前提下，盡量減少單位用水量。
原材料方面，選用較細(xì)的膠凝材料和高品質(zhì)的引氣劑。
減水劑方面，選用泌水較小的減水劑。如果配合比固定，在滿足標(biāo)準(zhǔn)和使用要求的情況下，選用減水率合適的減水劑摻量，避免減水率過高造成泌水。
施工方面，嚴(yán)格控制混凝土振搗時(shí)間，避免過振。另外，對(duì)于新拌混凝土的性能控制，選取適當(dāng)?shù)目刂泣c(diǎn)，使得控制有利于減小混凝土泌水。假如要控制最大含氣量，控制點(diǎn)可選在入倉(cāng)口，將混凝土輸送過程中含氣量損失對(duì)泌水的影響降到最低。

5．通過外加劑改善混凝土的泌水
混凝土外加劑一般是有機(jī)高分子物質(zhì)。有機(jī)高分子的分子量、或者分子鏈長(zhǎng)度直接影響其性能。如果減水劑的分子量較大、分子鏈較長(zhǎng)，會(huì)使混凝土的泌水減少，但是同時(shí)減水劑的減水率較低；如果分子量較小、分子鏈較短，則使減水率增加，同時(shí)使混凝土的泌水率增大。有些減水劑在主分子鏈上存在支鏈，無(wú)論主鏈支鏈，較長(zhǎng)時(shí)會(huì)使混凝土泌水減水，但減水率也相應(yīng)降低，如果主鏈短而支鏈長(zhǎng)，則會(huì)使泌水減少的同時(shí)，對(duì)減水率影響不大。一般情況下，減水劑不是由單一分子量的分子組成，而是各種分子量的分子混合組成。在既要減少泌水又要保證減水率的情況下，需要優(yōu)化減水劑的分子量級(jí)配，使得小分子和大分子物質(zhì)達(dá)到最佳搭配關(guān)系。
目前的混凝土外加劑一般是復(fù)合型外加劑，生產(chǎn)一般分為兩個(gè)過程，即合成過程和復(fù)配過程，合成過程中的改進(jìn)如上所述，主要是優(yōu)化有機(jī)高分子減水劑的分子量級(jí)配。復(fù)配過程中，可以復(fù)合對(duì)改善泌水有利的組份，如適量的引氣劑或其他能減水泌水的物質(zhì)。

6．小結(jié)
由于缺乏直接的減少混凝土泌水的方法，解決混凝土的泌水必須從各個(gè)環(huán)節(jié)共同改進(jìn)，使得各因素的作用得到綜合發(fā)揮，才能使新拌混凝土的泌水得到徹底解決。