1混凝土滞後泌水的現象

20世紀以來，混凝土因良好的抗水性、可塑性以及廉價、易得等優點，成為土木工程結構的首選材料，以混凝土為主要結構材料的工程結構飛速發展。混凝土已成為當今世界上應用最廣泛的建築材料，目前世界上混凝土的年用量為110億噸。在很長的時期内，強度被看作是混凝土的最重要的指标。20世紀70年代以後，人們已經認識到耐久性是影響混凝土未來發展的關鍵問題。影響混凝土耐久性的因素很多，但從根本上提高混凝土的耐久性還應将重點放在混凝土的密實性和均質性上。現代混凝土是以工業化生産的預拌混凝土為代表，其最重要的特征是高均質性。混凝土在澆築之後，硬化之前的均質性是混凝土澆築質量的最重要的體現，在這個階段混凝土的離析和泌水是影響其均質性的重要因素。

混凝土的離析可以定義為新拌混凝土的各組分發生分離而導緻混凝土的均質性降低的一種現象。混凝土的泌水是指混凝土在澆灌和振搗密實之後，其表面出現水分的一種現象。嚴格來講，泌水也是離析的一種表現形式，因為水是混凝土中密度最小的一個組分，泌水的産生是由于在較重的固體組分沉降時，組成材料的保水能力差，以緻部分拌合水處于分散狀态所引起的。無論是由于混凝土自身的質量原因還是由于施工不當的原因導緻的混凝土的泌水，一般發生在混凝土澆築後不久。

在一些工程中，混凝土的泌水出現了一個新的特點：新拌混凝土的初始狀态很好，即具有良好的流動性、搗實性和粘聚性，但澆築并抹平1～2h後，混凝土則出現明顯的泌水現象。由于這種泌水現象發生在澆築後1～2h後，因此這種混凝土的這種泌水現象稱之為“滞後泌水”。

混凝土滞後泌水與混凝土初期泌水所産生的危害是相似的。部分上升的水積存在骨料下方形成水囊，進一步削弱水泥漿與骨料間的過渡區（圖1），明顯影響硬化混凝土的強度。在幹燥環境中混凝土澆築後，向上運動到達頂部的泌出水要逐漸蒸發，如果混凝土的表面經受風吹，那麼泌出水分的蒸發速率會大大加快。如果蒸發速率大于泌出速率，表面混凝土含水将減小，混凝土會發生幹縮，而此時由于混凝土表面區域受約束産生拉應變，而這時它的抗拉強度幾乎為零，所以會發生塑性開裂。

在土木工程的結構設計或耐久性設計中，都假定混凝土的保護層是一層均勻的混凝土，而事實上由于混凝土自身的特點和施工質量問題，混凝土保護層與芯部混凝土往往有較大的差别。在工程結構的服役期，外部環境荷載對混凝土的腐蝕與損傷主要發生在混凝土的表層，使混凝土表層的強度逐漸喪失，除了影響結構表層的美觀，更重要的是嚴重削弱了對鋼筋的保護能力，加速鋼筋鏽蝕的進程，從而嚴重影響工程結構的耐久性。混凝土表層是保護鋼筋和内部混凝土的重要防線，對鋼筋混凝土結構的耐久性有很重要的意義。混凝土的滞後泌水會造成頂部或靠近頂部的混凝土因含水多，形成疏松的水化物結構，使混凝土的滲透性明顯增大；同時，富漿更容易導緻塑性開裂，加大了表層混凝土塑性開裂的風險。

由于混凝土的滞後泌水發生的時間與初期泌水不同，很顯然，混凝土的滞後泌水與混凝土的初期泌水的成因是有所差别的，要想解決混凝土的滞後泌水問題也需要從其成因上着手。

2混凝土滞後泌水的原因

2.1減水劑的不正确使用

高效減水劑的大規模使用是現代混凝土的一個重要特征，它減小了混凝土強度對水泥強度的依賴性，使拌合物的流變性變得更加突出。在水泥用量一定時，以較少的水就可以達到工程要求的坍落度，這意味着降低了水灰比，從而提高了強度和抗滲性。因而，高效減水劑在混凝土中得以廣泛的應用。在水泥漿體中，相鄰水泥顆粒上帶有相反電荷，由于靜電引力的作用，引起水泥顆粒發生絮凝。漿體中大量的水被絮凝體所包裹（圖2a），剩餘的水決定了水泥漿或混凝土的流動性。減水劑是陰離子型的有機化合物，其分子吸附在固-水界面上，使水泥顆粒表面都帶有相同的電荷，此時顆粒相互排斥而分開，分散于漿體中（圖2b），從而使更多的水可以用來改善水泥漿或混凝土的流動性。雖然減水劑能夠明顯改善混凝土的坍落度，但它卻不能增大混凝土的粘聚性。聚羧酸減水劑能夠明顯削弱水泥顆粒與水之間的作用，使自由水的釋放非常明顯，這在一定程度上增大了混凝土泌水的可能性。當發生下列兩種情況時，混凝土易發生滞後泌水。

其一，使用減水劑拌合混凝土時，在攪拌的過程中沒有将減水劑攪勻。由于部分減水劑并沒有在混凝土攪拌的過程中被分散開，因此這部分減水劑在初期并沒有起到應有的作用，盡管新拌混凝土的工作性和粘聚性符合要求，在澆築初期也不會産生明顯的質量問題。但随着時間的延長，這部分減水劑開始發揮作用，使混凝土中的水分緩慢的析出，從而使混凝土發生滞後泌水的現象。

其二，在混凝土澆築前，發現混凝土的工作性不符合泵送的要求，通過向攪拌車内加入減水劑來調整工作性。一般而言，在初始拌合混凝土時，将減水劑預先加入到水中，然後再與混凝土拌合的效果最好。衆所周知，混凝土坍落度損失是商品混凝土的一個重要問題，尤其是在高溫天氣或長距離運輸的條件下。在混凝土澆築的過程中發現混凝土坍落度不符合要求時，往往通過向攪拌車内加入減水劑來調整混凝土的工作性，而此時由于攪拌車的攪拌功能遠不及攪拌站的專業攪拌機，加入的減水劑很難被攪勻。因而，盡管通過加入減水劑可以達到使混凝土滿足泵送條件的目的，但實際上加入的減水劑的量高于實際需要的量。當混凝土澆築完畢後，這些多餘的減水劑開始逐漸發揮作用，使混凝土中的水分緩慢析出，從而使混凝土發生滞後泌水的現象。

2.2緩凝劑的不正确使用

在混凝土的生産、運輸和澆築過程中，高溫環境會引起混凝土凝結時間縮短；遠距離運輸會使混凝土坍落度損失的問題更嚴重；大體積混凝土的澆築可能要持續很長時間，需要讓先澆築的混凝土不會過快凝固，造成冷縫與斷層；在這些情況下，往往采用緩凝劑來調整混凝土的凝結時間。緩凝劑的作用機理是通過延長誘導期來降低C3S的早期水化速率，緩凝劑能緊緊地吸附在氫氧化鈣晶核上，從而阻止其晶體繼續長大，使進一步水化受到限制。很顯然，當緩凝劑的作用效果消失時，水化會進一步進行，因此緩凝劑對水化的緩凝作用取決于緩凝劑的用量。

羟基羧酸類緩凝劑對延緩坍落度損失的效果非常明顯，同時，這種産品的用量對其緩凝作用大小也十分敏感，稍加過量就會出現過度緩凝的現象。如果混凝土的凝結時間過長，那麼在混凝土的凝結過程中，由于骨料和水泥顆粒的比重大于水，在重力作用下，骨料和水泥顆粒緩慢下沉，而水分則受到排擠而緩慢上浮，從而發生了混凝土滞後泌水。當然，并不是所有緩凝劑過量的混凝土都會發生滞後泌水的現象，在初凝時間相同的情況下，大流動性和減水劑摻量加大的混凝土更易發生滞後泌水現象。

2.3礦物摻合料的影響

礦物摻合料的大規模應用是現代混凝土的一個重要特征，現代混凝土的核心技術之一就是圍繞礦物摻合料展開的。由于水泥水化生成Ca(OH)2，混凝土内部是堿性環境，有活性的礦物摻合料能夠與矽酸鹽水泥水化反應生成的Ca(OH)2發生反應，生成有利的C-S-H凝膠等水化産物，減少Ca(OH)2含量，使水化産物顆粒變得細小，提高界面過渡區的密實程度，改善混凝土的微觀結構。另外，摻入礦物摻合料也有助于改善混凝土的流動性，降低用水量，從而提高混凝土的抗滲性和耐久性。因而，從混凝土的經濟、能效、耐久性和生态利益看來，礦物摻合料有突出的優越性。但礦物摻合料對混凝土的水化過程，尤其是混凝土早期的水化過程有很大的影響，在一定程度上也影響了混凝土的工作性和澆築後的性能。

膠凝材料的水化誘導期的長短決定了混凝土的凝結硬化的時間，誘導期越長，混凝土的初凝時間越長。研究表明，粉煤灰和鋼渣能夠明顯延長水泥水化的誘導期，從而延長混凝土的初凝時間。當粉煤灰或鋼渣的摻量較小時，礦物摻合料對混凝土泌水的影響并不明顯。但是當摻量較大時，例如40%以上時，則混凝土容易發生滞後泌水的現象。事實上Ⅰ級粉煤灰由于其表面需水量低，比Ⅱ級粉煤灰更容易引起混凝土發生滞後泌水的現象。同時，當礦物摻合料摻量較大時，高水膠比的混凝土更易發生滞後泌水的現象，這是因為礦物摻合料早期反應速率低，造成大量自由水剩餘。

2.4水泥的影響

現代最常用的普通矽酸鹽水泥在生産的過程中至少含有20%的混合材，如果在使用礦物摻合料時沒有考慮到這一點，那麼就會造成膠凝體系中礦物摻合料的用量大于目标配合比的量，可能會造成混凝土的粘聚性降低和初凝時間延長，從而易發生混凝土的滞後泌水。

現代混凝土的組成複雜，各種組分之間可能産生不協調的化學變化，導緻不相容。水泥與化學外加劑的相容性是目前普遍關注的一個問題，尤其是水泥與聚羧酸減水劑的相容性問題備受關注。影響水泥與減水劑的相容性的因素有水泥中可溶堿含量、SO3含量、可溶堿與SO3比值、熟料中C3A含量、混合材摻量等。當水泥與減水劑存在相容性的問題時，往往表現為減水劑的飽和點增大。因而，為了滿足工作性，需要加入更多的減水劑。但是随着水化的進行，水泥中的C3A和C3S發生了部分反應之後，多餘的減水劑的作用效果開始顯現，使混凝土的初凝時間延長，同時使自由水更多地析出，從而使混凝土發生滞後泌水現象。

3混凝土滞後泌水的解決方法

3.1合理使用外加劑

為使減水劑能夠在混凝土的攪拌過程中均勻分散，将減水劑預先加入到水中，然後再加入到幹料中攪拌，并保證充足的攪拌時間。在澆築的過程中，如果混凝土的流動性不滿足泵送要求，可以通過加入減水劑來調節混凝土的流動性，但需要注意，盡量增加泵車的攪拌時間使加入的減水劑最大限度的發揮作用；同時，要保證混凝土能夠滿足泵送要求即可，不要使二次攪拌的混凝土流動性過大。

對于緩凝效果比較明顯的緩凝劑，要仔細調整其用量，盡量保證實際用量不超過實際需要的量，必要時可以采用一些緩凝效果差一些的緩凝劑。當緩凝劑與減水劑複合使用時，更要控制緩凝劑的用量。

3.2合理使用礦物摻合料

要認識清楚礦物摻合料的兩個重要特征：需水量低于水泥；延長水泥的水化誘導期。在高溫的環境中生産、運輸和澆築混凝土時，可以通過摻入礦物摻合料來延長混凝土的初凝時間。但當水膠比較高時，礦物摻合料的用量不易過大；當水膠比較低時，可以使用大摻量礦物摻合料混凝土。在冬季施工的條件下，要嚴格控制礦物摻合料的摻量，除非使用加速混凝土強度發展的早強劑。

3.3注意水泥的性能

嚴格控制水泥的品質和來源，盡量選擇生産工藝先進的廠家。保證水泥的儲存條件，慎重使用儲存時間過長的水泥。加強對水泥與外加劑的相容性的檢測，在水泥品質穩定的前提下，盡量選擇與水泥相容性良好的外加劑。

3.4提高施工質量

施工時，在滿足混凝土泵送的條件下，盡量選擇坍落度小的混凝土。在混凝土振搗的過程中注意針對不同部位的混凝土、不同工作性的混凝土采用相應合理的振搗方式。在抹面後立即用濕麻布、噴霧或用養護劑等方式，使混凝土減少蒸發。

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