混凝土滞后泌水原因分析及成功实例

1、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、 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

3、行分析， 并结合自身工程经验提出了相应的解决方案O1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

4、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。表1普硅水泥的甜物组分巫楫关性能性能 爼分3水化速率高中等耶常高襦用 石背廷缓慢抗压强度初期高耒期鬲初期提高罪窜低5002501340420收缩酬0.050.020 10o2.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）

5、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 10C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。

6、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

7、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

8、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

9、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

10、度模数为2.63.6,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

11、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

12、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

13、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

14、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520mm;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

15、司。2.2混凝土配合比（见表3）表？溟凝土的配合比水温砂水石中石(5 10 rmn ( 10 2-0 mm)水335445545250注 砂率如脑含水率为工了羽覆醸土密度血24口匹/iu叮V2.3外加剂配方（见表4）注农卜加剂掺虽対胶凝材料嚴星的酣瓠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

16、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。55利襄中憑水虛闕蓋-3上術也并析略舉单鋼（2：&p 3立方说衬方:Wh芒晞3 c3 reF 3si 2?3232oraOS14 Hla is3113-/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

17、， 针对利森中热水泥进行净浆试验，结果如表6所示。表6减水剂对利森中热水泥净浆流动度的筋响试样 编号碱水剂种类初始3C mnOrnin,V邊释型聚瘙亀no230Z*HO2203*酿醞比1殆215片从表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 3060min内，净浆流动度增大15mm;掺3#减水剂的初始流动度大，

18、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%） ,3060min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。谥祥褊号表7聚竣醐与璜化三聚勢胺减水剂蔓配对利蘇中热水泥曲漿流动厘的册晌诫水剂旦配浄浆礴动度/mm初始 30 min

19、60 icin3X1.0 小化三疣氧瞰帖0”3X3 0卩競化三聚筑胺（20”10訂斗礦化三揉匐痢010 02502502C0235230245注 弑验条件対利春中块水泥300 g冰87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