初龄期混凝土的泌水、沉降、塑性收缩与开裂.docx

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1、初龄期混凝土的泌水、沉降、塑性收缩与开裂1引言随着混凝土工程在基础设施建设中日益广泛的应用，尤其是在城市 交通设施中的广泛应用，混凝土外观品质日益受到人们的关注，而与 此同时，混凝土外表的花斑、气孔、裂纹却像令人讨厌的苍蝇一样挥 之不去，有时严重到业主不得不要求工程停工，甚至造成推倒重来的 事故，延误工期，损失沉重，使施工单位和混凝土公司的技术人员伤 透了脑筋。其实，初龄期混凝土的泌水、沉降与收缩问题早已有之，但是如今 产生这些现象的原因并不相同，因此要克服它就不能照搬以往的经验, 人们需要不断更新观念、更新知识，才能认识和处理新问题，也就是 说不能周而复始地重复，而需要螺旋形地上升、提高与升

2、华。2泌水、塑性沉降与收缩现象混凝土拌合物浇筑后至初凝期间约几个小时里，拌合物呈塑性和半 流动态，各组分间由于密度不同，在重力作用下相对运动，集料与水 泥下沉、水上浮，出现三种现象：泌水、塑性沉降和塑性收缩。根据上述对初龄期混凝土出现泌水、沉降，以及由此而产生的塑性 收缩及开裂现象的分析，笔者提出以下防治措施供混凝土生产供应和 施工企业参考。1）当水泥可溶碱含量偏低，与秦系减水剂相容性不好，因此出现泌 水、沉降离析现象时，除上述改换减水剂品种外，还可以考虑少量掺 用硫酸盐（如芒硝等），当然在掺量需要较大时，须注意可能带来其他不 利后果。2）粗集料最大粒径控制不严，有时甚至明显超过钢筋间距或箍筋

3、与 模板的距离；粗集料级配不良中间断档，例如在常用的530mm或 540mm石子中很少甚至根本没有510mm颗粒（这种现象非常普遍, 严重的时候甚至只有15或20mm以上的颗粒）；细集料）砂子（通常 更不注意，例如明显缺少2.55mm颗粒），这些都是引起初龄期混凝 土产生泌水、沉降离析的重要原因。3）施工时控制拌合物的坍落度尽量小一些为好，尤其是掺有粉煤灰 时，120mm左右的坍落度就可以很好地泵送。然而很多施工单位盲 目地提出加大坍落度要求，有时还采取在现场加水随意增大坍落度的错误做法。显然坍落度越大，越容易泌水、沉降离析，也因此更容易 出现堵泵现象，延误施工。4）施工时的振捣操作不当，对出

4、现泌水、沉降离析现象也有重要影 响。目前国内振捣棒的频率一般都超过12000次/分（称高频振捣棒）， 且操作工普遍缺乏技术培训，使得振捣工序的质量严重失控，如漏振 （没有振到）、过振（振捣时间过长）、拖振（在拌合物外表连续拖动振捣棒） 等现象十分常见，从这个角度看来，在质量要求非常高的工程中，采 用免振自密实混凝土十分必要。5）改变混凝土配合比只和设计强度等级相关的现状，在环境（例如 施工过程遇到小寒流降温等），或施工条件（例如泵送高度）等发生变化时, 都需要及时调整配合比（例如高效减水剂、缓凝剂、引气剂以及矿物掺 和料的掺量等）。现今普遍实行一个强度等级固定一个配合比，不加任 何调整的做法是

5、很不利于控制的。2.1泌水泌水易于发生在非干硬性拌合物中。这种拌合物在浇筑与捣实以后、 凝结（不再发生沉降）之前，外表会出现一层水分或浮浆，可达混凝土浇 筑高度的2%3%或更大,这些水或向外蒸发，或因水泥继续水化被 吸回，伴随发生混凝土体积减小；此外，局部上升的泌水积存在集料 下方形成水囊。泌水对混凝土性能带来两方面影响：首先，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，对表层的耐磨性 等十分有害；形成水囊那么会显著削弱水泥浆与集料间的界面粘结作用， 影响硬化混凝土的强度和耐久性（图1（a）。2.2 塑性沉降拌合物由于泌水产生整体沉降，浇筑深度大时靠近顶部的拌合物运 动距离更长；沉

6、降受到钢筋、预埋件等阻碍，那么从外表向下直至其上 方产生塑性沉降裂缝（图1（b）。2.3 塑性收缩在干燥环境中混凝土浇注后，向上运动到达顶部的泌出水要逐渐蒸发。如果泌出水速度低于蒸发速度，外表混凝土将由于失水，由于干缩在塑性状态下开裂。这是由于混凝土外表区域受约束产生拉应变， 而这时它的抗拉强度几乎为0,所以形成塑性收缩裂缝，这种裂缝与塑 性沉降裂缝明显不同，与环境条件有密切关系：当混凝土受环境温度 高、相对湿度小、风大、太阳辐射强烈，以及以上几种因素的组合作 用，更容易出现开裂（图1（C）。3初龄期混凝土发生上述现象的原因3.1 早期的混凝土早期的混凝土中水泥粉磨细度较小，高活性矿物（硅酸三

7、钙）含量较 少，水泥中常掺有矿渣等混合材（在混凝土里掺有的同样材料被称为矿 物掺和料，或矿物外加剂），而且当时的水泥生产时，熟料是和矿渣等同 时粉磨的，由于矿渣比拟难于磨细，因此在这种水泥里矿渣常以比熟 料粗得多的颗粒存在。早期的混凝土的另一特点是水灰比（在有掺和料 的情况下是水胶比）较大，通常没有掺外加剂，这样的混凝土拌合物尽 管工作度不大，例如坍落度在2040mm，但从浇注到凝固之间的时 间间隔比拟长，尤其在冷天时更为突出。在此过程中发生上述泌水、 沉降离析等现象的原因也就不难理解了 O但是，当时我国北方的混凝土还有另一个突出的问题，就是所用水 泥的含碱量高（据了解，北方水泥厂生产的水泥含

8、碱量全都在1%以上）。 含碱量高增大混凝土的干缩，使混凝土易于开裂，并会由此引发一系 列混凝土耐久性问题。然而，含碱量高的水泥水化硬化快，又会减小 泌水、离析造成的负面影响。这表达了事物的多样性和复杂性）有弊 必有利，反之亦然。3.2 现今的混凝土现今的混凝土所用水泥与以往大相径庭，水泥的粉磨细度明显增大, 高活性矿物含量增多，由于推广散装运输的方式，使水泥在储运过程 中反复均化,改善了水泥的匀质性，使用时无需拆袋也带来方便,但是产 生一个新问题，便是水泥的温度高居不下，尤其是夏天，水泥进入搅 拌机的温度有时高达90。匚这使得实际结构里混凝土强度的开展速率， 与实验室使用已经凉下来的水泥做试验

9、得出的结果相差甚远，不仅造 成工程中大量材料的浪费，还带来结构开裂现象普遍，修补、加固那么 进一步造成更大的浪费。现今的混凝土中普遍掺有减水剂等外加剂，以及粉煤灰、矿粉等掺 和料，水灰比（水胶比）一般都比早期混凝土明显降低；拌合物工作度,主要指泵送混凝土的坍落度大都在180mm以上。尽管工作度明显增 大，但是由于水泥和水灰比等发生变化，在很长一段时间里出现上述 初龄期混凝土的泌水与沉降离析现象并不常见。但是，在碱-集料反响可能会给混凝土的耐久性带来严重后果的宣 传影响下，不少水泥厂生产的水泥含碱量大幅度降低了，在带来减小 干缩好处的同时，也遇到了新问题。如Aqtcin所指出1:从流变性 的角度

10、考虑，水泥存在一个最正确的可溶碱含量。现今一些水泥中的可 溶碱含量达不到该最正确值，原因是一些水泥公司为满足某些机构规定 使用低碱水泥的要求（以防止可能发生的，或通常只是想象中的碱-集料 反响），销售出去的水泥中可溶碱含量不必要地过分低。目前国内最普遍使用的高效减水剂是蔡系减水剂，而控制蔡系减水 剂-水泥相容性良好有几个关键因素。2000年在法国召开的第六届国 际化学外加剂会议上，我国留学生姜施平博士等发表的文章指出2: 水泥的可溶碱含量（事实上，SO2-4就来自可溶碱）、细度、C3A含量 和石膏类型，是控制掺蔡系减水剂水泥浆和混凝土流变性能的关键参 数。最正确可溶碱含量在0.4%0.6%当量

11、Na2O。蔡系减水剂在水泥颗 粒上的吸附率和水泥水化速率受这些参数影响，它们控制混凝土流动度的损失速率。使用可溶碱含量低的水泥时，不仅当减水剂剂量缺乏 时坍落度损失会较快，且当剂量稍高于饱和点时，又会出现严重的离 析与泌水。由于工程使用低碱水泥，给选用减水剂造成困难的不乏实例，如江 苏的润阳大桥工程在选用高效减水剂时就费了很多周折，后来放弃了 使用蔡系高效减水剂，才满足了工程施工的需要3。除了蔡系高效减水剂，以及性能与其接近的密胺类高效减水剂之外, 国内在20世纪90年代开发出来，现在已经得到广泛应用的氨基磺酸 盐减水剂，特别是近年来开发的聚竣酸系减水剂，用于配制的拌合物工 作度损失明显减小，

12、比拟适于在工作度要求高，例如自密实混凝土、 水下不分散混凝土的配制中应用。但是从本质上说来，高效减水剂之 所以可以大幅度减小用水量，机理就在于可以有效地破坏水泥浆体的 絮凝结构，释放出内里的自由水，也就是削弱了水泥颗粒与水之间的 作用，从这种角度来说,它加剧了泌水现象。聚竣酸系减水剂虽然依靠 其他基团，例如引气基团的作用，可以改善浆体的稳定性，但是在表 面密实性和外观要求很高的工程中，还必须复合使用保水性良好的组 分，例如竣甲基纤维素，羟乙基或羟丙基纤维素等。当然由于单价较低，目前国内工程主要还使用蔡系高效减水剂，为 了改善拌合物坍落度损失较大的缺乏，常复合缓凝剂使用。尤其羟基 竣酸类缓凝剂延

13、缓坍落度损失的效果十分显著，早已在国内外普遍使 用。但是这类产品的剂量对其缓凝作用大小十分敏感，很难掌握适量, 因此常会出现凝结过度延缓，并造成泌水、沉降严重的后果。反之， 当混凝土掺用膨胀剂时，由于它的水化要将大量自由水转变成结合水, 可显著改善泌水、沉降问题，可是引起坍落度损失剧烈又成为令人难 以解决的问题。以上事实说明：现今混凝土中普遍掺有外加剂，水泥- 外加剂的相容性如何，对混凝土的许多性能起至关重要的影响，需要 给予充分的重视。除此之外，还有许多因素影响初龄期混凝土的上述 性能。集料级配对于拌合物的泌水、沉降离析起十分关键的作用。欧盟一 些国家在预制混凝土业已获得较广泛应用的自密实混

14、凝土，其水泥等 胶凝材料用量仅400450kg/m3 ,其组分材料的重要特点，就是其砂 率大（超过60%）且砂子的级配良好（各筛的筛余接近）。这种自密实混 凝土的塑性粘度与普通混凝土接近，因此易于泵送、浇注速度快、不 会形成冷缝。由于胶凝材料用量没有多大差异，也就不会出现收缩变形增大造成的不利影响。与此相反，国内集料的级配不良，会使配制 工作度更小一些的拌合物也容易出现泌水和沉降离析。矿物掺和料的应用中存在的误区，也是加剧拌合物泌水、沉降离析 的一个原因。事实上，需水量越小的掺和料，例如N级粉煤灰、磨细 矿渣等用于配制的拌合物，就越容易出现泌水、沉降离析。换句话说, 需水量小的矿物掺和料只适用

15、于配制低水胶比，即强度级别较高的混凝 ,而现今在配制C30这类用量最大的普通级别的拌合物时，一些规 范中限定采用N级粉煤灰的做法，实际上是一种误导，笔者前不久就 听北京一家混凝土公司抱怨上述规范条款给他们造成很大的困难。除了技术原因以外，近年国家出台限制现场搅拌，推行预拌混凝土 的政策，使得施工单位和预拌混凝土公司出于双方各自的利益，不必 要地过度增大拌合物的坍落度，也是加剧拌合物产生泌水、沉降离析 的重要原因。为了使到达现场交付时的拌合物工作度满足用户的要求, 混凝土公司即使在气温不高的季节也不得不掺用缓凝剂，以延缓拌合 物的坍落度损失，而这样一来，混凝土浇注后的泌水和离析就会明显 地加剧。

16、4泌水、沉降可能产生的影响如上所述，初龄期混凝土拌合物产生的泌水、沉降离析，以及外表失水相关的塑性收缩现象，不仅会损伤硬化后外表的耐磨性能，还会 使混凝土内部的集料与浆体界面、钢筋与混凝土界面形成薄弱的过渡 区。实际上，过渡区就是混凝土体内的原生裂缝，在随后混凝土的温度 收缩、自生收缩以及干燥收缩受到约束作用时，产生的应力不断积累、加，当混凝土的抗力（抗拉强度，或者更确切地说，是断裂能）被应力 超过时，就出现可见的宏观外表裂缝，或贯穿裂缝。图24分别表示泌水、沉降对混凝土路面、桩和预应力梁造成的 影响。图3所示的混凝土桩上半截由于严重的泌水、沉降，使钢筋外 侧的混凝土已经不复存在，只有凿掉后重新浇注。图4所示后张预应 力梁孔道灌浆由于泌水、沉降，泌出水聚集在波纹管上方，经历冬季 水分结冰体积膨胀，引起沿波纹管方向出现裂缝，这种现象在国内外 许多后张预应力桥梁上很常见。为此，有的国家（如英国）曾一度禁止使 用后张法生产预应力桥梁。5混凝土出现泌水、沉降的防治