0引言
混凝土因其性能優良、成本低廉，施工簡便、廣泛應用於土木工程、海洋開發、地熱工程、水電和公共運輸等領域。混凝土施工中要求混凝土具備良好和易性和施工性能，而有些混凝土在拌合完成後，出現漿料下沉，粗骨料外漏，混凝土邊緣泌黃漿的現象，這就是常見的混凝土泌水現象。混凝土泌水率是衡量混凝土和易性的一個重要指標，泌水率越高，混凝土和易性越差，施工難度增大。混凝土泌水率太大，成型拆模後，表面產生砂線、砂斑、麻面，嚴重影響混凝土外觀。泌水嚴重的混凝土，振搗後上層產生浮漿，且在底部或側面形成孔隙，形成泌水通道，嚴重影響混凝土力學性能。新拌混凝土中的拌合水可以分為2部分，一部分是提供水泥水化作用的結合水，另一部分是供混凝土流動性的自由水。新拌混凝土的自由水過多是造成混凝土泌水的本質原因。
混凝土泌水現象發生於新拌混凝土出機時，很容易被發現，可及時進行調整。有的新拌混凝土的初始狀態，粘聚性良好、無離析、泌水、板結等現象，但放置一段時間後產生大面積泌水則為混凝土滯後泌水。滯後泌水會造成頂部或靠近頂部的混凝土因含水多，形成疏鬆的水化物結構。滯後泌水更具隱蔽性，工作檯上的技術人員很難對混凝土狀態作出正確的判斷，待澆鑄滯完成後才發現泌水，後果將難以彌補。因此，混凝土滯後泌水是混凝土工程中常見的問題之一，本文對其產生的原因進行分析，並結合自身工程經驗提出了相應的解決方案。
1混凝土滯後泌水的原因分析及解決方案
混凝土滯後的原因很多，本文主要從膠凝材料、摻合料、細骨料、粗骨料和外加劑等因素進行分析。
1.1膠凝材料
水泥作為混凝土中最重要的膠凝材料，與混凝土的泌水性能密切相關。水泥組分和顆粒級配等是造成混凝土滯後泌水的直接因素。普通矽酸鹽水泥組分較複雜，其主要成分可視為由矽酸三鈣（C3S）、矽酸二鈣（C2S）、鋁酸三鈣（C3A）和鐵鋁酸四鈣（C4AF）組成。其中，C3S含量最大（50%～75%），主要決定混凝土早期強度和末期強度，C2S水化熱較低，決定末期強度，C3A具有較高的水化熱，對凝膠時間和早期強度貢獻最大，C4AF主要起到抗酸性物質腐蝕的作用。普矽水泥各組分的相對含量以及相關性能見表1。
從表1可以看出，C3A是普矽水泥組分中水化速度最快，放熱最多的組分。由於C3A的水化作用，使拌和水中的結合水增多，自由水減少，因此，通常情況下，新拌混凝土的坍落度和流動度都隨時間增長而減小，直至尚失工作性。夏天氣溫高，C3A的水化加快，加之其放熱量大，進一步促進C3A的水化，為了使水泥能夠具有充足的施工時間，緩凝組分（石膏）加入量比其他季節多。過了夏季，轉入氣溫較低的秋冬季，環境溫度降到了10℃以下，C3A的水化速度減慢，放熱減少，而水泥的緩凝組分不變時，就會出現混凝土滯後泌水現象。在對此種水泥的淨漿測試中，發現減水劑的摻量增加時，淨漿流動度隨時間的增長先增長後降低。減水劑摻量增加可從水泥表面電荷進行分析，水泥表面的電荷可通過Zeta電位間接測得。水泥各組分的Zeta電位平均值如表2所示：
目前使用的減水劑分子都帶負電荷，根據靜電平衡原理，減水劑分子主要吸附於水泥組分的C3A和C4AF組分上。由於低溫造成C3A水化減少，水泥顆粒表面的正電荷更多，那麼就需更多的減水劑分子吸附在其表面才能將水泥顆粒分散開，因此減水劑摻量增加。隨著C3A水化反應的進行，水泥顆粒表面的正電荷逐漸減少，首先有一部分減水劑分子解吸附出來，造成減水劑分子過量，從而出現滯後泌水現象，而沒有解析出來的減水劑分子被包埋於水化產物中，喪失對水泥顆粒的分散能力。因此，混凝土滯後泌水在秋冬季節發生的機率更高，要解決這個問題，可減小減水劑的摻量，適當將出機混凝土的坍落度和流動度減小一些，即使出現後滯，也不至於造成混凝土泌水。
另外，採用低熱水泥進行混凝土拌合時，也時常出現滯後泌水現象，機理與前述機理類似。低熱水泥廣泛用於大體積混混凝土中，有效降低了由於水泥水化過程中放熱引起的混凝土開裂現象。為了降低水泥水化的過程中的水化熱，其組分中C3A含量較少，減水劑在水泥表面的吸附較少，因此同等摻量下，能起到分散作用的減水劑分子減少，表現為初期打不開。
根據吸附平衡原理，增加減水劑的摻量可增大吸附於水泥顆粒表面的減水劑分子，當足夠的減水劑分子吸附於水泥顆粒表面上時，水泥顆粒才能克服顆粒間的聚集作用得以分散。隨著水化進行，吸附於C3A上的減水劑分子解吸附出來，造成減水劑分子過量，從而出現滯後泌水現象。解決這種情況下的混凝土滯後泌水，可選用吸附能力強的減水劑分子，如萘系減水劑，酸醚比高的聚羧酸減水劑等。
水泥的顆粒級配差會導致混凝土滯後泌水。水泥顆粒越粗、比表面積越小、早期水化量就越少，結合水少，自由水多。太多的粗顆粒不能相互充密實，靜置後，混凝土中的自由水泌出，混凝土粘聚性差。另外，較少的水化產物不足以封堵混凝土中的孔道，導致自由水流出越來越多，以至產生滯後泌水。解決這種情況下的混凝土滯後泌水，最好選用顆粒級配較好的水泥。
1.2摻合料
在混凝土拌合物製備時，為了節約水泥、改善混凝土性能、調節混凝土強度等級，將摻合料加入其中。目前，特別是預製混凝土和泵送混凝土中都應用摻合料。常用的摻合料有礦粉、粉煤灰、矽灰等。摻合料細度模數小，多呈球形，能夠改善混凝土的流動性。摻合料活性低，需水量少，改善混凝土的抗滲性和耐久性。通常，摻合料替代膠材的20%，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。若將摻合料對膠材的替代率提高至30%，混凝土的初期強度和後期強度會大幅下降。絕大多數摻合料在拌合過程中基本沒有參與水化反應，其周圍的水也多為自由水。摻合料增多，自由水增多，在水膠比大的情況下，多餘的自由水逐漸泌水錶現為滯後泌水。因此，建議摻合料的摻量不要太高，若要提高其摻量，應根據混凝土實驗確定其最佳摻量。
1.3細骨料
砂是混凝土拌合中的細骨料，有天然砂和人工砂之分。天然砂是粒徑在5mm以下的巖石顆粒，含粉量少；人工砂又叫機制砂，是由機械破碎、篩分，粒徑小於5mm的巖石顆粒。人工砂目前基本為中粗砂，細度模數為2.6～3.6，顆粒級配穩定、可調，含有一定的石粉，表面粗糙、稜角尖銳。由機制砂拌合的混凝土，需水量大，坍落度小，和易性稍差。當用人工砂製備低標號混凝土，如C10和C15時，水泥用量少，混凝土拌合物易產生滯後泌水現象。這是由於使用人工砂使用水量增加，自由水增多，而膠材所需的結合水少，導致過多的自由水無法容納於體系中，逐漸泌出。因此，低標混凝土拌合中可適當減少用水量，或增加膠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，混凝土的流動性較好，發生滯後泌水的機率相對小。砂率變動，會影響新拌混凝土中集料的級配，使集料的空隙率和總表面積有很大變化。混凝土配合比中砂率對混凝土狀態有非常重要的意義。砂率過小，集料的空隙率顯著增加，不能使粗集料之間有足夠的砂漿層，會降低新拌混凝土的流動性，嚴重影響粘聚性和保水性，容易造成離析、流漿等現象。若砂率過高，砂顆粒將吸附更多的水來保持潤滑，而這些水僅僅是物理吸附而不是化學吸附，自由水會泌出混凝土表面，造成混凝土滯後泌水。因此，為避免混凝土滯後泌水，選擇合適的砂和砂率至關重要。
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，砂漿很難將其保住，會出現露石現象。在預製管件中，採用卵石破碎的石頭作為粗骨料，在冬季常會出現滯後泌水現象。這是由於冬季水泥水化慢，漿料的黏聚性差，破碎的卵石未被砂漿包住，在持續振搗時，會出現泌水現象，嚴重影響預製構件的外觀。因此，建議增加膠材用量、降低水膠比或減小坍落度以提高漿料的黏聚性，改善滯後泌水現象。碎石的接觸面大，含粉高，相同條件下混凝土的包裹性更好。但是，選用碎石時，應少用針片狀碎石，除了強度因素外，對混凝土的流動性影響較大。因此，為避免混凝土滯後泌水，應儘量選擇級配好的碎石。
1.5外加劑
從外加劑因素考慮，緩釋組分是造成混凝土滯後泌水的主要原因。外加劑中的緩釋組分有：緩釋型減水劑和保坍劑。
外加劑中的減水劑分子能夠破壞水泥顆粒間形成的絮凝結構，釋放出包裹於其中的自由水，將水泥顆粒分散開來，表現出一定的流動性。但是，隨著水泥水化的進行，水泥水化產物將一部分減水組分包裹其中，形成共沉澱、凝膠或單硫形水化鋁酸鈣（AFm），起分散作用的減水劑（位於活性高分子層）的數量減少，宏觀表現為混凝土流動度損失或坍落度損失。其機理如圖1所示。
因此，為了減小混凝土的坍落度損失，需加入緩釋或保坍組分。利用緩釋基團在鹼性條件下釋放出陰離子基團吸附於水泥顆粒上，彌補因減水劑分子減水造成對水泥分散減弱的影響。以聚羧酸保坍劑分子為例，其緩釋機理如圖2所示。
通過以上分析可知，適量的緩釋組分和保坍組分可以減弱混凝土的坍落度隨時間增長而減小的趨勢。但是，過多的緩釋組分和保坍組分則會造成滯後泌水現象，為混凝土澆築造成困擾。因此，減小緩釋組分和保坍組分的添加量能夠避免由外加劑造成的混凝土滯後泌水現象。
2解決混凝土滯後泌水的成功實例
2.1原材料
水泥：利森42.5級中熱水泥；砂：人工砂，密度2.63g/cm3，細度模數2.60；石：密度2.78g/cm3，粒徑5～20mm；聚羧酸減水劑：石家莊市長安育才建材有限公司生產的聚羧酸減水劑GK-3000，實驗室自製的聚羧酸1#、2#和3#；磺化三聚氰胺減水劑，F10，德國巴斯夫；糖，一等品，昆明立躍工貿有限責任有限公司；消泡劑，CHUPOCAFK-2型，竹本油脂（蘇州）有限公司。
2.2混凝土配合比（見表3）
2.3外加劑配方（見表4）
2.4混凝土試驗情況
採用60L單臥軸向攪拌機拌合20L，混凝土拌合物出機、60min及90min的狀態如圖3所示。
由圖3可見，混凝土拌合物出機後，和易性和流動性良好；30min時，混凝土拌合物表面泌出黃漿，粗骨料和漿體出現分離現象；60min時，混凝土拌合物的骨料和漿體已完全分離，狀態極差，滯後泌水嚴重。
2.5問題分析
根據混凝土滯後泌水現象，針對混凝土拌合中所用的原材料進行分析，發現水泥組分的問題較大。表5列出了利森中熱水泥的X-射線衍射分析結果。
從表5可知，水泥中C3A含量較低，立方晶系C3A基本沒有，斜方晶系的C3A僅有0.59%。如前所述，要將這樣的水泥分散開，需加過量的減水劑，勢必造成混凝土滯後泌水現象。為了找出解決方案，設計和合成了3種（1#、2#和3#）不同的聚羧酸減水劑，針對利森中熱水泥進行淨漿試驗，結果如表6所示。
從表6可知，設計的3種聚羧酸減水劑（1#～3#）對利森中熱水泥的淨漿實驗中均表現出滯後釋放現象。其中，1#緩釋型聚羧酸的淨漿流動度在30min內增加了100mm（為初始流動度的76.9%），60min內淨漿流動度增加了20mm；2#聚羧酸分子中無緩釋性基團，但其淨漿流動度與摻1#減水劑的淨漿流動度變化趨勢類似，只是在30～60min內，淨漿流動度增大15mm；摻3#減水劑的初始流動度大，比摻1#和2#的淨漿流動度大35mm，說明增大酸醚比能增加水泥顆粒對減水劑的吸附，而在30min內，其淨漿流動度增加了50mm（為初始流動度的30.3%），30～60min內，其淨漿流動度只增加了10mm，滯後現象已達到改善。通過以上試驗可知，增大聚羧酸的酸醚比對增大利森水泥淨漿的初始流動度有利，能在一定程度上減輕流動度滯後放大現象。增大聚羧酸的酸醚比，實質是增加減水劑的電荷密度，因此在3#聚羧酸減水劑基礎上復配電荷密度更大的磺化三聚氰胺減水劑，結果見表7。
由表7可見，當磺化三聚氰胺減水劑摻量為3#聚羧酸減水劑的30%時，水泥淨漿初始流動度為230mm；30min後，淨漿流動度減小為195mm；60min後，淨漿流動度為230mm，因此淨漿流動度隨時間增長呈先減小後增大的趨勢。當磺化三聚氰胺減水劑摻量為3#聚羧酸減水劑的20%時，水泥淨漿初始流動度為250mm，淨漿流動度隨時間延長的變化趨勢也是先減小後增大。這是由於2種減水劑在水泥顆粒間的競爭吸附作用導致的，由於磺化三聚氰胺的電荷密度大，優先吸附於水泥顆粒表面，使水泥淨漿的初始流動度增大；後期是3#聚羧酸減水劑吸附於水泥顆粒上，由於其在利森中熱水泥上的吸附能力較低，因此，在30min內，其淨漿流動度減小，在30～60min內，隨著吸附量的增加，其淨漿流動度增大。而當磺化三聚氰胺減水劑的摻量為3#聚羧酸減水劑的10%時，兩者間的吸附得到平衡，水泥淨漿流動度在60min內變化不大。為了驗證方案是否正確，再進行相關混凝土試驗。
2.6問題解決
採用減水劑復配（見表8）的方法，進行混凝土試驗，外加劑摻量為膠凝材料質量的0.6%，試驗結果見表9和圖4。
從表9和圖4可知，採用電荷密度高的磺化三聚氰胺和高酸醚比的聚羧酸復配使用，成功解決了利森中熱水泥由於C3A含量少而引起的滯後泌水現象，新拌混凝土初始狀態良好，經過1h依然保持較好的塌落度和狀態，基本不存在泌水現象，較好地符合了施工要求。
3結語
從混凝土配合比、膠凝材料、粗骨料、細骨料以及外加劑方面分析造成混凝土滯後泌水的原因，並列舉了解決混凝土滯後泌水的成功實例，可為工程技術人員提供解決混凝土滯後泌水方案。（來源：《新型建築材料》2017.11）