混凝土拌和物離析問題的探討

摘 要：文章把混凝土拌和物的離析分為兩類，分別對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，并提出了針對(duì)措施。正確的理解混凝土拌和物的離析對(duì)其配合比的設(shè)計(jì)及調(diào)整具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：混凝土；離析；水泥

1 引言

離析是混凝土常出現(xiàn)的問題之一，離析后的混凝土在泵送時(shí)易堵管、爆管，澆筑到模板中后會(huì)造成結(jié)構(gòu)分離，上面多出現(xiàn)砂漿層，混凝土表面易出現(xiàn)蜂窩、麻面、空洞等質(zhì)量缺陷。如何正確預(yù)防和處理混凝土發(fā)生離析是混凝土工作工作者長期注重的問題，也是提高混凝土工程質(zhì)量的技術(shù)關(guān)鍵之一。

離析是指新拌混凝土的各個(gè)組分發(fā)生分離致使其分布不再均勻的一種現(xiàn)象。離析有兩種表現(xiàn)形式：第一種是粗集料顆粒從拌和物中分離出來，離析的第二種形式表現(xiàn)為水泥漿（水泥加水）從拌和物中分離出來。

2 原因分析及應(yīng)對(duì)措施

對(duì)于第一類離析，原因分析如下：

混凝土過于干硬或混凝土中若粗集料粒徑過大，畸形且細(xì)集料用量少或使用間斷級(jí)配等，導(dǎo)致集料總體比表面積大幅度降低，水泥漿體集料之間的粘結(jié)力降低，粗集料懸浮在水泥漿體中，粗集料比細(xì)集料更容易沿斜坡運(yùn)動(dòng)，也更容易沉降?？梢酝ㄟ^增加砂率增加拌和物的黏聚性，進(jìn)而減少第一類離析的出現(xiàn)。

對(duì)于第二類的離析，我們首先來了解水泥-水體系。水泥的比表面積一般在317m2/kg～370m2/kg，90%以上的水泥顆粒粒徑在7μm～80μm范圍內(nèi)，屬于微細(xì)粒粉體顆粒范疇。對(duì)于水泥——水體系，水泥顆粒及水泥水化顆粒表面為極性表面，具有較強(qiáng)的親水性。微細(xì)的水泥顆粒具有較大的比表面能（固液界面能），為了降低固液界面總能量，微細(xì)的水泥顆粒具有自發(fā)凝聚成絮團(tuán)趨勢，以降低體系界面能，使體系在熱力學(xué)上保持穩(wěn)定性。同時(shí)。在水泥水化初期，C3A顆粒表面荷正電，而C3S和C2S顆粒表面荷負(fù)電，正負(fù)電荷的靜電引力作用也促使水泥顆粒凝聚形成絮團(tuán)結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。

由于水泥顆粒的絮凝結(jié)構(gòu)會(huì)使10%～30%的自由水包裹其中，從而嚴(yán)重降低了混凝土拌和物的流動(dòng)性。減水劑摻入的主要作用就是破壞水泥顆粒的絮凝結(jié)構(gòu)，使其保持分散狀態(tài)，釋放出包裹于絮團(tuán)中的自由水，從而提高新拌混凝土的流動(dòng)。

減水劑分散減水機(jī)理基本上包括以下五個(gè)方面[1]。

2.1 降低水泥顆粒固液界面能

減水劑通常為表面活性劑（異極性分子），性能優(yōu)良的減水劑在水泥——水界面上具有很強(qiáng)的吸附能力。減水劑吸附在水泥顆粒表面能夠降低水泥顆粒固液界面能，降低水泥——水分散體系總能量，從而提高分散體系的熱力學(xué)穩(wěn)定性。這樣有利于水泥顆粒的分散。因此，不但減水劑的極性基種類、數(shù)量影響其減水作用效果，而且減水劑的非極性基的結(jié)構(gòu)特征，碳?xì)滏滈L度也顯著影響減水劑的性能。

2.2 靜電斥力作用

新拌混凝土中摻入減水劑后，減水劑分子定向吸附在水泥顆粒表面，部分極性基團(tuán)指向液相。由于親水極性基團(tuán)的電離作用，使得水泥顆粒表面帶上電性相同的電荷，并且電荷量隨減水劑濃度增大而增大直至飽和，從而使水泥顆粒之間產(chǎn)生靜電斥力，使水泥顆粒絮凝結(jié)構(gòu)解體，顆粒相互分散，釋放出包裹于絮團(tuán)中的自由水，從而有效地增大拌和物的流動(dòng)性。

2.3 空間位阻作用

聚合物減水劑吸附在水泥顆粒表面，則在水泥顆粒表面形成一層有一定厚度的聚合物分子吸附層。當(dāng)水泥顆粒靠近，吸附層開始重疊，即在顆粒之間產(chǎn)生斥力作用，重疊越多，斥力越大。這種由于聚合物吸附層靠近重疊而產(chǎn)生的阻止水泥顆粒接近的機(jī)械分離作用力，稱之為空間位阻斥力。一般認(rèn)為所有的離子聚合物都會(huì)引起靜電斥力和空間位阻斥力兩種作用力，它們的大小取決于溶液中離子的濃度，以及聚合物的分子結(jié)構(gòu)和摩爾質(zhì)量。

2.4 水化膜潤滑作用

減水劑大分子含有大量極性基團(tuán)，這些極性基因具有較強(qiáng)的親水作用，特別是羥基、羧基和醚基等均可與水形成氫鍵，故其親水性更強(qiáng)。因此，減水劑分子吸附在水泥顆粒表面后，由于極性基的親水作用，可使水泥顆粒表面形成一層具有一定機(jī)械強(qiáng)度的溶劑化水膜。水化膜的形成可破壞水泥顆粒的絮凝結(jié)構(gòu)，釋放包裹于其中的拌和水。使水泥顆粒充分分散，并提高了水泥顆粒表面的潤濕性，同時(shí)對(duì)水泥顆粒及骨料顆粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)具有潤滑作用，所以在宏觀上表現(xiàn)為新拌混凝土流動(dòng)性增大。

2.5 引氣隔離“滾珠”作用

木質(zhì)素磺酸鹽、腐植酸鹽、聚羧酸系及氨基磺酸鹽系等減水劑，由于能降低液氣界面張力，故具有一定的引氣作用。這些減水劑摻入混凝土拌和物中，不但能吸附在固液界面上，而且能吸附在液氣界面上，使混凝土拌和物中易于形成許多微小氣泡。減水劑分子定向排列在氣泡的液氣界面上，使氣泡表面形成一層水化膜，同時(shí)帶上與水泥顆粒相同的電荷。氣泡與氣泡之間，氣泡與水泥顆粒之間均產(chǎn)生靜電斥力，對(duì)水泥顆粒產(chǎn)生隔離作用，從而阻止水泥顆粒凝聚。而且氣泡的滾珠和浮托作用，也有助于新拌混凝土中水泥顆粒、骨料顆粒之間的相對(duì)滑動(dòng)。因此，減水劑所具有的引氣隔離“滾珠”作用可以改善混凝土拌和物的和易性。

從減水劑的作用機(jī)理可以看出，不同品種的減水劑，特別是聚合物分子所包含的極性基團(tuán)不同的減水劑，其作用機(jī)理所包含的作用力種類及各個(gè)作用力的大小會(huì)不同。同時(shí)不同品種的水泥，其細(xì)度及各組成礦物的性質(zhì)及含量，特別是石膏的晶體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及含量不盡相同。由此可見，這兩者之間存在適應(yīng)性的問題，但減水劑對(duì)水泥-水體系形成的絮團(tuán)結(jié)構(gòu)的破壞，無一例外涉及到減水劑對(duì)水泥-水體系相對(duì)濃度，這為我們設(shè)計(jì)、調(diào)整配合比提供了一種思路，即改變水、水泥、減水劑之間相對(duì)比例，來達(dá)到改善混凝土和易性的目的。對(duì)于保水性差的混凝土，我們可以采取降低用水量，提高減水劑摻量的方法。根據(jù)本人經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)混凝土的保水性出現(xiàn)時(shí)，配合比調(diào)整時(shí)需考慮把用水量減低10kg或更多，這時(shí)把減水劑的摻量提上去，以保持坍落度的穩(wěn)定。這種調(diào)整方法，增加了減水劑對(duì)水泥-水體系的濃度，有利于水泥絮團(tuán)結(jié)構(gòu)的解體。這種調(diào)整方法有利于混凝土保水性的改善。當(dāng)減水劑與水泥（膠凝材料）之間適應(yīng)性出現(xiàn)問題時(shí)，表現(xiàn)為混凝土的黏聚性差，這時(shí)如果不加分析按照上述調(diào)整方案實(shí)施，達(dá)不到預(yù)期的效果。若降低用水量，增加減水劑的摻量，只會(huì)使混凝土的黏聚性更差。正確的調(diào)整方案是，保持水膠比不比，提高用水量，減低外加劑的摻量，以保證混凝土強(qiáng)度、坍落度的穩(wěn)定。下面以具體試驗(yàn)來驗(yàn)證這種調(diào)整方案。

福州繞城RA3-1懸澆段合攏段采用微膨脹混凝土澆筑，對(duì)其澆筑有嚴(yán)格的要求，必須保證澆筑后的混凝土處于氣溫上升環(huán)境。澆筑時(shí)間選擇在一天氣溫最低的凌晨3點(diǎn)，且在4h內(nèi)完成，澆筑前一天用水將全梁表面、箱內(nèi)灑水保濕進(jìn)行降溫。收聽天氣預(yù)報(bào)，3d內(nèi)有大風(fēng)降溫時(shí)，不進(jìn)行合攏段混凝土澆筑。

序號(hào)1減水劑摻量為1.15%，序號(hào)2摻量為1.0%。通過試拌，發(fā)現(xiàn)1號(hào)、2號(hào)配合比的流動(dòng)性都符合要求，但1號(hào)配合比的混凝土中有部分水泥漿從拌和物中流了出來，黏聚性比較差，符合離析的第二種類型。而2號(hào)配合比的混凝土拌和物和易性良好。

綜上所述，對(duì)于混凝土拌和物的離析，我們應(yīng)具體現(xiàn)象具體分析，首先判斷是屬于哪一類的離析，再運(yùn)用相應(yīng)的措施去解決它。只有正確理解混凝土拌和物的離析，才能把其離析問題解決好。只有把混凝土拌和物離析的問題解決好，才能達(dá)到提高混凝土質(zhì)量的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]何廷樹.從混凝土減水劑作用機(jī)理看高效減水劑的合成與復(fù)合方法.混凝土.2002.11.

作者簡介：朱中藝（1984，10-），男，江蘇省連云港市，現(xiàn)在職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：材料檢測。