商品混凝土泌水、板結(jié)、抓底的成因與對策

王健，鄔璐芳，第李鵬

（1.浙江金華市東陽市花園華泰建材有限公司，浙江　東陽322121；2.浙江佳諾混凝土有限公司，浙江　玉環(huán)　317604）

商品混凝土泌水、板結(jié)、抓底的成因與對策

王健1，鄔璐芳2，第李鵬1

（1.浙江金華市東陽市花園華泰建材有限公司，浙江東陽322121；2.浙江佳諾混凝土有限公司，浙江玉環(huán)317604）

近年來在商品混凝土施工中，泌水、板結(jié)問題愈來愈嚴(yán)重，已成為繼裂縫病害之后的第二大病害。泌水、板結(jié)病害問題的成因復(fù)雜，除與原材料有關(guān)外，還與膠凝材料中含堿量過低有重大關(guān)系。含堿量的大小關(guān)系到摻合料活性成分玻璃體無定形物的分解，影響混凝土拌合物中自由水的粘度。解決泌水、板結(jié)問題要具體問題具體分析“對病下藥”。本文就商品混凝土泌水、板結(jié)問題成因及對策予以了分析總結(jié)。

混凝土；泌水；板結(jié)；堿含量；摻合料

0　泌水、板結(jié)問題及其危害

近年來隨著水泥生產(chǎn)中大摻量的使用助磨劑和混合材以及天然砂石資源的日漸枯竭，機(jī)加工砂石已逐漸成為商品混凝土的粗細(xì)骨料主流等原因，帶來的混凝土泌水、板結(jié)、抓底的質(zhì)量問題日益增多，已成為繼商品混凝土的裂縫問題之后的第二大病害。泌水、板結(jié)多發(fā)生于混凝土出泵以后，因此這一病害又常被業(yè)界稱之為“滯后泌水”問題。

現(xiàn)在討論的“泌水、板結(jié)” 問題與日常所見的一般泌水現(xiàn)象不同。在多組份現(xiàn)代商品混凝土中，由于各組分的密度不同，水的密度最小，在混凝土入模后的靜停狀態(tài)，或多或少水分總是要上浮的，此水分的上浮現(xiàn)象稱之為“泌水”。泌水在混凝土表面是一種飽和氫氧化鈣溶液，呈清澈透明狀態(tài)（圖1）。只要水分蒸發(fā)速度大于或等于泌水速度，混凝土表面不會出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。只有當(dāng)水分蒸發(fā)速度小于泌水速度時，才會在混凝土表面有泌水存在。但這種泌水出現(xiàn)時混凝土澆筑已完成，砂石仍處于懸浮在水泥砂漿中，不會板結(jié)、抓底，不影響混凝土結(jié)構(gòu)的正常凝結(jié)硬化，可以認(rèn)為是正?，F(xiàn)象。

這里討論的“泌水、板結(jié)”是指混凝土泵送后或泵送前，當(dāng)混凝土處于靜停狀態(tài)時，水泥砂漿從粗骨料中分離析出，使粗骨料失去砂漿的包裹性而出現(xiàn)泌水、板結(jié)、抓底的現(xiàn)象。因此，它不同于常見的混凝土少量泌水，它使混凝土分層，嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的勻質(zhì)性，甚至蜂窩麻面，外觀露砂、流痕（圖2）；在施工中因供料跟不上或因倒管的需要，在暫停泵送中有時會因“泌水、板結(jié)” 問題而造成堵管施工事故；甚至對鉆孔樁結(jié)構(gòu)還可能造成工程質(zhì)量事故。如某一基礎(chǔ)的鉆孔樁工程，直徑80公分，深24.50米，因混凝土保水性、粘聚性差，泌水深近3米，本來就因處于地下水位以下，給鑿除樁頭浮漿及后續(xù)的接樁頭工作帶來很大的不便，稍有不慎，很容易在接頭處形成人為的斷樁事故；混凝土因泌水、沉降還會帶來樓面保護(hù)層達(dá)不到設(shè)計要求，甚至因此漏筋、裂縫。泌水、板結(jié)是混凝土拌合物失去體積穩(wěn)定性的一種表征，沒有拌合物的穩(wěn)定性，就不可能有硬化混凝土的結(jié)構(gòu)勻質(zhì)性，對結(jié)構(gòu)耐久性會帶來嚴(yán)重影響。因此，深入探討混凝土拌合物的“泌水、板結(jié)” 成因與對策，也是加快普通混凝土高性能化當(dāng)前必須攻克的技術(shù)障礙。

圖1　因泌水形成的鋼筋倒影

圖2　橫梁泌水形成的裂縫

裂縫問題曾被稱之商品混凝土的“癌癥”，經(jīng)多年來的研討與實踐，現(xiàn)在已被業(yè)界認(rèn)為并非不治之癥，并且無裂縫施工的工程范例已在各地出現(xiàn)，各類混凝土結(jié)構(gòu)的無裂縫施工已成為可能。但泌水、板結(jié)問題由于成因復(fù)雜，治理措施各異，因此有些泌水、板結(jié)的成因至今仍在熱議之中。本文筆者從親眼所見和處理過的泌水、板結(jié)問題中總結(jié)出以下見解，不成熟之處望指正。

1　水泥的原因

1.1混合材摻量

現(xiàn)在普遍使用的普硅水泥中，有關(guān)混合材摻量限制遠(yuǎn)超過 GB175－2007《通用硅酸鹽水泥》中有關(guān)“80%＜石膏+熟料≤95%”的規(guī)定，混合材摻量嚴(yán)重超標(biāo)，甚至達(dá)到60% 以上，“石膏+熟料”在40% 以下。這一情況下水泥漿體中初期的水化產(chǎn)物很少，拌合水中堿度很低，即使原水泥熟料中的堿（Na2O+0.658K2O）達(dá)到0.6% 最高限量，此時堿含量也在0.16% 以下。何況在推廣高性能混凝土化的情況下，大摻量粉煤灰、高爐礦渣微粉又常占總膠凝材料的30% 以上，如不計摻合料中的堿，在總膠凝材料中的堿含量也只有0.11%上下。漿體中堿含量的多少直接關(guān)系到混合材和摻合料中玻璃質(zhì)無定形物質(zhì)中富鈣相和富硅相的分解。這可以從堿礦渣、粉煤灰水泥的研究中得到啟發(fā)，早在1957年前蘇聯(lián)的烏克蘭基輔建筑學(xué)院維、德、格盧霍夫斯基教授在研究堿礦渣水泥中發(fā)現(xiàn)只有在堿性環(huán)境中，礦渣中的富鈣相和富硅相才能逐步分解，富鈣相和富硅相不斷形成和擴(kuò)大，凝膠體的增多，才能使堿礦渣或堿粉煤灰水泥形成結(jié)構(gòu)，并且強(qiáng)度不斷增長[1]。現(xiàn)在常用的 P·O42.5水泥中堿含量普遍偏低，這就導(dǎo)致大摻量礦物摻合料混凝土拌合物初期漿體中的水化產(chǎn)物和富鈣相和富硅相等離子的濃度很低，或稱之為稀簿而失去對石子的包裏性而析出。這就是因水泥的堿度低而導(dǎo)致的泌水、板結(jié)、抓底的本質(zhì)所在。

1.2水泥溫度的影響

現(xiàn)在大多數(shù)水泥生產(chǎn)廠家，具有倒庫（均化庫）能力的廠家不多。往往是剛生產(chǎn)出來就拉走，到商品混凝土公司水泥溫度還有70～80℃。為了保證施工性能，外加劑不得不加大摻量。但在生產(chǎn)過程中，水泥溫度是要逐步下降的，應(yīng)及時逐步減少外加劑摻量。否則，也會因減水劑超摻造成混凝土泌水、板結(jié)。

1.3水泥存放時間的影響

水泥存放時間造成混凝土泌水、板結(jié)問題的情況，在春節(jié)前后最為明顯。在生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，剛進(jìn)的新鮮水泥與存放一段時間的水泥，對減水劑的吸附有明顯下降的現(xiàn)象。因此，減水劑的摻量不應(yīng)固定不變，應(yīng)隨水泥進(jìn)廠時間作相應(yīng)的調(diào)整。

1.4原材料穩(wěn)定性

對水泥應(yīng)注意選擇那些具有生產(chǎn)工藝和原材料來源穩(wěn)定的廠。水泥的質(zhì)量除與穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝有關(guān)外，與自身原材料穩(wěn)定性也有重要關(guān)系。有些水泥廠雖然有時也能生產(chǎn)出質(zhì)量較好的水泥，但由于原材料來源和工藝不穩(wěn)定，常因熟料礦物成分和摻合料的變化帶來泌水、板結(jié)，生產(chǎn)中很難及時查明原因。去年10月份我公司采用某廠水泥，突發(fā)混凝土泌水、板結(jié)質(zhì)量問題，幾乎用盡所有的抑制辦法，均未取得滿意的效果。后來在征求專家建議后，從檢查標(biāo)準(zhǔn)水泥的凈漿入手，發(fā)現(xiàn)水泥本身就有顯著的泌水。在加入膠凝材料用量0.05% 的碳酸鈉后，凈漿的泌水問題迎刃而解，可以說是用“補(bǔ)堿”的方法取得“立桿見影”的效果。此情況與水泥廠取得聯(lián)系后，下一批水泥再沒出現(xiàn)因水泥缺堿而產(chǎn)生泌水、板結(jié)的問題。事后去水泥廠進(jìn)一步了解，水泥廠技術(shù)負(fù)責(zé)人解釋說：是由于總堿含量從0.6% 降到0.58% 的原因。但我方對這一解釋抱有很大的懷疑，水因含堿量0.02% 的變化，就會帶來嚴(yán)重的泌水很難使人信服。但作為用戶，缺乏對水泥化學(xué)成份的鑒定手段，也只能存疑了。

水泥礦物成分影響大的還有其 C3A 的含量變化。有些水泥廠由于原材料來源不穩(wěn)定，導(dǎo)致水泥礦物成分中 C3A 的突變，如從8% 以上降到6% 以下，外加劑在混凝土中的合理摻量將有顯著的變化。在生產(chǎn)中難及時了解水泥礦物成分的變化，因而也不可能及時主動調(diào)整外加劑的摻量，此時會因外加劑超摻而泌水。因此，有關(guān)專家呼吁水泥標(biāo)準(zhǔn)修訂時，水泥廠應(yīng)向用戶提供礦物成分是十分必要的，另外，選擇水泥時了解其礦物成分也是必要的。

2　機(jī)制砂、石的原因

在商品混凝土中砂石的體積約占總體積的60%～70%，砂石的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)是造成混凝土泌水、板結(jié)的首要原因之－。具體有以下幾點：

（1）機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)與砂率的選擇不匹配。機(jī)制砂加工的電耗隨細(xì)度模數(shù)和石粉含量減小而提高，為降低成本、減少石粉、增加產(chǎn)量、提高效益，加之有關(guān)部門的質(zhì)量監(jiān)管缺失，機(jī)制砂石的質(zhì)量基本上聽從砂石老板的安排。受利益驅(qū)使，目前用的機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)普遍偏大，大多在3.2mm以上的粗砂范圍，有的甚至達(dá)到3.5mm 以上，砂中粒徑 ＞5mm 的小石子有時在10% 上下，0.63mm 以下的細(xì)砂粒遠(yuǎn)小于粗砂要求的15%。機(jī)加工碎石級配較差，粒徑10mm 以下的小石子不足、空隙率偏大。在這種情況下，即使膠凝材料足夠，采用正常的 W/B，砂率的選擇也與以往采用天然中砂有很大的區(qū)別，必須增大砂率，增加細(xì)骨料的總表面積，混凝土才可能有一定的保水性、粘聚性?；炷恋恼尘坌浴⒈Ｋ耘c砂的細(xì)度等因素有密切相關(guān)。當(dāng)粗骨料一定，砂率的選擇要隨細(xì)度模數(shù)增大而提高，甚至大到50% 以上，這是以往使用天然中砂時很少有的。針對這一情況如未及時調(diào)整思路，必然使混凝土拌合物的粘聚性、保水性變差，在泵送后泌水、板結(jié)是必然的結(jié)果。

（2）濕法制砂時必須保留一定的細(xì)砂粒。不能沖洗得過凈，＜0.15mm 的篩底應(yīng)在10% 以上，要辯證地看待石粉的作用。在篩底中的石粉含量，對中、低強(qiáng)度等級的混凝土是一種有益成分。沖洗過凈的機(jī)制砂，細(xì)顆粒不足也是泌水、板結(jié)的原因之一。適當(dāng)篩底含量對提高混凝土的保水性，抑制泌水板結(jié)有明顯的作用。這也是某些有條件的攪拌站摻用尾礦砂能有效抑制泌水板結(jié)的重要原因。

（3）關(guān)注砂石中的含泥量不穩(wěn)定?；炷辽a(chǎn)中當(dāng)砂石含泥量較高時，為了滿足施工中對坍落度的要求，必須提高減水劑的摻量，但當(dāng)砂石中含泥量減少時減水劑摻量應(yīng)及時調(diào)整。否則，也會因減水劑的摻量過大，造成混凝土的泌水、板結(jié)。

（4）露天砂石場在雨天生產(chǎn)時，砂石含水處于過飽和狀態(tài)，即使減掉配合比設(shè)計的加水量，原設(shè)計減水劑的摻量也會因超摻造成泌水、板結(jié)。應(yīng)根據(jù)雨天砂石過飽和現(xiàn)狀，適當(dāng)降低減水劑的摻量0.5～1.0kg/m3。

（5）石子級配差、空隙率大。水泥砂漿不能足以填充空隙并不能使石子在砂漿中呈懸浮狀態(tài)而離析。

3　摻合料的原因

合格的 Ⅱ 級粉煤灰和水淬高爐礦渣粉在常用的雙摻范圍內(nèi)都對抑制混凝土泌水、板結(jié)起到一定作用，因雙摻粉煤灰和水淬高爐礦渣粉而造成泌水、板結(jié)的問題很少遇到。不同摻合料的親水性不同，一般：石灰石粉＞粉煤灰＞水淬高爐礦渣粉＞鋼渣粉。但在化學(xué)活性方面：水淬高爐礦渣粉＞鋼渣粉＞粉煤灰＞石灰石粉。因此，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)實情況取長補(bǔ)短而采取雙摻使用。單摻水淬高爐礦渣粉，且摻量過大時，特別是水淬鋼渣粉單摻超過30% 時粘聚性、保水性變差，容易出現(xiàn)泌水、板結(jié)。另有所謂“磨細(xì)灰”或“復(fù)合礦粉”，這兩類摻合料要避免因磨細(xì)時加入某些化工廢渣，如未經(jīng)改性處理的磷化工、氟化工等其它工業(yè)廢渣，導(dǎo)致因緩凝時間過長或與外加劑的相容性不良而帶來的混凝土拌合物泌水、板結(jié)。

4　外加劑的原因

（1）外加劑超摻是商品混凝土常見的泌水、板結(jié)原因，應(yīng)首先檢查避免。

（2）因某些不明原因，外加劑與水泥或摻合料的相容性不良而引起混凝土的泌水、板結(jié)。因此，當(dāng)采用一種新的外加劑或變更水泥或摻合料時，檢驗它們之間的相容性常成為攪拌站試驗室的例行工作。

（3）外加劑復(fù)配中引氣劑性能不良，因產(chǎn)生的氣泡大、穩(wěn)定性差，在泵送中氣泡破碎而出泵后泌水，流動性喪失，也是常見的現(xiàn)象。應(yīng)在復(fù)配過程中先消泡后摻用引氣劑性能良好的引氣劑，如皂苷類和松香熱聚物類引氣劑可取得較好的效果。

（4）針對目前多用粗砂的現(xiàn)狀，在外加劑中適當(dāng)復(fù)合增稠劑也常成為避免滯后泌水的手段之一。

5　施工因素

（1）在施工現(xiàn)場加水是造成泌水、板結(jié)的重要原因。無論是泵前或泵后加水都會帶來混凝土的嚴(yán)重泌水，現(xiàn)場加水不僅會改變原設(shè)計配合比，使結(jié)構(gòu)分層嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的勻質(zhì)性， 對混凝土強(qiáng)度也會帶來直接影響，是嚴(yán)禁的事。

（2）過度振搗使混凝土分層離析而泌水，因此施工中不是振搗愈久愈密實，而是要求適度振搗。

6　泌水、板結(jié)問題的判斷與預(yù)防

上述可見由于多種原因都可能引發(fā)泌水、板結(jié)問題，因此能盡早發(fā)現(xiàn)可能產(chǎn)生的原因及時釆取針對性措施，使之預(yù)防在先就可防患于未然，把此質(zhì)量隱患消滅在發(fā)生之前。為此，可從以下幾點著手：

（1）明白配合比中各組分材料之間都不是孤立的，它們之間都存在相互依賴，相互制約的關(guān)系，任何一種材料都不能“任性”。要用好材料，首先要深入了解材料。

（2）針對一定的原材料，混凝土坍落度要求一定，外加劑摻量是一定的。過量的外加劑不僅沒必要，還可能因外加劑過量而產(chǎn)生離析、泌水而板結(jié)。

（3）砂率的選擇與砂子的細(xì)度模數(shù)有不可分割的關(guān)系，如前所述細(xì)度模數(shù)變大時，必須加大砂率等等不再贅述；

（4）針對這一情況在室內(nèi)配合比設(shè)計和試配時應(yīng)通過試配觀察混凝土是否有泌水、板結(jié)、抓底現(xiàn)象。做到預(yù)防在先，把配合比調(diào)整到理想狀態(tài)。

（5）混凝土出廠前取樣復(fù)驗，觀察生產(chǎn)中原材料和設(shè)計配比有無變化，并隨時給予調(diào)整。不合格產(chǎn)品不出廠，并保持混凝土生產(chǎn)處于可控狀態(tài)。

（6）施工中嚴(yán)禁現(xiàn)場加水。隨時觀察現(xiàn)場混凝土是否處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時反饋。

7　結(jié)束語

泌水、板結(jié)或稱之為滯后泌水問題，是商品混凝土生產(chǎn)與應(yīng)用中正在探討和熱議的問題之一。如“補(bǔ)堿”雖然能“立桿見影”， 但其堿材料的類型和摻量及作用原理還有待進(jìn)一步探討。筆者的見解如有謬誤之處，敬請批評指正。

參考資料

[1] 呂曉妹，賀鳳偉．堿礦渣水泥的理論基礎(chǔ)[J]，遼寧科技學(xué)院學(xué)報，2001,3(4)∶7-9．

［通訊地址］ 湖南省長沙市天心區(qū)新開鋪豹子嶺石人村十一組（410009）

王健，工民建專業(yè)，高級工程師，浙江花園集團(tuán)華泰混凝土有限公司總經(jīng)理兼總工程師。