水泥影響混凝土坍落度損失、收縮和泌水的主要因素

一、水泥組分中影響混凝土的坍落度損失的主要因素采用現(xiàn)場(chǎng)制備混凝土?xí)r，混凝土從加水?dāng)嚢璧秸Ｊ褂猛戤叄ǔＶ恍枰芏痰臅r(shí)間。在這段時(shí)間里，混凝土的坍落度損失一般很小，通常不予考慮。采用商品混凝土?xí)r，新拌混凝土從出攪拌站到澆筑完畢，需要較長(zhǎng)一段時(shí)間，因此不得不考慮混凝土的坍落度損失。如果混凝土的坍落度損失太大，即便所配置的混凝土流動(dòng)性再好，也很難保證正常施工。一般來(lái)說(shuō)，水泥凝結(jié)時(shí)間越快，混凝土坍落度損失越快。對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間影響最為顯著是C3A含量和石膏摻量。C3A含量高的水泥凝結(jié)快，有可能引起較快的坍落度損失。C3A含量與石膏摻量應(yīng)該有一個(gè)匹配關(guān)系。當(dāng)C3A含量與石膏摻量都較低時(shí)，水泥漿體需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能凝結(jié)。當(dāng)C3A含量與石膏摻量都較高時(shí)，水泥漿體也能有一個(gè)正常的凝結(jié)時(shí)間。當(dāng)C3A含量高石膏摻量低或C3A含量低石膏摻量高的水泥，水泥漿體則表現(xiàn)為較快的凝結(jié)。二、水泥組分中影響混凝土收縮的的主要因素

混凝土在凝結(jié)硬化過(guò)程中體積一般表現(xiàn)為收縮。質(zhì)量好的砂、石料體積穩(wěn)定性好，對(duì)混凝土收縮變形影響不大，造成混凝土收縮變形的主要原因是水泥石的收縮變形。對(duì)水泥石自收縮影響較大的有：C3A含量、石膏摻量、堿含量、水泥粉磨細(xì)度、顆粒分布、混合材品種。C3A的收縮變形是較大的，當(dāng)有石膏存在時(shí)，C3A不僅與水反應(yīng)，更重要的是與石膏反應(yīng)。生成水化硫鋁酸鈣，因而可能產(chǎn)生膨脹，而不是收縮。水泥的堿含量越高，所形成的水泥石的干縮變形也將越大。一般來(lái)說(shuō)，水泥顆粒較細(xì)，或者水泥的顆粒分布較窄時(shí)，水泥基材料的干縮變形較大。礦渣硅酸鹽水泥的干縮變形是較大的，在使用礦渣硅酸鹽水泥，尤其注意早期養(yǎng)護(hù)，如養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，很容易產(chǎn)生裂縫。而粉煤灰水泥的干縮變形則較小。三、水泥組分中影響混凝土泌水的主要因素

水與固體顆粒的分離稱(chēng)為泌水。當(dāng)泌水嚴(yán)重時(shí)，表面混凝土含水量較大，硬化后表面混凝土強(qiáng)度明顯低于下面混凝土的強(qiáng)度，甚至在表面產(chǎn)生大量容易剝落的“粉塵”。對(duì)水泥泌水影響較大的有：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(guān)。水泥組分和顆粒級(jí)配等是造成混凝土滯后泌水的直接因素。普通硅酸鹽水泥組分較復(fù)雜，其主要成分可視為由硅酸三鈣（C3S）、硅酸二鈣（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(qiáng)度和后期強(qiáng)度，C2S水化熱較低，決定后期強(qiáng)度，C3A具有較高的水化熱，對(duì)凝結(jié)時(shí)間和早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大，C4AF主要起到抗酸性物質(zhì)腐蝕的作用。C3A是普硅水泥組分中水化速度最快，放熱最多的組分。由于C3A的水化作用，使拌和水中的結(jié)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(dòng)度都隨時(shí)間增長(zhǎng)而減小，直至尚失工作性。夏季氣溫高，C3A的水化加快，加之其放熱量大，進(jìn)一步促進(jìn)C3A的水化，為了使水泥能夠具有充足的施工時(shí)間，緩凝組分（石膏）加入量比其他季節(jié)多。過(guò)了夏季，轉(zhuǎn)入氣溫較低的秋冬季，環(huán)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(shí)，就會(huì)出現(xiàn)混凝土滯后泌水現(xiàn)象。在對(duì)此種水泥的凈漿測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)減水劑的摻量增加時(shí)，凈漿流動(dòng)度隨時(shí)間的增長(zhǎng)先增長(zhǎng)后降低。減水劑摻量增加可從水泥表面電荷進(jìn)行分析，目前使用的減水劑分子都帶負(fù)電荷，根據(jù)靜電平衡原理，減水劑分子主要吸附于水泥組分的C3A和C4AF組分上。由于低溫造成C3A水化減少，水泥顆粒表面的正電荷更多，那么就需要更多的減水劑分子吸附在其表面才能將水泥顆粒分散開(kāi)，因此減水劑摻量增加。隨著C3A水化反應(yīng)的進(jìn)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吸附出來(lái)，造成減水劑分子過(guò)量，從而出現(xiàn)滯后泌水現(xiàn)象，而沒(méi)有解析出來(lái)的減水劑分子被包埋于水化產(chǎn)物中，喪失對(duì)水泥顆粒的分散能力。因此，要解決這個(gè)問(wèn)題，可減小減水劑的摻量，適當(dāng)將出機(jī)混凝土的坍落度和流動(dòng)度減小一些，即使出現(xiàn)滯后，也不至于造成混凝土泌水。另外，采用低熱水泥進(jìn)行混凝土拌合時(shí)，也時(shí)常出現(xiàn)滯后泌水現(xiàn)象，低熱水泥廣泛用于大體積混凝土中，有效降低了由于水泥水化過(guò)程中放熱引起的混凝土開(kāi)裂現(xiàn)象。為了降低水泥水化過(guò)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(xiàn)為初期打不開(kāi)。根據(jù)吸附平衡原理，增加減水劑的摻量可增大吸附于水泥顆粒表面的減水劑分子，當(dāng)足夠的減水劑分子吸附于水泥顆粒表面上時(shí)，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(jìn)行，吸附于C3A上的減水劑分子吸附出來(lái)，造成減水劑分子過(guò)量，從而出現(xiàn)滯后泌水現(xiàn)象。解決這種情況下的混凝土滯后泌水，可選用吸附能力強(qiáng)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(jí)配差會(huì)導(dǎo)致混凝土滯后泌水。水泥顆粒越粗、比表面積越小、早期水化量就越少，結(jié)合水少，自由水多。太多的粗顆粒不能相互填充密實(shí)，靜置后，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(chǎn)物不足以封堵混凝土中的孔道，導(dǎo)致自由水流出越來(lái)越多，以致產(chǎn)生滯后泌水。解決這種情況下的混凝土滯后泌水，最好選用顆粒級(jí)配較好的水泥。2.摻合料在混凝土拌合物制備時(shí)，為了節(jié)約水泥、改善混凝土性能、調(diào)節(jié)混凝土強(qiáng)度等級(jí)，將摻合料加入中。目前，特別是預(yù)制混凝土和泵送混凝土中都應(yīng)用摻合料。常用的摻合料有礦粉、粉煤灰、硅灰等。摻合料細(xì)度模數(shù)小，多呈球形，能夠改善混凝土的流動(dòng)性。摻合料活性低，需水量小，改善混凝土的抗?jié)B性和耐久性。通常，摻合料替代膠材的20%，能夠明顯延長(zhǎng)水泥水化的誘導(dǎo)期，從而延長(zhǎng)混凝土的初凝時(shí)間。若將摻合料對(duì)膠材的替代率提高至30%，混凝土的初期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度會(huì)大幅下降。絕大多數(shù)摻合料在拌合過(guò)程中基本沒(méi)有參與水化反應(yīng)，其周?chē)乃捕酁樽杂伤?。摻合料增多，自由水增多，在水膠比大的情況下，多余的自由水逐漸泌水表現(xiàn)為滯后泌水。因此，建議摻合料的摻量不要太高，若要提高其摻量，應(yīng)根據(jù)混凝土實(shí)驗(yàn)確定其最佳摻量。3.細(xì)骨料

砂是混凝土拌合中的細(xì)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(jī)制砂，是由機(jī)械破碎、篩分，粒徑小于5mm的巖石顆粒。人工砂目前基本為中粗砂，細(xì)度模數(shù)為2.6～3.6，顆粒級(jí)配穩(wěn)定、可調(diào)，含有一定的石粉，表面粗糙、棱角尖銳。由機(jī)制砂拌合的混凝土，需水量大，坍落度小，和易性稍差。當(dāng)用人工砂制備低標(biāo)號(hào)混凝土，如C10和C15時(shí)，水泥用量少，混凝土拌合物易產(chǎn)生滯后泌水現(xiàn)象，這是由于使用人工砂使用水量增加，自由水增多，而膠材所需的結(jié)合水少，導(dǎo)致過(guò)多的自由水無(wú)法容納于體系中，逐漸泌出。因此，低標(biāo)號(hào)混凝土拌合中可適當(dāng)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(dòng)性較好，發(fā)生滯后泌水的幾率相對(duì)小。砂率變動(dòng)，會(huì)影響新拌混凝土中集料的級(jí)配，使集料的空隙率和總表面積有很大變化?；炷僚浜媳戎猩奥蕦?duì)混凝土狀態(tài)有非常重要的意義。砂率過(guò)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(huì)降低新拌混凝土的流動(dòng)性，嚴(yán)重影響粘聚性和保水性，容易造成離析、流漿等現(xiàn)象。若砂率過(guò)高，砂顆粒將吸附更多的水來(lái)保持潤(rùn)滑，而這些水僅僅是物理吸附而不是化學(xué)吸附，自由水會(huì)泌出混凝土表面，造成混凝土滯后泌水。因此，為避免混凝土滯后泌水，選擇合適的砂和砂率至關(guān)重要。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(huì)出現(xiàn)露石現(xiàn)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(shí)，應(yīng)少用針片狀碎石，除了強(qiáng)度因素外，對(duì)混凝土的流動(dòng)性影響較大。因此，為避免混凝土滯后泌水，應(yīng)盡量選擇級(jí)配好的碎石。5.外加劑

從外加劑因素考慮，緩釋組分是造成混凝土滯后泌水的主要原因。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(jié)構(gòu)，釋放出包裹于其中的自由水，將水泥顆粒分散開(kāi)來(lái)，表現(xiàn)出一定的流動(dòng)性。但是，隨著水泥水化的進(jìn)行，水泥水化產(chǎn)物將一部分減水組分包裹其中，形成共沉淀、凝膠或單硫形水化鋁酸鈣，起分散作用的減水劑的數(shù)量減少，宏觀表現(xiàn)混凝土流動(dòng)度損失或坍落度損失。因此，為了減小混凝土的坍落度損失，需加入緩釋或保坍