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，分別對其產生原因進行了分析，并提出了針對措施。正確的理解混凝土拌和物的離析對其配合比的設計及調整具有指導意義。

關鍵詞：混凝土；離析；水泥

1 引言

離析是混凝土常出現的問題之一，離析后的混凝土在泵送時易堵管、爆管，澆筑到模板中后會造成結構分離，上面多出現砂漿層，混凝土表面易出現蜂窩、麻面、空洞等質量缺陷。如何正確預防和處理混凝土發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量的技術關鍵之一。

離析是指新拌混凝土的各個組分發生分離致使其分布不再均勻的一種現象。離析有兩種表現形式：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為水泥漿（水泥加水）從拌和物中分離出來。

2 原因分析及應對措施

對于第一類離析，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，畸形且細集料用量少或使用間斷級配等，導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力降低，粗集料懸浮在水泥漿體中，粗集料比細集料更容易沿斜坡運動，也更容易沉降。可以通過增加砂率增加拌和物的黏聚性，進而減少第一類離析的出現。

對于第二類的離析，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，屬于微細粒粉體顆粒范疇。對于水泥——水體系，水泥顆粒及水泥水化顆粒表面為極性表面，具有較強的親水性。微細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，微細的水泥顆粒具有自發凝聚成絮團趨勢，以降低體系界面能，使體系在熱力學上保持穩定性。同時。在水泥水化初期，C3A顆粒表面荷正電，而C3S和C2S顆粒表面荷負電，正負電荷的靜電引力作用也促使水泥顆粒凝聚形成絮團結構（如圖1所示）。

由于水泥顆粒的絮凝結構會使10%～30%的自由水包裹其中，從而嚴重降低了混凝土拌和物的流動性。減水劑摻入的主要作用就是破壞水泥顆粒的絮凝結構，使其保持分散狀態，釋放出包裹于絮團中的自由水，從而提高新拌混凝土的流動。

減水劑分散減水機理基本上包括以下五個方面[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），性能優良的減水劑在水泥——水界面上具有很強的吸附能力。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穩定性。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、數量影響其減水作用效果，而且減水劑的非極性基的結構特征，碳氫鏈長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，部分極性基團指向液相。由于親水極性基團的電離作用，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生靜電斥力，使水泥顆粒絮凝結構解體，顆粒相互分散，釋放出包裹于絮團中的自由水，從而有效地增大拌和物的流動性。

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。當水泥顆粒靠近，吸附層開始重疊，即在顆粒之間產生斥力作用，重疊越多，斥力越大。這種由于聚合物吸附層靠近重疊而產生的阻止水泥顆粒接近的機械分離作用力，稱之為空間位阻斥力。一般認為所有的離子聚合物都會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構和摩爾質量。

2.4 水化膜潤滑作用

減水劑大分子含有大量極性基團，這些極性基因具有較強的親水作用，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。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械強度的溶劑化水膜。水化膜的形成可破壞水泥顆粒的絮凝結構，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，同時對水泥顆粒及骨料顆粒的相對運動具有潤滑作用，所以在宏觀上表現為新拌混凝土流動性增大。

2.5 引氣隔離“滾珠”作用

木質素磺酸鹽、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生靜電斥力，對水泥顆粒產生隔離作用，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滑動。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不同的減水劑，其作用機理所包含的作用力種類及各個作用力的大小會不同。同時不同品種的水泥，其細度及各組成礦物的性質及含量，特別是石膏的晶體結構、性質及含量不盡相同。由此可見，這兩者之間存在適應性的問題，但減水劑對水泥-水體系形成的絮團結構的破壞，無一例外涉及到減水劑對水泥-水體系相對濃度，這為我們設計、調整配合比提供了一種思路，即改變水、水泥、減水劑之間相對比例，來達到改善混凝土和易性的目的。對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。根據本人經驗，當混凝土的保水性出現時，配合比調整時需考慮把用水量減低10kg或更多，這時把減水劑的摻量提上去，以保持坍落度的穩定。這種調整方法，增加了減水劑對水泥-水體系的濃度，有利于水泥絮團結構的解體。這種調整方法有利于混凝土保水性的改善。當減水劑與水泥（膠凝材料）之間適應性出現問題時，表現為混凝土的黏聚性差，這時如果不加分析按照上述調整方案實施，達不到預期的效果。若降低用水量，增加減水劑的摻量，只會使混凝土的黏聚性更差。正確的調整方案是，保持水膠比不比，提高用水量，減低外加劑的摻量，以保證混凝土強度、坍落度的穩定。下面以具體試驗來驗證這種調整方案。

福州繞城RA3-1懸澆段合攏段采用微膨脹混凝土澆筑，對其澆筑有嚴格的要求，必須保證澆筑后的混凝土處于氣溫上升環境。澆筑時間選擇在一天氣溫最低的凌晨3點，且在4h內完成，澆筑前一天用水將全梁表面、箱內灑水保濕進行降溫。收聽天氣預報，3d內有大風降溫時，不進行合攏段混凝土澆筑。

序號1減水劑摻量為1.15%，序號2摻量為1.0%。通過試拌，發現1號、2號配合比的流動性都符合要求，但1號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號配合比的混凝土拌和物和易性良好。

綜上所述，對于混凝土拌和物的離析，我們應具體現象具體分析，首先判斷是屬于哪一類的離析，再運用相應的措施去解決它。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，才能達到提高混凝土質量的目的。

參考文獻

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

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