新拌混凝土的泌水

新拌混凝土的性能主要包括和易性、坍落度损失、含气量、泌水率等。如果混凝土的配合比设计合理，原材料合格，则和易性、坍落度损失、含气量等都可以通过混凝土外加剂进行调整，而泌水率则没有可以进行直接调整的方法。长期以来，新拌混凝土的泌水一直是一个难题，原因在于泌水受到很多因素的影响，但是没有哪个因素能起关键作用，不能通过该因素直接解决泌水问题。

1．泌水的机理
混凝土由水、胶凝材料、细骨料、粗骨料、外加剂等拌合硬化而成，质量好新拌混凝土应该是所有组分及气泡分布均匀稳定。产生不均匀的情况有三种，一是骨料沉底、浆体上浮，二是浆体沉底、骨料上浮，这两种情况即经常遇到的混凝土离析，三是泌水即水分上浮逸出。产生不均匀的直接原因是各组分密度不同导致沉降或上浮。前两种情况直接导致混凝土的宏观不均匀性。泌水后的混凝土在宏观上仍然是均匀的，但是会导致混凝土上表面不均匀和内部局部不均匀。
根据水分在混凝土中的存在状态，新拌混凝土中的水分可以划分为结合水、润湿水与自由水*。水泥中反应速度快的部分在加水以后可能会发生水化反应，消耗部分水，这部分水定义为新拌混凝土中的结合水，这部分水不能被邻近部位的水分置换，也无法逸出拌和物；水遇到干燥状态的胶凝材料、骨料等以后，胶凝材料和骨料表面会吸附一定量的水，使干燥的材料湿润，这部分水受到固体材料表面的吸附，不能逸出拌和物，但是可以被邻近部位的水分置换，定义这部分水为润湿水；新拌混凝土中其余的水分为自由水，在新拌混凝土中起润滑的作用，混凝土坍落度在很大程度上取决于自由水量的多少和其润滑效果，这部分水与固体材料的联系较少，可以逸出混凝土，所有原材料中水的密度最小，逸出以后上浮，形成泌水，这部分水也称为可泌水分。
水分要从混凝土内部泌出到表面，需要经过较长的距离，犹如经过弯弯曲曲的微细水管，最后到达表面。如果各种颗粒级配好，堆积密实，孔隙微细，则水分泌出需要经过的距离很长，则会使泌水量减小。或者如果水分泌出的通道被阻断，泌水量也会减小。

2．泌水对混凝土性能的影响
泌水对混凝土性能影响认识已经比较清楚，但也有工程人员对此尚有误解，如有人认为泌水以后混凝土中的实际水量下降，水灰比会有所降低，会使混凝土强度提高，对混凝土有益。显然这种认识是不正确的，泌水以后会使混凝土不均匀，并且泌水本身在混凝土中是不均匀的，肯定对混凝土是不利的。泌水部位的混凝土中会产生缺陷，泌水部位水灰比下降的同时，在该部位留下缺陷，导致该部位强度降低而不是增加。另一方面，试验测试得到混凝土强度取决于测试试件的最薄弱部位，泌水以后即使混凝土水灰比降低也是局部的，混凝土中还是存在水灰比不变甚至由于泌水而使水灰比增加的部位，这部分强度的下降会导致混凝土整体强度降低。所以，泌水并不能使混凝土强度提高。
其实，泌水对混凝土强度的影响很有限，而对混凝土耐久性的影响至关重要。从泌水的机理可知，水分从混凝土内部泌出到表面以后，在混凝土中形成了从内到外的通道。这些通道首先降低混凝土的抗渗透能力，虽然这些通道很难直接或通过仪器观察到，但对于混凝土的抗渗透性能影响很大，这一点对于有抗渗透性能要求的混凝土，如水工混凝土、海工混凝土工程等非常重要。其次，泌水对混凝土的抗腐蚀能力、抗冻性能影响很大，原因同样与泌水以后留下的通道有关，腐蚀性介质通过泌水通道很容易进入混凝土内部，到达钢筋表面产生钢筋锈蚀，或者直接与水化产物发生腐蚀反应；同样通过泌水通道使得混凝土内部很容易达到水饱和状态，高度饱和的混凝土在冻融循环作用下劣化的速度很快，产生冻融破坏。

3．影响混凝土泌水的因素
混凝土的泌水几乎与混凝土生产的所有环节有关，如胶凝材料、配合比、含气量、外加剂、振捣过程等。
3.1胶凝材料对混凝土泌水的影响
胶凝材料影响混凝土泌水主要与其反应活性、细度、颗粒形貌等有关。胶凝材料细度越高，比表面积越大，则湿润胶凝材料表面所需的水量越多，即润湿水量较多；同时如果胶凝材料较细，其反应活性增加，初期反应所需要的结合水也会增加。这两部分水的增加会使可以逸出形成泌水的自由水量减少，从而对降低泌水有利。另外，较细的胶凝材料会细化混凝土中的孔隙，降低孔隙连通性，导致泌水通道数量减少和泌水通道距离增大，使得泌水量减少。
胶凝材料形貌不同，其比表面积也不同，所以需要的润湿水不同，最终影响混凝土的泌水。
3.2粉煤灰对泌水的影响
粉煤灰对混凝土泌水的影响具有两面性。掺加粉煤灰减少混凝土泌水可以从三个方面理解：一是粉煤灰的颗粒小于水泥颗粒，比表面积较水泥大很多，因此对水分的吸附作用加强，因而可泌自由水减少；二是粉煤灰颗粒细小，混凝土中固相堆积密实度提高，混凝土中的孔隙细化，泌水通道减小，通道距离增加，也阻碍了水分泌出；三是粉煤灰的密度较小，相对于水泥颗粒而言，不易产生浆体沉降离析，拌和物经时均匀性较好，有利于减少泌水。当然，粉煤灰对改善泌水的有利作用是在粉煤灰品质较好的前提下。如果粉煤灰品质较差，需水量增大，会使混凝土中可泌水量增大。掺加混凝土使混凝土泌水增加的原因有：一是粉煤灰的反应活性远低于水泥，会使混凝土中的结合水量显著减少，导致可泌水分增加；二是粉煤灰颗粒的形貌一般是球形玻璃体，这种形貌不利于吸附混凝土的水分，也可能使混凝土中的可泌水分增加，当然这种形貌对于改善混凝土和易性非常有利。粉煤灰对新拌混凝土泌水的影响取决于具体的粉煤灰品质。
3.3配合比对混凝土泌水的影响
影响混凝土泌水的配合比因素主要有胶凝材料用量和砂率。胶凝材料用量增加或者砂率增加，会使拌和物颗粒的总比表面积增加，润湿水分量增加，使可泌水量减少。同时，细颗粒用量增加，会使泌水通道长度增加，对减小混凝土泌水有利。胶凝材料用量增加，会使混凝土的粘聚性增加、保水性改善，对减少泌水有利。混凝土中的单位用水量与泌水有直接的关系，如果其他材料比例关系保持不变，用水量增加，会使新拌混凝土中的可泌自由水量增加，泌水增大。
3.4含气量对泌水的影响
含气量对新拌混凝土泌水有显著影响。新拌混凝土中的气泡由水分包裹形成，如果气泡能稳定存在，则包裹该气泡的水分被固定在气泡周围。如果气泡很细小、数量足够多，则有相当多量的水分被固定，可泌的水分大大减少，使泌水率显著降低。同时，如果泌水通道中有气泡存在，气泡犹如一个塞子，可以阻断通道，使自由水分不能泌出。即使不能完全阻断通道，也使通道有效面积显著降低，导致泌水量减少。图1的试验数据也证明了新拌混凝土含气量对泌水的影响。

图1 新拌混凝土含气量与泌水的关系

可见，含气量对泌水的影响非常重要，当然必须使用优质引气剂，混凝土中的气泡能稳定存在，而且气泡足够细小。众所周知，由于气泡的润滑作用可以有效减小颗粒间的摩擦阻力，引气同时改善混凝土的和易性。
3.5减水剂对泌水的影响
根据减水剂的作用机理，极性分子吸附在水泥颗粒周围，使得颗粒之间相互排斥，减少絮凝作用，释放被水泥颗粒包裹的水分，同时使水泥颗粒表面的吸附水层变薄，所需的润湿水量大大减少。以此机理，减水剂会使新拌混凝土中的可泌自由水量增加，使泌水增大。但是另一方面，由于减水剂的减水作用，同样坍落度的混凝土所需的拌和水量大大减水，使混凝土中的可泌自由水量减水。最终的泌水情况取决于哪种作用起主导作用。
外加剂与水泥的适应性也影响混凝土的泌水，关于适应性机理，目前还没有公认的研究成果。
3.6施工对混凝土泌水的影响
施工过程中影响混凝土泌水的主要因素是振捣，振捣过程中，混凝土拌和物处于液化状态，此时其中的自由水在压力作用下，很容易在拌和物中形成通道泌出。另外，如果是泵送混凝土，泵送过程中的压力作用会使混凝土中气泡受到破坏，导致泌水增大。

4．解决混凝土泌水的途径
根据混凝土泌水的原理和各因素影响泌水的机理，解决混凝土泌水主要方法有以下几种。
混凝土配合比方面，适当增加胶凝材料用量，适当提高混凝土的砂率，在不满足其他性能的前提下，使混凝土适量引气。在保证施工性能的前提下，尽量减少单位用水量。
原材料方面，选用较细的胶凝材料和高品质的引气剂。
减水剂方面，选用泌水较小的减水剂。如果配合比固定，在满足标准和使用要求的情况下，选用减水率合适的减水剂掺量，避免减水率过高造成泌水。
施工方面，严格控制混凝土振捣时间，避免过振。另外，对于新拌混凝土的性能控制，选取适当的控制点，使得控制有利于减小混凝土泌水。假如要控制最大含气量，控制点可选在入仓口，将混凝土输送过程中含气量损失对泌水的影响降到最低。

5．通过外加剂改善混凝土的泌水
混凝土外加剂一般是有机高分子物质。有机高分子的分子量、或者分子链长度直接影响其性能。如果减水剂的分子量较大、分子链较长，会使混凝土的泌水减少，但是同时减水剂的减水率较低；如果分子量较小、分子链较短，则使减水率增加，同时使混凝土的泌水率增大。有些减水剂在主分子链上存在支链，无论主链支链，较长时会使混凝土泌水减水，但减水率也相应降低，如果主链短而支链长，则会使泌水减少的同时，对减水率影响不大。一般情况下，减水剂不是由单一分子量的分子组成，而是各种分子量的分子混合组成。在既要减少泌水又要保证减水率的情况下，需要优化减水剂的分子量级配，使得小分子和大分子物质达到最佳搭配关系。
目前的混凝土外加剂一般是复合型外加剂，生产一般分为两个过程，即合成过程和复配过程，合成过程中的改进如上所述，主要是优化有机高分子减水剂的分子量级配。复配过程中，可以复合对改善泌水有利的组份，如适量的引气剂或其他能减水泌水的物质。

6．小结
由于缺乏直接的减少混凝土泌水的方法，解决混凝土的泌水必须从各个环节共同改进，使得各因素的作用得到综合发挥，才能使新拌混凝土的泌水得到彻底解决。