新拌混凝土离析、沉降和泌水问题的探讨

1新拌混凝土离析、沉降和泌水问题的探讨混凝土技术讲座sunnanping21、颗粒的运动与离析混凝土拌和物由不同大小、不同密度的固体颗粒和水均匀混合而成。在施工作业中，外力（如振动力、重力、浮力等）的作用一分为二，一方面有助于混凝土的密实成型，另一方面又竭力破坏混凝土各组分的均匀分布，使混凝土组分丧失连续性，即使混凝土离析。新拌混凝土离析、沉降和泌水问题的探讨20世纪70年代，时任日本混凝土学会主席的樋口芳郎做了一个试验：将坍落度为8cm的拌合物浇注在一透明塑料管内，他惊奇地发现在粗骨料下方普遍形成水囊；混凝土硬化后抗弯拉强度明显下降。3骨料水可见泌水内泌水45钢筋沉降裂缝水囊混凝土表面6颗粒的运动描述如果均匀分布的颗粒群运动时各颗粒的运动速度不相等，则原有的均匀分布状态丧失—离析、泌水。☆可用Stokes定律说明离析的产生。设颗粒为球形，周围的混凝土为粘性体，颗粒沉降的粘阻力f为：f＝6πrηv（1）式中：r—颗粒的半径（cm）；η—混凝土的粘性参数（dyne.s/cm2)；v—颗粒与周围混凝土的相对速度（cm/s）734如颗粒的密度为ρ，颗粒的运动方程为：πr3ρ＝6πrηv，（2）dtdvdtdx229rt解得：＝v＝voe－（3）初始条件为：t＝0时v＝v0。当t＝∞时各颗粒间的相对速度为0此时的位移x为：x9202vrt=∞=（4）8式中：r—颗粒的半径ρ—颗粒的密度t＝0时颗粒的速度V0（4）式：粒径、密度和初始速度大、粘度小的颗粒X值越大，即容易产生离析。x9202vrt=∞=（4）9混凝土振实时混合料处于“液化”状态，各颗粒沉降速度不同，就产生离析和泌水。混合料颗粒上主要作用力有粘阻力、浮力和重力，颗粒运动方程为：34dtdv3434πr3ρ=πr3ρg－6πrηv－πr3ρcg（5）式中：ρc—混凝土拌合物的密度；g—重力加速度。10假定初始条件t=0时v=0，解出（5）式：922grrt229v=（ρ－ρc）（1－e－）（6）设t=∞时为最终速度，则：v922grt=∞=（ρ－ρc）（7）（7）式：颗粒运动速度与粒径的平方、密度差成正比，与粘度成反比。粒径越大、密度差越大的颗粒，运动速度越大，越容易离析；介质黏度越小，越容易离析。112、水的运动与离析、泌水＊固体颗粒沉降、水分上浮引起泌水。＊原则上混凝土的沉降收缩量等于泌水量。＊由于混凝土中水的体积率较小，泌水量占总用水量的比例就远大于混凝土的沉降收缩率——很有趣的命题.设混凝土的体积为V，其中固体部分体积为Vs，水的体积为Vw，泌水体积为Vb：则泌水率=Vb/Vw；混凝土沉降收缩率=Vb/V；泌水率与混凝土沉降收缩率的比例为V/Vw。12算例：设Vw=0.18m3，V=1m3，则V/Vw=5.56。这个差距是由于水的上浮速度大于固体颗粒沉降速度所致。取混凝土密度ρc=2400kg/m3，骨料的密度ρa=2650kg/m3，水的密度ρw=1000kg/m3，由（7）：vt=∞=（ρ－ρc）（7）922gr13可计算粒径相同时水的上浮速度V水与骨料的沉降速度V骨之比：vv骨水cacw2501400===5.6此结果与上页算例一致。这个比值与V/Vw的比值是一致的。水在混凝土拌合物中的高速运动，与骨料形成较大的相对运动，会产生离析、水侵蚀、浮降和泌水。如果模板不密封，高速运动的水会把水泥冲走，只剩下骨料。143、临界水灰比(w/c)l的概念混凝土的各组分填充模型：近似认为混凝土中的石子形成大骨架，砂子填充其中，水泥填充砂子的空隙，水填充水泥颗粒的空隙。推论：混凝土用水量小于或等于水泥颗粒的空隙率时，不会泌水；反之则泌水。15推导：•设混凝土用水量等于水泥颗粒空隙率时的水灰比为临界水灰比（w/c）l；•水泥的密度为γc；•水泥颗粒振实堆积密度为γcz；•水的密度为γw；•水泥的体积为Vc。则有：水泥的空隙率kc=（1－γcz/γc）×100%；所需水的体积Vw=kc×Vc；水的重量Ww=kc×Vc×γw；水泥的重量Wc=γcz×Vc×100%，16VVkcczwcccczczc_w（w/c）l==推导出：(8)算例：取γc=3.15g/cm3，γcz=1700kg/m3，代入（8）式，可得（w/c）l=0.271。实际工程中所用水灰比基本都大于0.271，因此，工程中出现浮浆、泌水难以避免。17适度的泌水不但可以防止混凝土表面塑性收缩开裂，而且方便混凝土表面的修饰。大量的泌水会在粗骨料下和水平钢筋下形成水层、在水泥浆中形成水流通道，使混凝土的强度、耐久性下降，加剧混凝土物理力学性能的各项异性。采用二次振动等方法可消除上述缺陷。应该重视和利用混凝土的泌水。184、离析、沉降和泌水对界面层的影响（1）界面层局部区域的水灰比大于其他区域；（2）界面层局部区域的水化产物酥松多孔；（3）形成水化产物的不均匀分布钙矾石富集；氢氧化钙富集；氢氧化钙取向排列；C—S—H的浓度低。（4）过渡区—与本体相明显不同；（5）界面层局部区域强度低，成为薄弱环节。19钢纤维双膜氢氧化钙水泥浆本体多孔层多孔层水泥浆本体20骨料过渡区水泥石本体C-S-HCH钙矾石21裂缝扩展的路径和方向骨料水泥石骨料周围的过渡区薄弱的过渡区相