摘 要:介紹了混凝土中水的類型及特性,通過論述水及其相轉(zhuǎn)變對混凝土的影響,說明了水在混凝土形成過程中的重要作用,同時(shí)指出認(rèn)識水在混凝土中宏觀、微觀的作用,對于提高混凝土的性能、做好混凝土的配合比設(shè)計(jì)及配制混凝土是至關(guān)重要的。
關(guān)鍵詞:混凝土,特性,結(jié)晶水,含水量,預(yù)熱養(yǎng)護(hù)
中圖分類號: TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
水在混凝土配制及至達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的不同階段的作用對混凝土的性能具有正、負(fù)兩方面的影響,存在著不同階段從量變到質(zhì)變的規(guī)律。
1 混凝土中水的類型及特性
1) 游離水:新拌混凝土存在于混凝土表面或砂、石、水泥顆粒之間的水膜,在初始狀態(tài)下為加入到混凝土中的全部用水量。游離水的正作用:a. 使混凝土具有流動(dòng)性; b. 提供混凝土中水泥水化所需水;c. 維持與外界環(huán)境濕度下相平衡的含水量。游離水的負(fù)作用:a. 水的蒸發(fā)使混凝土中出現(xiàn)了毛氣孔,混凝土截面減小,強(qiáng)度降低;b. 游離水量超過“臨界數(shù)量”,由于“尖劈作用”,降低混凝土強(qiáng)度;c. 負(fù)溫度下凍結(jié),嚴(yán)重?fù)p傷混凝土結(jié)構(gòu)。
2) 毛細(xì)孔水:相對于游離水,由于冰點(diǎn)降低,可在負(fù)溫度下提供水泥水化所需的水,且容易保水,提供水泥后期水化的水。
3) 凝膠水:包括C2S2H ,C2A2H 凝膠水及Al (OH) 3 , Fe (OH) 3凝膠水等,凝膠水使膠體形成相互交錯(cuò)的纖維。凝結(jié)主要是體系中膠體的凝結(jié)和緊密作用。
4) 結(jié)晶水: 主要是C3S2 ·3H2O , C3A·6H2O , C2S·nH2O 和C3A·3CaSO4·32H2O 等。硅酸鹽水泥水化物晶體的結(jié)晶水通常要占混凝土重量的4 %左右。結(jié)晶水亦不凍結(jié),游離水轉(zhuǎn)化成結(jié)晶水對混凝土也是有利的。
2 常溫下水的作用
2. 1 作為流動(dòng)相的水
新拌水泥混凝土的流動(dòng)性雖受懸浮粒子濃度大小的影響,但水起著決定性的作用,是確保混凝土和易性必不可少的條件,也是混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算的一個(gè)步驟;膠體是在液相中形成的,膠體粒子受凝聚狀態(tài)的影響很大,凝聚狀態(tài)受混合料攪拌條件、水泥化學(xué)礦物組成及細(xì)度等因素的影響。
2. 2 AE 劑、減水劑和水
水的容重與水泥、骨料相比小得多,粘稠凝聚體系中形成三維立體結(jié)構(gòu)方能保證砂漿、混凝土的流動(dòng)性和抗離析性。AE 劑分布在氣—液界面,減水劑分布在固—液界面,使界面性質(zhì)發(fā)生變化,并生成穩(wěn)定氣泡,使粒子分散,水泥水化點(diǎn)增多,但這些效應(yīng)均是由于AE 劑、減水劑溶于水中反復(fù)運(yùn)動(dòng),形成憎水基、親水基作用于氣—液界面、固—液界面的結(jié)果。AE 劑、減水劑在干硬混凝土中作用甚小,以致消失,就是水含量小于臨界值的緣故。
2. 3 加壓慣性力與水分重分布
流態(tài)混凝土泵送,水受離心壓力作用擠入骨料空隙中,引起水分重新分布,導(dǎo)致失水、堵管,使用AE(引氣) 型減水劑、泵送劑使浮游在水中的粒子和氣泡凝聚成集合體,浮變性和“滾珠”作用,使混凝土保持良好的泵送性能。
2. 4 作為振動(dòng)傳播相的水
混凝土施工中,常使用振動(dòng)器(棒式或平板式) 搗實(shí)成型,振動(dòng)器的功是通過水傳播的,水成為混凝土拌合物振實(shí)的媒介。
2. 5 作為反應(yīng)物質(zhì)的水
水既是與水泥反應(yīng)的物質(zhì),同時(shí)作為反應(yīng)場,提供生成物質(zhì)的填充空間,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,水占領(lǐng)的空間減小,由于毛細(xì)管凝縮,其存在的位置也起變化。
水泥水化階段的兩個(gè)重要特點(diǎn):
1) 水化初始階段未水化水泥具有水化生成固體體積的1. 6 倍的體積,隨著水化的進(jìn)行,水化的反應(yīng)生成物、固體和水的體積比例增加,變成新的固體膠。
2) 當(dāng)水化生成物的體積占反應(yīng)前水泥及其與水泥反應(yīng)的水總體積的90 %左右時(shí),稱作硬化收縮或化學(xué)收縮。
2. 6 混凝土硬化和養(yǎng)護(hù)的水
由于混凝土有“濕脹干縮”特點(diǎn),保水養(yǎng)護(hù)極其重要。1) 防止水分轉(zhuǎn)移,不影響水泥水化硬化;2) 防止干燥收縮導(dǎo)致裂紋。養(yǎng)護(hù)水對混凝土強(qiáng)度增長和提高耐久性具有重要的意義。
2. 7 作為毛細(xì)管張力傳遞媒介的水
無論是混凝土的干燥收縮還是自行收縮,均為毛細(xì)管張力引起固相變形所致,水則是毛細(xì)管張力的傳遞媒介,采用干燥收縮抑制劑可降低混凝土中液相表面張力,能有效減少收縮。
2. 8 作為空氣隔斷相的水
混凝土的透氣性由于含水率不同而有較大變化。因?yàn)樗哂锌諝飧魯嘞嗟墓δ?而空氣中的CO2 能夠溶于水中,加f蒧隚快了混凝土的碳化。
1) 水的相轉(zhuǎn)變伴生9 %的體積增大。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料和我國寒地建設(shè)研究院實(shí)驗(yàn),將產(chǎn)生204 N/ mm2～240 N/ mm2 壓力,對混凝土造成嚴(yán)重破壞。
2) 積聚在粗骨料周圍的游離水在負(fù)溫下形成“冰夾層”,影響水泥石與骨料的粘結(jié)強(qiáng)度。弗格蘭德研究認(rèn)為將降低強(qiáng)度13 %。
3)水分轉(zhuǎn)移加之負(fù)溫下水泥水化緩慢,致使混凝土結(jié)構(gòu)酥脆。首先應(yīng)明了,水泥在負(fù)溫下的水化不外乎依靠低冰點(diǎn)的毛細(xì)水,防凍劑能夠降低混凝土溶液冰點(diǎn),推動(dòng)水泥在負(fù)溫下初始水化。接著產(chǎn)生水泥水化熱復(fù)合防凍劑帶來的微膨脹,形成早強(qiáng)“抗凍結(jié)構(gòu)”的綜合效應(yīng)。于是相應(yīng)的對策是:a. 最大限度減少混凝土中的游離水。b. 采取高壓振動(dòng)、重復(fù)振動(dòng)或引入膨脹劑等措施改善混凝土中毛細(xì)水結(jié)構(gòu)。c. 水泥預(yù)水化或熱水?dāng)嚢柩娱L攪拌時(shí)間,促進(jìn)游離水轉(zhuǎn)化為凝膠水、結(jié)晶水,結(jié)晶水是不凍結(jié)的。d. 覆蓋養(yǎng)護(hù)或混凝土預(yù)熱養(yǎng)護(hù),也可緩解凍害;不同預(yù)熱養(yǎng)護(hù)時(shí)間的可凍結(jié)水及強(qiáng)度損失見表1 。
由表1 可看出,如預(yù)熱養(yǎng)護(hù)36 h ,則- 10 ℃凍結(jié),混凝土強(qiáng)度損失可降低至7. 4 %。
仍需著重強(qiáng)調(diào)的是:由于冬季施工混凝土本身內(nèi)外溫度梯度大,內(nèi)部溫度高有較高壓力,表面溫度低有較低壓力,水分易于向表面移動(dòng),向四周散失,所以覆蓋一層薄膜塑料,再加1 層～2 層草墊“保溫”是非常必要的。冬季施工采用綜合蓄熱法養(yǎng)護(hù)混凝土是最為合理的。
4 工程實(shí)例
滄黃高速公路八合同段在施工預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁過程中,發(fā)現(xiàn)部分箱梁頂板出現(xiàn)收縮裂紋,分析原因有:1) 夏季中午澆筑混凝土,氣溫非常高,溫差較大,造成混凝土收縮開裂。2) 新拌混凝土含水量偏大,自由水較多,在快速蒸發(fā)的情況下,水的表面張力過大,引起混凝土收縮開裂。
根據(jù)以上原因分析,施工單位采取了相應(yīng)措施:1) 避免在夏季氣溫非常高的上午9 :00～15 :00 之間澆筑混凝土,混凝土澆筑完成,及時(shí)覆蓋養(yǎng)生。2) 加入減水劑,增加混凝土的和易性,盡量減少自由水的含量。
通過采取以上措施,解決了預(yù)制混凝土箱梁頂板產(chǎn)生收縮裂縫的問題。通過論述水及其轉(zhuǎn)變相對混凝土的影響,說明了水雖然在混凝土的形成過程中起了非常大的作用,但是過多的自由水無論是夏季還是冬季對混凝土的形成起了反作用,因此在進(jìn)行混凝土的配合比設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量減少自由水,同時(shí)施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)生,以確?；炷恋馁|(zhì)量。
參考文獻(xiàn):
[1 ]黃燕美. 大摻量粉煤灰混凝土性能研究[J ] . 山西建筑,2007 ,33 (1) :1782179.
