摘要：公路桥梁混凝土施工中经常出现混凝土离析、泌水现象，本文用流变学理论对其进行分析，了解其产生的原因，用理论指导实践，以便在施工时更能有效地控制其关键因素。
关键词：公路桥梁混凝土施工离析流变学
公路桥梁混凝土施工中经常出现混凝土离析、泌水现象。离析指的是新拌混凝土各组份的不均匀分布或各组份的分离。离析一般有两种形式：一是粗集料从混合料中分离或水泥浆体从混合料中流淌出来；另一是粗集料沉淀到新拌混凝土的底层。泌水即在混凝土凝结之前表面出现析水的现象，泌水实质上是离析的一种特殊形式，离析出来的是水。如何正确预防和避免混凝土发生离析和泌水现象是混凝土工作者长期注重的问题，也是提高混凝土工程质量的技术关键之一，下面用流变学理论分析其成因和施工控制的关键要素，并结合具体的施工经验提出相应的预防措施。
1．流变学分析
1．1 流变学模型
流变学，指从应力、应变、温度和时间等方面来研究物质变形和流动的物理力学。流变学上将新拌水泥混凝土视为粗集料在水泥砂浆中或粗集料在水泥浆中的悬浮体，并用宾汉姆体(BINGHAM ODEL)来模拟表征新拌混凝土的粘弹塑性。当外界应力δ小于某一临界应力δy时不发生形变，整个系统显弹性性质。当外界应力δ大于临界的屈服应力δy时发生形变。宾汉姆模型整个系统的结构方程为：
δ≥δy ；
δ+ η/Σδ=δy+ηε （1）
式中：δ——弹簧元件的弹性模量；
δy——弹性滑块的屈服应力；
ε—— 应变；
δ一外界应力；
η一粘壶的粘性系数；
δ、ε——应力速率和应变速率。
1．2 影响新拌混凝土离析的流变学分析
新拌混凝土的应力和应变主要为剪应力和剪应变，故本构方程(1)可表示为方程(2)的形式，即新拌混凝土的流变特征可用塑性粘度和剪应力屈服值来表示。
t=tf+ ηlV (2)
式中：tf—— 剪应力屈服值即混凝土流动所需要的最小剪应力；
ηlV— 塑性粘度；
v一剪应变速率。
当外部剪应力t>rt整个系统呈现出流动液体的性质r—v呈现性流动关系，在一定的剪应变速率下，混凝土塑性粘度和剪应力屈服值一定时，剪应力越大，剪应变速率越大。
一般地塑性粘度和屈服应力较大的新拌混凝土抗分离性好，其中在r—v关系中塑性粘度是直线的斜率，反映流动中的混凝土性质，塑性粘度是影响流动中新拌混凝土抗分离性的主要因素。
剪应力屈服值表现为r—v直线的载距是混凝土流动所需的最小应力，对流动中混凝土的r—v关系无影响，不能反映流动中混凝土性质，而对未流动混凝土的流动与否起关键作用，对特定的新拌混凝土，剪力屈服值为定值。此外，任何过大的外在作用力都会引起混凝土内部界面之间的剪应力过大，导致剪应变速率增大，加重离析现象的发生。故从流变学角度看，分析新拌混凝土离析现象的影响因素：一方面主要从新拌混凝土本身的性质即塑性粘度和屈服应力上着手，另一方面要从混凝土搅拌、装载、运输的振捣等施工作用力着手。
微观上看新拌混凝土的塑性粘度主要取决于水泥浆体与集料之间的粘聚力，或水泥砂浆与粗集料之间的粘结力，包含化学键作用和界面吸附作用与水灰比、水泥性质、集料性质和水泥浆体浓度等有关，新拌混凝土的塑性粘度与水泥浆体的粘度基本上有公式(3)的关系。而屈服应力除受塑性粘度的影响外，还受界面之间的表面构造和机械摩阻的影响与集料性质和级配等也有关。一般地，塑性粘度越大，屈服应力也越大。
η=η0(1+A／1／cv一B) (3)
式中: cv —— 混凝土集料的体积浓度；
η——新拌混凝土的塑性粘度；
η0——水泥浆体的塑性粘度；
A、B——系数。
1．3影响新拌混凝土离析的因素
如果选择较大的水灰比或增加单位用水量，新拌混凝土中多余的水分将以较厚的水膜包裹水泥颗粒表面，将颗粒分开，一方面起到润滑作用降低了颗粒之间的剪应力屈服值；另一方面降低了水泥浆体的粘度，从而降低了新拌混凝土的塑性粘度。这样在重力作用下，粗颗粒很容易克服粘聚力和屈服阻力而下沉，细颗粒浆体上浮发生离析或泌水现象。故在满足混凝土对工作性的要求时，水灰比较越小新拌合混凝土的抗离析能力越强。如果选用粘结性较强、保水性好且水化较快的较细水泥(如粉煤灰水泥)，可以大幅度提高水泥浆体的粘结力，增强水泥浆体与集料之间的粘结，提高塑性粘度，有效预防离析的发生。且由于新拌混凝土的保水性能增强，可以防止泌水的发生。
相应的如果水泥用量越高，新拌混凝土的塑性粘度越大，对预防离析和泌水有利。若水泥用量不足，水泥浆体将不足以包裹集料混凝土，显得干硬且结力低也易发生离析。混凝土中若集料粒径过大，畸形且细集料用量少或使用间断级配等，选用表面粗糙的集料能增加水泥浆体与其的粘结力和物理吸附，增加塑性粘度和屈服应力，对预防离析有利。在新拌混凝土中掺加引气剂或减水剂等表面活性剂，一方面通过双电层和氢键的作用使水泥和集料的结合增强且减少了用水量，增加了水泥浆体的粘度。特别是气泡的引入大大增加了水泥浆体的有效体积和表面体积，这些都使水泥混凝土的塑性粘度增加；另一方面表面活性剂所起的润滑作用使混凝土的屈服应力值降低，但塑性粘度的增加起主导作用，故掺加引气剂或减水剂等表面活性总体上对预防离析有利。在新拌混凝土中同时使用减水剂能显著提高新拌混凝土混合物的塑性粘度，有效地预防离析的发生。
1．3．1 施工因素
混凝土施工中应严格控制材料的质量，包括水泥的质量、集料的质量及集料的含水量以控制施工质量。在混凝土施工中或工后，由于均匀混凝土受到不均匀的外部作用力或因施工不当引起过大的附加荷载等原因导致新拌和混凝土混合物界面的剪切应力过大，可能加重离析现象的发生。如人工抛掷混凝土或下料倾斜等引起混凝土拌合物横向受力不均，混凝土拌合物下落时自由高度过大导致较大的额外冲击力。混凝土振捣时间过长或长距离运输受振等都易使混凝土发生离析分层或泌水现象。
2．混凝土离析的预防和处理
2．1 离析的预防
在混凝土设计中应选用粘结性较强保水性好的水泥。采用表面粗糙的集料，尽量降低水灰比，选用细集料比例大、砂率较大的设计方案，同时可通过适当掺加减水剂、引气剂，减轻离析现象。施工过程中应严格控制材料用量，阴雨天或太阳暴晒后适当调整用水量，采用减水剂必须考虑减水率。
2．2 离析的处理
出现离析现象的混凝土严禁浇筑使用，必须进行处理。对离析混凝土要分析其发生离析的原因分别对待，若有设计不良则应调整配合比或添加减水剂改善设计方案。若因施工中材料用量控制不严而导致离析，则必须重新拌制混凝土。若用施工中受荷载过大引起离析则可以进行二次拌合。混凝土表面大量泌水则应设法排除泌出的水而不至带走水泥浆体。
3．结 论
混凝土结构工程中混凝土的离析现象常影响到整个工程的质量且也影响结构物的外观。因此如何控制好减轻离析现象的发生应是我们施工人员关注的论题。而在实际中混凝土是否会发生离析不是控制设计的指标，设计也很少考虑所设计的混凝土是否会发生离析。利用流变学的理论对混凝土的离析现象进行了分析，希望能引起广大施工人员的重视，对离析和泌水现象尚需进行深入研究，为控制其发生提供科学依据。从流变学的角度出发分析和阐述了影响塑性混凝土发生离析现象的因素。并结合具体的施工情况提出相应的预防措施。
（混凝土离析现象使混凝土结构不均匀，出现孔洞、水影和蜂窝状结构。严重的离析使混凝土结构明显分层，大大降低了混凝土结构的强度和使用性能。）混凝土的泌水能使新拌混凝土内粗集料颗粒下沉水分上升致使表面浮浆或浮灰而导致形成一种水景，影响混凝土的表面质量，并且水分在上升时形成“小喷口”以及集中在粗集料或钢筋下的水囊等混凝土结构的薄弱环节，从而降低混凝土的强度和耐久性。