混凝土拌和易性-土木工程材料

2023-09-01 理论教育版权反馈

【摘要】：混凝土拌合物的性能主要包括和易性和凝结时间等。测定坍落度的同时应观察混凝土拌合物的黏聚性和保水性，以全面评定混凝土的和易性。表4.14混凝土拌合物流动性的级别注：在分级评定时，坍落度检验结果值取舍到临近10 mm。因此，水泥浆的数量和稠度对新拌混凝土的和易性有显著影响。当水灰比过小时，水泥浆干稠，混凝土拌合物的流动性过低，将使施工困难，不能保证混凝土的密实性。

混凝土的各组成材料按一定比例配合，经搅拌均匀后、未凝结硬化之前，称为混凝土拌合物（Mixture）。为保证施工顺利，混凝土拌合物在搅拌、浇筑、振捣、成型过程中应表现出良好的综合性能。混凝土拌合物的性能主要包括和易性和凝结时间等。

1.和易性的概念

和易性（又称工作性）（Workability）是指混凝土拌合物易于施工操作（搅拌、运输、浇筑、振捣）并能获得质量均匀、成型密实的混凝土的性质。和易性是一项综合性质，包括流动性、黏聚性和保水性三方面的含义。

（1）流动性

流动性（Fluidity或Mobility）是指新拌混凝土在自重或机械振捣作用下，能产生流动，并自动均匀地充满模板的性能。流动性好的混凝土操作方便，易于捣实成型。

（2）黏聚性

黏聚性（Cohesiveness）是指新拌混凝土在施工过程中，其组成材料之间具有一定黏聚力，不致发生分层和离析现象。在外力作用下，混凝土拌合物各组成材料的沉降不同，如配合比例不当，黏聚性差，则施工中易发生分层（即混凝土拌合物各组分出现层状分离现象）、离析（即混凝土拌合物内某　些组分分离、析出现象）等情况，致使混凝土硬化后出现“蜂窝”“麻面”等缺陷，影响混凝土的强度和耐久性。

（3）保水性

保水性（Water Retentivity）是指新拌混凝土在施工过程中，具有一定的保水能力，不致发生严重泌水现象（即混凝土拌合物中部分水从水泥浆中泌出的现象）。产生严重泌水的混凝土内部容易形成透水通路、上下薄弱层和钢筋或石子下部水隙。这些都将影响混凝土的密实性，降低混凝土的强度和耐久性。

通过以上分析可以看出，混凝土拌合物的流动性、黏聚性和保水性有其各自的内涵，而它们之间既互相联系又存在矛盾。和易性则是这三方面性质在某种具体条件下的矛盾统一体。

若混凝土的黏聚性和保水性不好，混凝土易出现分层、离析的现象，如图4.6所示。

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图4.6　混凝土分层、离析现象示意图

2.和易性的测定方法及评定

由于混凝土和易性是一项综合技术性质，很难用一种单一的试验方法全面反映混凝土拌合物的和易性。通常是以测定拌合物稠度（流动性）为主，辅以目测和经验评定黏聚性、保水性。国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2016）规定：根据拌合物流动性不同，混凝土的稠度测定可采用坍落度和维勃稠度法。

（1）坍落度试验

该方法适用于粗集料最大粒径不大于40 mm，坍落度不小于10 mm 的混凝土拌合物稠度测定。

坍落度试验的方法是：将拌合物按规定方法装入标准圆锥坍落度筒内，并均匀插捣、装满刮平后，将筒平稳垂直向上提起，拌合物在重力作用下自动塌落，测量筒高与坍落后混凝土试件最高点之间的高度（ mm），即称为坍落度。坍落度愈大，表示混凝土拌合物的流动性愈大。图4.7为混凝土坍落度试验。

测定坍落度的同时应观察混凝土拌合物的黏聚性和保水性，以全面评定混凝土的和易性。

黏聚性的评定方法是：用捣棒在坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，若锥体逐渐下沉，则表明黏聚性良好；如果锥体倒塌、部分崩裂或出现离析现象，则表示黏聚性不好。

保水性是以混凝土拌合物中的稀水泥浆析出的程度来评定。坍落度筒提起后，如有较多稀水泥浆从底部析出，锥体部分混凝土拌合物也因失浆而集料外露，则表明混凝土拌合物的保水性不好；如无稀水泥浆或仅有少量稀水泥浆自底部析出，则表示此混凝土拌合物保水性良好。根据坍落度不同，可将混凝土拌合物分为四级，见表4.12。

（2）维勃稠度法

坍落度小于10 mm 的混凝土拌合物的流动性用维勃稠度表示。其测定方法是：将混凝土拌合物按规定的方法装入坍落度筒内捣实，待装满刮平后，将坍落度筒垂直向上提起，把透明盘转到混凝土圆台体台顶，开启振动台，并同时用秒表计时，当透明圆盘的底面被水泥浆布满的瞬间停表计时，关闭振动台，所读秒数即为该混凝土的维勃稠度值（图4.8）。该法适用于集料最大粒径不超过40 mm，维勃稠度在5～30 s 之间的混凝土拌合物稠度测定。

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图4.7　混凝土拌合物坍落度的测定

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图4.8　维勃稠度仪

根据维勃稠度的大小，混凝土拌合物也分为四级，见表4.14。

表4.14　混凝土拌合物流动性的级别

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注：在分级评定时，坍落度检验结果值取舍到临近10 mm。

（3）流动性（坍落度）的选择

截面尺寸较小或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选择大些；反之，如构件截面尺寸较大，或钢筋较疏，或采用振捣器振捣时，坍落度可选择小些。按国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204—2015）规定，混凝土灌注时的坍落度宜按表4.15选用。

表4.15　混凝土浇筑时的坍落度

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注：①本表系采用机械振捣混凝土时的坍落度，采用人工捣实时其值可适当增大；
②需配制泵送混凝土时，应掺外加剂，坍落度宜为110～180 mm。

3.影响和易性的因素

影响混凝土拌合物和易性的主要因素有以下几方面：

（1）水泥品种

不同品种水泥，其颗粒特征不同，需水量也不同，硅酸盐系常用水泥相比较，当水灰比相同时，硅酸盐水泥和普通水泥拌制的混凝土流动性较火山灰水泥好；矿渣水泥拌制的混凝土保水性较差；用粉煤灰水泥拌制的混凝土流动性最好，保水性和黏聚性也较好。

水泥颗粒越细，拌合物黏聚性与保水性越好。当比表面积在2 800 cm2/g 以下时，混凝土的泌水性增大。

（2）水泥浆数量──浆集比

浆集比是指混凝土拌合物中水泥浆与集料的质量比。水泥浆赋予混凝土拌合物一定的流动性。在水灰比不变的情况下，单位体积拌合物内增加水泥浆数量，可增大拌合物流动性。如果水泥浆数量过多，会产生流浆现象，容易发生离析；如果水泥浆数量过少，则集料间缺少黏结物质，黏聚性变差，易出现崩坍。因此，水泥浆的数量和稠度对新拌混凝土的和易性有显著影响。

（3）水泥浆的稠度──水灰比

水泥浆的稠度是由水灰比所决定的。

水灰比是指混凝土拌合物中水与水泥的质量比。在水泥用量不变的情况下，水灰比越小，水泥浆越稠，混凝土拌合物的流动性越小。当水灰比过小时，水泥浆干稠，混凝土拌合物的流动性过低，将使施工困难，不能保证混凝土的密实性。水灰比增大会使流动性增大，但如果水灰比过大，又会造成混凝土拌合物的黏聚性和保水性不良，从而产生流浆、离析现象，并严重影响混凝土的强度。所以，水灰比不能过小或过大，一般应根据混凝土强度和耐久性要求合理选用。

实践证明，用水量是影响混凝土流动性最大的因素。当单位用水量不变，在一定范围内其他材料的量的波动对混凝土拌合物流动性影响并不十分显著，因此可以在单位用水量与拌合物流动性之间建立数量关系──恒定用水量法则：一定条件下要使混凝土获得一定值的坍落度，需要的单位用水量是一个定值。可以通过试验获得单位用水量与坍落度间的数量关系，如表4.16所示。由表4.16可知，用水量的多少还与集料种类和最大粒径有关。当坍落度一定时，石子最大粒径增大，用水量减少；当石子最大粒径不变时，增加坍落度则用水量增加。利用此表可直接估计初步用水量，为混凝土配合比的设计提供方便。

表4.16　塑性混凝土用水量选用表

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注：①本表不宜用于水灰比小于0.40或大于0.80的混凝土；
②本表用水量系采用中砂时的平均值，采用细砂时，每立方米混凝土用水量可增加5～10 kg，采用粗砂时则可减少5～10 kg；
③掺用各种外加剂或掺合料时，用水量应相应调整；
④当混凝土坍落度小于10 mm 时，用水量按当地经验或通过试验取用。

（4）砂率

砂率（Sand Ratio）βs是指混凝土中砂的质量占砂石总质量的百分率，按式（4.3）计算。

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式中　mg0──每立方米混凝土的粗集料用量（kg）；

ms0──每立方米混凝土的细集料用量（kg）；

βs──砂率（%）。

砂率的变动会使集料的空隙率和集料的总表面积有显著改变，因而对混凝土拌合物的和易性产生显著影响。砂率过大时，集料的总表面积及空隙率都会增大，若水泥浆量固定不变，相对地水泥浆就显得少了，减弱了水泥浆的润滑作用，而使混凝土拌合物的流动性减小；砂率过小时，又不能保证在粗集料之间有足够的砂浆层，也会降低混凝土拌合物的流动性，且黏聚性和保水性变差，造成离析、流浆现象。因此，砂率过大或过小都不好，这中间存在着一个合理砂率值（又称最优砂率）。合理砂率是指在用水量及水泥用量一定时，能使混凝土拌合物获得最大流动性，且黏聚性及保水性良好的砂率值，如图4.9所示。采用合理砂率，能使混凝土拌合物获得所要求的流动性及良好的黏聚性与保水性的条件下，使水泥用量最小，如图4.10所示。

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图4.9　砂率与坍落度的关系曲线

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图4.10　砂率与水泥浆数量的关系曲线

影响合理砂率大小的因素很多，可概括为：

①石子最大粒径较大、级配较好、表面光滑时，由于粗集料的空隙率较小，可采用较小砂率。

②砂的细度模数较小时，由于砂中细颗粒多，混凝土的黏聚性容易得到保证，可采用较小砂率。

③水泥浆较稠（水灰比小）时，由于混凝土的黏聚性较易得到保证，可采用较小砂率。

④施工要求的流动性较大时，粗集料常出现离析现象，所以为保证混凝土的黏聚性，需采用较大砂率；当掺用引气剂或减水剂等外加剂时，可适当减小砂率。

确定砂率的方法较多，可以根据本地区、本单位的经验积累数值选用；若无经验数据，可查表4.17，也可通过计算确定。

表4.17　混凝土用砂率选用表

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注：①本表适用于坍落度10～60 mm 的混凝土，坍落度若大于60 mm，应在上表的基础上，按坍落度每增大20 mm，砂率增大1% 予以调整；
②本表数值系中砂的选用砂率，对细（粗）砂，可相应地减少（增大）砂率；
③只用一个单粒级粗集料配制混凝土时，砂率应适当增大；
④掺有外加材料时，合理砂率应通过试验或参考有关规定确定或选用。

（5）外加剂

在拌制混凝土时，加入很少量的外加剂能使混凝土拌合物在不增加水泥用量的条件下，获得很好的和易性，增大流动性，改善黏聚性，降低泌水性，提高混凝土的耐久性。

（6）时间和温度

混凝土拌合物拌制后，随着时间延长而逐渐变得干硬，流动性减小。水分损失原因是：水泥水化消耗掉一部分水；集料吸收一部分水；水分蒸发一部分。新拌混凝土流动性随时间的延长而减少的现象称为坍落度损失。由于拌合物流动性会随温度和时间而减少，浇筑时的和易性更具实际意义。因此，在施工中测定和易性的时间，应以搅拌后15 min 为宜。

4.和易性的调整与改善

①当混凝土流动性小于设计要求时，为了保证混凝土的强度和耐久性，不能单独加水，必须保持水灰比不变，增加水泥浆用量；

②当坍落度大于设计要求时，可在保持砂率不变的前提下，增加砂石用量，减少水泥浆数量，选择合理的浆集比；

③改善集料级配，既可增加混凝土流动性，也能改善黏聚性和保水性；

④掺减水剂或引气剂，是改善混凝土和易性的有效措施；

⑤尽可能选用最优砂率，当黏聚性不足时可适当增大砂率。

【工程实例分析4.4】

集料含水量波动对混凝土和易性的影响

【现象】某混凝土搅拌站用的集料含水量波动较大，其混凝土强度不仅离散程度较大，且有时会出现卸料及泵送困难，有时又易出现离析现象。

【原因分析】由于集料，特别是砂的含水量波动较大，使实际配合比中的加水量随之波动，以致加水量不足时混凝土坍落度不足，水量过多时坍落度过大，混凝土强度的离散程度也就较大。当坍落度过大时，易出现离析现象。若振捣时间过长，坍落度过大，还会造成“过振”。

【工程实例分析4.5】

碎石形状对混凝土和易性的影响