拌和好的混凝土必须满足其性能要求,目前评定混凝土拌和物的性能指标主要是和易性。
(一)和易性的概念
和易性是指混凝土拌和物易于施工操作(拌和、运输、浇筑、捣实)并能获得质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合的技术性质,包括流动性、黏聚性和保水性等3个方面的含义。
(1)流动性。它是指混凝土拌和物在本身自重或施工机械振捣的作用下,能产生流动,并均匀密实地填满模板的性能。其大小直接影响施工时振捣的难易和成型的质量。
(2)黏聚性。它是指混凝土拌和物在施工过程中其组成材料之间有一定的黏聚力,不致产生分层和离析的现象。它反映了混凝土拌和物保持整体均匀性的能力。
(3)保水性。它是指混凝土拌和物在施工过程中,保持水分不易析出、不致产生严重泌水现象的能力。有泌水现象的混凝土拌和物,分泌出来的水分易形成透水的开口连通孔隙,影响混凝土的密实性而降低混凝土的质量。
混凝土拌和物的流动性、黏聚性和保水性之间是互相联系、互相矛盾的。和易性就是这3个方面性质在某种具体条件下矛盾统一的概念。
(二)和易性的测定及指标选择
1.和易性测定
目前,尚没有能够全面反映混凝土拌和物和易性的测定方法。在工地和实验室,通常是测定拌和物的流动性,同时辅以直观经验评定黏聚性和保水性,来评价和易性。对塑性和流动性混凝土拌和物,用坍落度测定;对干硬性混凝土拌和物,用维勃稠度测定。
图10-3 坍落度测定示意图
(1)坍落度。
坍落度测定方法是将被测的混凝土拌和物按规定方法装入高为300mm的标准截圆锥筒(称坍落筒)内,分层插实,装满刮平,垂直向上提起坍落筒,拌和物因自重而下落,其下落的距离以mm为单位(精确至5mm),即为该拌和物的坍落度,以T表示(图10-3)。
当坍落度值大于220mm时,坍落度已经不能很好地反映混凝土拌和物的和易性,此时实验室往往测定其坍落扩散度。坍落扩散度是测量混凝土扩散后最终的最大直径和最小直径,最大直径和最小直径的差值不超过50mm时,用其算术平均值作为坍落扩散度数值。
坍落度越大,混凝土拌和物流动性越大。根据坍落度的大小将混凝土拌和物分为低塑性混凝土(T=10~40mm)、塑性混凝土(T=50~90mm)、流动性混凝土(T=100~150mm)、大流动性混凝土(T=160~190mm)和流态混凝土(T=200~220mm)等5种级别。
(2)维勃稠度(VB稠度值)。
对于干硬或较干稠的混凝土拌和物(T<10mm),坍落度试验测不出拌和物稠度变化情况,宜用维勃稠度测定其和易性。
维勃稠度测定仪(简称维勃计)是瑞士V.勃纳(Bahrner)提出的测定混凝土拌和物稠度的方法,国际标准化协会推荐,我国将其定为测定混凝土拌和物干硬性的试验方法。
试验采用图10-4所示装置,将坍落筒置于容器之内,并固定在规定的振动台上。先在坍落筒内填满混凝土,抽出坍落筒。然后,将附有滑杆的透明圆板放在混凝土顶部,开动马达振动至圆板的全部面积与混凝土接触时为止。测定所经过的时间(s)作为拌和物的稠度值,称为维勃稠度值。维勃稠度值越大,混凝土拌和物越干稠。这种方法适用于集料粒径不大于40mm、维勃稠度在5~30s之间的拌和物稠度的测定。
图10-4 维勃稠度测定示意图
1—圆柱形容器;2—坍落度筒;3—漏斗;4—测杆;5—透明圆盘;6—振动台
混凝土按维勃稠度值大小可分四级:超干硬性(VB≥31s);特干硬性(VB=30~21s);干硬性(VB=20~11s);半干硬性(VB=10~5s)。
黏聚性的检查方法是用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打。如果锥体逐渐下沉,则表示黏聚性良好,如果锥体倒坍、部分崩裂或出现离析现象,则表示黏聚性不好。
保水性以混凝土拌和物中稀浆析出的程度来评定,坍落筒提起后如有较多的稀浆从底部析出,锥体部分的混凝土也因失浆而集料外露,则表明此混凝土拌和物的保水性能不好。如坍落筒提起后无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出,则表示此混凝土拌和物保水性良好。
2.坍落度的调整(www.xing528.com)
(1)在按初步配合比计算好试拌材料的同时,内外还须备好两份为调整坍落度用的水泥和水。备用水泥和水的比例符合原定水灰比,其用量可为原计算用量的5%和10%。
(2)当测得的坍落度小于规定要求时,可掺入备用的水泥或水,掺量可根据坍落度相差的大小确定;当坍落度过大,黏聚性和保水性较差时,可保持砂率一定,适当增加砂和石子的用量。如保水性较差,可适当增大砂率,即其他材料不变,适当增加砂的用量。
3.流动性(坍落度)的选择
正确选择混凝土拌和物的流动性(坍落度),对于保证混凝土质量及节约水泥有着重要意义。坍落度的选择要根据构件截面的大小、钢筋间距、运输距离和方式、浇筑方法以及环境等条件来确定。当构件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,或采用振动器振捣时,坍落度可选择小些。
《水工混凝土施工规范》(SL 677—2014)中,混凝土浇筑时的坍落度见表10-13。
表10-13 混凝土浇筑时的坍落度 单位:mm
注 表中系指采用机械振捣的坍落度,采用人工振捣时可适当增大。有温控要求或高、低温季节浇筑混凝土时,混凝土的坍落度可根据具体情况酌量增减。
(三)影响和易性的主要因素
1.水泥品种及水泥浆的数量
不同品种的水泥需水量不同,因此相同配合比时拌和物的稠度也有所不同。需水量大的拌和物的坍落度较小,一般采用火山灰水泥、矿渣水泥时,拌和物的坍落度较普通水泥时小些。
混凝土拌和物中水泥浆的多少也直接影响混凝土拌和物流动性的大小。在水胶比不变的条件下,单位体积拌和物中,水泥浆越多,拌和物的流动性越大。但若水泥浆过多,将会出现流浆现象,使拌和物的黏聚性变差,对混凝土的强度与耐久性会产生一定影响,且水泥用量也大,不经济;水泥浆过少,则不能填满集料空隙或不能很好地包裹集料表面,不易成型。因此,混凝土拌和物中水泥浆的含量应以满足流动性要求为准。
2.水胶比
水胶比是水与水泥和其他掺料(如粉煤灰等)混合物的质量之比。在水泥用量不变的情况下,水胶比越小,则水泥浆越稠,混凝土拌和物的流动性越小。当水胶比过小时,会使施工困难,不能保证混凝土的密实性。增加水胶比会使流动性加大,但水胶比过大,又会造成混凝土拌和物的黏聚性和保水性不良,产生泌水、离析现象,并严重影响混凝土的强度及耐久性。所以水胶比不能过大或过小。水胶比应根据混凝土强度和耐久性要求,通过混凝土配合比设计确定。
无论是水泥浆的多少,还是水泥浆的稀稠,对混凝土拌和物流动性起决定作用的是用水量的大小。
3.砂率
砂率是指混凝土拌和物内,砂的质量占砂、石总质量的百分数。单位体积混凝土中,在水泥浆量一定的条件下,砂率过小,则砂浆数量不足以填满石子的空隙体积,而且不能形成足够的砂浆层以包裹石子表面,这样,不仅拌和物的流动性小,而且黏聚性及保水性均较差,产生离析、流浆现象。若砂率过大,集料的总表面积及空隙率增大,包裹砂子表面的水泥浆层相对减薄,甚至水泥浆不足以包裹所有砂粒,使砂浆干涩,拌和物的流动性随之减小。砂率对坍落度的影响如图10-5所示。因此,砂率不能过小也不能过大,应选取最优砂率,即在水泥用量和水胶比不变的条件下,拌和物的黏聚性、保水性符合要求,同时流动性最大的砂率。同理,在水胶比和坍落度不变的条件下,水泥用量最小的砂率也是最优砂率。为了节约水泥,在工程中常采用最优砂率。
图10-5 砂率与坍落度及胶凝材料用量的关系曲线
W—拌和水用量,kg;B—胶凝材料用量,kg;—水胶比
4.原材料品种及性质
水泥的品种、颗粒细度,集料的颗粒形状、表面特征、级配、外加剂等对混凝土拌和物和易性都有影响。采用矿渣水泥拌制的混凝土流动性比普通水泥拌制的混凝土流动性小,且保水性差;水泥颗粒越细,混凝土流动性越小,但黏聚性及保水性较好。卵石拌制的混凝土拌和物比碎石拌制的流动性好;河砂拌制的混凝土流动性好;级配好的集料,混凝土拌和物的流动性也好。加入减水剂和引气剂可明显提高拌和物的流动性;引气剂能有效地改善拌和物的保水性和黏聚性。
5.时间和温度
拌和后的混凝土拌和物,随时间的延长和水分的减少而逐渐变得干稠,流动性减小。其原因是一部分水已与水泥水化,一部分水被骨料吸收,一部分水蒸发,以及混凝土凝聚结构的逐渐形成,致使混凝土拌和物的流动性变差。
6.施工方面
混凝土拌制后,随时间的延长和水分的减少而逐渐变得干稠,流动性减小。施工中环境的温度、湿度变化,搅拌时间及运输距离的长短,称料设备、搅拌设备及振捣设备的性能等都会对混凝土和易性产生影响。因此,施工中为保证一定的和易性,必须注意环境温度的变化,采用相应的措施。
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