混凝土混合料优势与工作性调整及控制

混凝土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，称为混凝土混合料（concrete mixture），也称为混凝土拌和物。英、美等西方国家多采用“新拌混凝土”（fresh concrete）这一概念。从结构的角度，混凝土混合料可看作由不同大小的固体颗粒与水共同形成的分散体系，固体颗粒之间保持一定距离。随着水化过程的进行，固、液、气三相比例发生改变，固体颗粒的间距减小，彼此之间逐渐形成牢固结合，最终得到坚固的硬化混凝土结构。硬化后的混凝土结构与性能不仅取决于混凝土混合料自身，还与搅拌、浇筑、成型、密实、养护等一系列施工过程有着密切联系。为考察、评价混凝土混合料在一定施工条件下形成均匀密实结构体的能力，目前较为普遍地使用工作性（workability）来描述混凝土混合料的相关性能。

（一）工作性

1.定义

混凝土的工作性，也称为和易性，是指混凝土混合料易于各工序施工操作（搅拌、运输、浇筑、捣实、成型），并获得质量均匀、结构密实的混凝土的性能。作为一项综合技术性质，工作性主要包括流动性、黏聚性和保水性三方面的含义。

（1）流动性

混凝土混合料的流动性是指混合料在自重或机械振捣作用下，能流动并均匀密实地填满模板的性能。它主要反映混凝土混合料的稠度，关系施工振捣的难易和浇筑的质量。

混凝土材料的性能优势之一是容易浇筑到模板中并可获得任何形状的构件，这一特性的实现主要通过混合料的流动性来完成。不同类型的混凝土在流动性方面存在显著差异，但均与相应的搅拌、运输、浇筑、捣实等施工操作工艺相适应，目标是获得结构密实、耐久性好的混凝土结构。

（2）黏聚性

黏聚性是指混合料各组成材料之间具有一定的凝聚力，在运输和浇筑过程中不致发生分层离析现象，使混凝土保持整体均匀的性能。

对于混凝土而言，不同大小的固体颗粒与水所形成的分散体系在各施工操作以及凝结硬化过程中始终保持均匀分布的状态，对硬化后混凝土的密实性、强度、耐久性等性能均具有十分重要的意义。

（3）保水性

保水性是指混凝土混合料具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重泌水现象。

保水性差的混凝土混合料易在混凝土内部形成泌水通道，降低混凝土的密实度和抗渗性，使硬化混凝土的强度和耐久性受到影响。

应当指出，上述三种性能在某种程度上是相互矛盾的。通常情况下，黏聚性好则混凝土混合料在保水性方面表现较好，但如混凝土混合料的流动性增大，则其保水性和黏聚性往往变差。工作性良好的混凝土是指具有满足施工要求的流动性，又具有良好的黏聚性和保水性。因此，不能简单地将流动性大的混凝土称为工作性好，或者流动性小称为工作性变差。混凝土技术人员应根据具体的施工要求，采取各种工艺手段对混合料的工作性加以调整和控制。良好的工作性既是施工的要求，也是获得均匀密实混凝土的基本保证。

除了上述三方面含义，有些研究者或施工技术人员根据具体的施工工序和操作条件，提出易密实性、易浇筑性、抹面性、泵送性等用于测量、评价混凝土混合料的工作性，但仍可看作混合料流动性、黏聚性和保水性在相应工况下的不同表现形式。

2.离析与泌水

在施工操作过程中，由于混合料自身原因，或者在施工条件、环境状况等因素作用下，混凝土混合料的工作性可能出现劣化，最为典型和普遍的就是离析与泌水现象的发生。混凝土混合料是由砂、石、水泥和水等密度、形态各不相同的物质混合在一起构成的，在运输、浇筑过程中难以维持其均匀性，各种材料发生分离，即发生混合料的离析或泌水，结果可导致混凝土的结构均匀性变差，硬化后混凝土的强度和耐久性也被明显削弱。探讨离析和泌水现象的产生原因，对找出防止混凝土混合料出现离析和泌水的有效措施是十分必要的。

（1）离析

混凝土混合料各组分分离，造成不均匀和失去连续性的现象，称为离析。混凝土混合料的离析通常有两种方式：一种是粗骨料从混合料中分离，因为它们比细骨料更易于沿斜面下滑或在水泥浆内下沉；另一种是稀水泥浆从混合料中淌出，这主要发生在流动性大的混凝土混合料中。

①离析现象产生的原因

产生离析的主要原因有混凝土混合料各组分的密度不同、粗骨料与砂浆的流动特性不同、粗骨料大小不一等。

静止状态下，粗骨料由于与水泥砂浆在密度上的差异，会产生沉降或上浮（轻骨料）运动，降低混凝土混合料的均匀性和连续性。密度差越大，离析越严重。

在运输和装卸过程中，混凝土混合料所发生的离析现象则主要与粗骨料和砂浆在流动特性上的差异有关。当非干硬性混凝土混合料沿斜槽向下运动时，质量较大的颗粒移动速度快，混合料表面物料比底部物料的流动速度快，由此可导致离析现象的发生；同样情况下，干硬性混凝土的运动状态却是沿槽面的整体滑移，固体颗粒间的运动速度和相对位移不同，停止的位置也有所差异，引起混合料的离析。对于泵送混凝土而言，沿输送管道内壁存在的摩擦阻力导致沿输送方向存在一个压力梯度、沿管径方向存在一个速度梯度，结果导致流动性良好的砂浆优先行进，而粗骨料则明显滞后，由此导致的离析现象在严重情况下可堵塞泵送管道。

混凝土混合料在过度振捣（如振捣时间过长）时，由于颗粒沉降（如使用轻骨料则上浮）速度不同，从而导致离析现象的发生。

当混凝土混合料中粗骨料尺寸与钢筋间距相当甚至更大时，在配筋部位仅允许砂浆通过而粗骨料被阻留，由此产生的空洞将严重影响混凝土的密实度并使混凝土的强度和钢筋握裹力显著下降。

水泥浆从混合料中分离的现象大多出现在混凝土混合料水灰比过大的情况下，可导致混凝土粗骨料外露或混凝土表面浮浆、粉化等现象，不仅影响混凝土构件的外观，而且所产生的微裂缝等结构缺陷也将影响混凝土的物理力学性能。

②防止离析的主要措施

产生离析现象的原因很多，相应的防止措施也是多种多样，但最基本的要求是水泥浆或砂浆应具有良好的黏度，与粗骨料间黏结力大。减小单位用水量，降低水灰比和坍落度，适当掺加引气剂、粉煤灰等，可使混凝土的抗离析能力提高。

混凝土混合料的离析是难以完全避免的，但可以采取适当措施减轻离析现象的发生及其危害性，如：

a.混凝土配合比设计中，水灰比不宜过大，砂率不宜过小，水泥用量不应过少，并尽量采用干硬性混凝土。

b.使用级配好的骨料，特别是要保证细骨料中微粒成分的适当含量。粗骨料的最大粒径适当，且与钢筋最小间距比例适当；大粒径粗骨料的相对含量不宜过高。

c.为防止漏浆，应使用能充分承受捣固作业、抗变形的坚固模板。

d.不要使用已产生离析的混凝土，如发生离析，应重新搅拌充分后使用。

e.浇筑过程中应尽量避免长距离的自由下落以及沿斜面或平面滑移，特别是水平方向的加速运动。

f.振捣器类型与混凝土混合料的工作性应匹配，过长时间的振捣也可能导致离析现象的发生。

（2）泌水

浇筑入模的混凝土在凝固前，因固体颗粒下沉、水位上升在混凝土表面析出水的现象，称为泌水。表面水分的形成与蒸发将导致硬化后混凝土的体积比刚浇筑成型的混凝土体积小，即所谓的沉降收缩现象。当水分蒸发速度大于泌水速度时，水面会收缩于固体颗粒层的表面或深入颗粒层内部，形成凹液面，由此产生的毛细管压力可使固体颗粒形成凝聚，如混凝土尚未充分硬化，在拉应力作用下就会产生裂缝，称为塑性收缩裂缝。

①泌水的危害

施工期间，为防止混凝土表面干燥，便于表面整修作业并阻止塑性开裂的发生，适量的未受扰动的泌水现象还是有益的。但如果泌水量过大，则会导致如下后果：

a.泌水使位于上层部位的混凝土混合料含水量上升，水灰比加大，导致硬化后混凝土面层的强度低、耐磨性差，影响混凝土的均匀性和使用效果。随着泌水过程的发生，部分水泥颗粒上升并堆积在混凝土表面，称为浮浆，最终形成疏松层。对于分层浇筑的混凝土工程，疏松层的存在将大大降低水平施工缝处两层混凝土间的黏结强度，削弱构件的整体性，影响工程质量。

b.泌水停留在粗骨料下方可形成水囊，在混凝土硬化后会形成孔隙，将严重削弱粗骨料与水泥石之间的黏结强度，致使混凝土构件强度和耐久性下降。

c.泌水停留在钢筋下方所形成的薄弱间层，可明显降低钢筋与混凝土之间的界面结合程度和握裹力，导致混凝土护筋能力降低，力学性能下降，还可导致先长法预应力混凝土构件的自应力损失。

d.泌水上升所形成的连通孔道，在水分蒸发后变为混凝土结构内部的连通孔隙，可成为外界水分和侵蚀性物质的出入通道，严重时，将削弱混凝土的抗渗性和耐侵蚀能力。

②减少泌水的措施

a.提高水泥细度，相应增大水泥的比表面积和需水量，可有效减少泌水现象的发生。

b.提高水泥凝结硬化速度，有助于减少泌水现象。

c.掺入粉煤灰、火山灰等磨细掺料，可提高混凝土的保水性从而减少泌水。

d.用减水剂、引气剂等外加剂减少混凝土的单位用水量。

3.流动性经时损失及影响因素

混凝土混合料流动性的经时损失也称坍落度经时损失，是指混凝土混合料的坍落度值随拌和后时间的延长而逐渐减小的性质。对于普通混凝土来说，流动性经时损失是一种正常现象，其根本原因是混凝土中的拌和水由于水泥水化而逐渐消耗，部分水分还会蒸发到空气中，时间越长，混合料的流动性越小，最终混凝土失去塑性，获得强度。因此，流动性经时损失是反映混凝土混合料在一定时间延长的条件下能否保持所需工作性的性质。

随着商品混凝土的普及应用，搅拌形成的混凝土混合料不能立即浇筑，而是需要从搅拌站运输至工地，一般要经过1～2 h的运输时间。特别是在水灰比较低（如掺入高效减水剂）的情况下，外加剂的作用随时间的延续而迅速降低，显著加剧了混合料流动性的经时损失现象，可能导致坍落度保持时间无法满足施工各工序的要求，造成混凝土施工困难。

实际上，可以认为流动性经时损失是混合料凝结时间特性在流动性质上的具体表现，即二者之间存在明显的因果关系，所涉及的影响因素及作用机理基本相同，如水泥成分与细度、水灰比、矿物掺和料、减水剂种类与掺入方式、环境温度、湿度、搅拌工艺等。

（1）水泥种类与细度

水泥性能对混合料坍落度经时损失的影响首先表现在对水泥凝结时间的影响，对于以硅酸盐水泥熟料为主要成分的水泥来说，C3A、C3S的含量越高，细度越大，则水泥的水化速率越快，相应流变参数τ0和λ随时间的提高速率越大，导致混合料的坍落度损失增大。

此外，水泥水化产物可吸附液相中的减水剂，导致液相中减水剂浓度降低，影响减水剂的使用效果，如对絮凝结构的分散作用，结果导致坍落度减小。试验表明，不同的水泥熟料矿物对减水剂的吸附作用强弱也有差异，其中以C3A和C4AF对减水剂的吸附量最大，特别是在石膏用量较大的情况下，也由此产生了水泥与减水剂的相容性问题。

（2）水灰比

随着水灰比的提高，尽管水泥水化速率有所提高，但由于水化产物的相对浓度较低，形成絮凝结构的难度较大或结构较为松散，因此混合料的坍落度大，且随时间延长的降低速度较慢。

（3）矿物掺和料

磨细矿物掺和料的使用降低了水泥的相对用量，降低了水泥水化速率，因此有助于减小混凝土混合料的坍落度经时损失，但也应注意磨细掺和料与外加剂的相容性问题。

（4）外加剂种类及掺入方式

①减水剂

一般情况下，掺入减水剂的混凝土混合料的坍落度经时损失增大，在使用高效减水剂的情况下则效果更加明显，一般经30～60 min就失去了流动性。

具体原因包括如下几个方面：

a.减水剂的使用提高了水泥粒子的分散度，水泥早期水化速度加快，水泥浆和混合料的稠度随之增大，导致坍落度加快降低。

b.引气型减水剂所产生的气泡在搅拌、运输过程中不断溢出或合并，丧失了原有的润滑作用，导致坍落度降低。

c.水泥熟料矿物对减水剂的吸附作用导致液相中减水剂浓度降低，对水泥起分散作用的减水剂用量不足，也可造成坍落度减小。

采用后掺法、多次掺入法或在浇筑前掺入减水剂的方法，可减少坍落度经时损失对混凝土工作性的影响。但由于施工条件、材料来源、施工成本等因素的影响，上述措施在实际施工中难以采用。

②引气剂

引气剂在混合料中引入的细小气泡起到分散和润滑作用，可显著改善混凝土的工作性。但在混合料搅拌、运输过程中，混凝土含气量减小，“滚珠”效应降低，导致坍落度损失增大。

③缓凝剂与保塑剂

现代商品混凝土配合比设计中经常采用缓凝剂和保塑剂、减水剂复配，目的是改善混凝土的工作性和减小坍落度经时损失，其机理是降低水泥的水化速率。

（5）搅拌、运输方式

与人工搅拌、静态运输相比，采用机械搅拌、边搅拌边运输的方式有助于减少混凝土混合料的坍落度损失。

4.影响工作性的因素

（1）组成材料

①水泥品种及细度

不同品种水泥对混凝土混合料流动性的影响主要表现在水泥的需水性上，即达到相同流动性所需的单位用水量。水泥需水量越大，相应混合料的流动性就越小。对于硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，熟料中C3A含量越高，水泥需水量越大，在相同水灰比情况下，水泥浆的塑性黏度和极限剪应力也将有所提高，进而显著影响混凝土混合料的流动性。这种影响趋势在水化数小时后表现得更加明显。此外，硅酸盐水泥熟料矿物中C3A含量越多，则其早期水化作用越剧烈，所形成的胶体粒子数量越多，水泥浆体中固体组分的表面积增加，所形成凝聚结构的接触点增多，能大大增加吸附水的量，因此，水泥的保水能力有所提高，有利于改善混凝土混合料的泌水性。同理，相同品种水泥的细度越大，则需水量越大，同样水灰比条件下的流动性越差，但黏聚性和保水性相对较好。

火山灰水泥标准稠度用水量与矿物混合料结构及性质有关，通常情况下所配制的混凝土流动性比普通水泥小，特别是采用硅藻土、硅藻石等作混合材料时，但混合料的黏聚性和保水性较好。在流动性相同的情况下，矿渣水泥的保水性和黏聚性均较差。粉煤灰水泥拌制的混凝土流动性最好，保水性和黏聚性也比较好。

②骨料的品种和粗细程度

粗骨料的颗粒较大、粒形较圆、表面光滑、级配较好时，混凝土混合料的流动性相对较大。卵石表面光滑，碎石粗糙且多棱角，因此卵石配制的混凝土流动性较好，但黏聚性和保水性则相对较差。河砂与山砂的差异与上述情况相似。

级配良好的砂石骨料总表面积和孔隙率小，包裹骨料表面和填充孔隙所需的水泥浆用量少，对混合料的流动性有利。对级配符合要求的砂石料来说，粗骨料粒径越大，砂子的细度模数越大，则流动性越大，但黏聚性和保水性有所下降，特别是砂的粗细，在砂率不变的情况下，影响更加显著。使用人工砂时，由于存在大量的棱角，流动性较差。

（2）配合比

①单位用水量

单位用水量是混凝土流动性的决定因素。用水量增大，流动性随之增大。但用水量过高会导致保水性和黏聚性变差，产生泌水或分层离析现象，从而影响混凝土的匀质性、强度和耐久性。

从数学分析上，可将混凝土混合料看作由不同大小的固体颗粒与液相所构成的二相混合体系，将固体粒子和液相的体积作为独立的变量，固体粒子的数量与大小的影响作为参数考虑。假设混凝土混合料的流动性为y，固体粒子和液相的体积分别为Vso和Vw，则流动性的变化量dy与固液体积比的增量d（Vso/Vw）成正比，即

式中　k——常数，取决于固体粒子的性质。

对式（2.10）积分，可得

y=Y0e-k(Vso/Vw)　(2.11)

式中　Y0——常数，由流动性试验方法而定，可看作水的流动性。

对于单位体积混合料，Vso+Vw=1，则式（2.11）可写为

y=Y0e-k[(1-Vw)/Vw]　(2.12)

或

根据式（2.13），lny与1/Vw呈线性关系，即混合料流动性随液相体积的增加而增大，与试验事实基本相符。实际应用过程中，考虑到混凝土混合料的常用加水量和流动性范围，通常认为流动性的变化率和单位用水量的变化率呈正比，即

积分可得

式中　n——试验方法常数，与混凝土成分无关。如以坍落度值表示混合料流动性，n=10十分符合试验值；对混凝土流动性试验，则n=5与试验值符合较好。

C——常数。

在混凝土混合料较为干硬的情况下，少量加水对流动性的影响很小；流动性较大时，即使少量加水也可导致坍落度的大幅增加。这一实践情况与上述幂函数高次抛物线可相互验证。对于混合料常用加水量范围来说，大量的试验研究证明，在原材料品质一定的条件下，单位用水量一旦选定，单位水泥用量增减50～100 kg/m3，混凝土的流动性基本保持不变，这一规律称为固定用水量定则。这一定则对普通混凝土的配合比设计带来极大便利，可以通过固定用水量保证混凝土坍落度的同时，调整水泥用量，即调整水灰比，来满足强度和耐久性要求。在进行混凝土配合比设计时，单位用水量可根据施工要求的坍落度和粗骨料的种类、规格，根据《普通混凝土配合比设计规程》选用，再通过试配调整，最终确定单位用水量。(www.xing528.com)

②水灰比和集灰比

变换式（2.11）的量，假定固体总体积Vso是骨料的绝对体积Vag与水泥的绝对体积Vc之和，则

y=Y0e-k(Vag+Vc)/Vw　(2.16)

或

式（2.17）表明，混凝土混合料的流动性与集灰比和水灰比之间存在一定关系：水灰比不变的情况下，减小集灰比，则流动性y增大；集灰比不变的情况下，减小水灰比，则流动性y降低。如固定流动性y不变，则任何集灰比Vag/Vc的变化都会引起水灰比W/C的相应改变。

从水泥浆体和混凝土混合料结构组成的角度，水灰比大小首先决定了水泥浆的稠度，在水泥用量不变的情况下，水灰比增大可使水泥浆和混合料流动性增大。但水灰比过大会严重降低混凝土的保水性和黏聚性，产生流浆、离析等现象；水灰比也不宜太小，否则水泥浆过稠，会导致混凝土混合料流动性过低，进而影响混凝土的振捣密实，产生麻面和空洞等缺陷。合理的水灰比是混凝土混合料流动性、保水性和黏聚性的良好保证，一般应根据混凝土强度和耐久性要求合理选用。

在工程实践上，对集灰比的考察和控制通常采用“浆骨比”这一指标。浆骨比是指水泥浆与砂石骨料的质量比。流动性良好的混凝土混合料，水泥浆量应足以包裹粗细骨料表面并填充骨料颗粒间的孔隙。由于水泥浆的润滑作用，骨料间摩擦阻力减小，相对运动更易进行，因此水泥浆用量对混凝土混合料的流动性好坏起决定性作用。

在水灰比一定的前提下，浆骨比越大，即水泥浆量越大，混凝土混合料的流动性越好。通过调整浆骨比，既可以满足流动性要求，又能保证良好的黏聚性和保水性。浆骨比不宜太大，否则易产生流浆现象，使混合料黏聚性下降，同时对混凝土的强度和耐久性也会产生一定影响，且水泥用量增加，提高了生产成本；浆骨比也不宜太小，否则水泥浆不能填满骨料孔隙甚至无法完全包裹骨料表面，骨料间缺少黏结体，混合料黏聚性变差，将发生崩塌现象。因此，合理的浆骨比是混凝土混合料工作性的良好保证。

③砂率

砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。砂率的变动会使骨料的孔隙率和总表面积有显著改变，从而对混凝土混合料的工作性产生显著影响。

混凝土混合料中砂与水泥浆组成的砂浆在粗骨料间起到润滑和“滚珠”作用，可减小粗骨料间的机械摩擦，因此在水泥用量和水灰比一定的条件下，砂率在一定范围内增大，有助于提高混凝土混合料的流动性。砂率增大，黏聚性和保水性增加，如砂率过大，骨料的总表面积和孔隙率都会增大，在水泥浆含量不变的情况下，水泥浆的相对量变小，骨料表面包裹的水泥浆量减薄，减弱了水泥浆的润滑作用，结果导致混凝土混合料的流动性变小，黏聚性也有所下降。若砂率减小，则混凝土的黏聚性和保水性均下降，易产生泌水、离析和流浆现象。

合理砂率是指砂子填满石子孔隙并有一定的富余量，能在石子间形成一定厚度的砂浆层，以减少粗骨料间的摩擦阻力，使混凝土混合料的流动性（坍落度）达到最大值，或者在保持流动性不变及良好的黏聚性与保水性的情况下，使水泥浆用量达到最小值。

合理砂率的确定可根据上述两种原则通过试验确定。影响合理砂率大小的因素很多，具体可概括为：石子最大粒径较大、级配良好、表面较光滑时，由于粗骨料的表面积和孔隙率较小，可采用较小的砂率；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，可采用较小的砂率；当掺用引气剂或减水剂等外加剂时，可适当减小砂率；一般情况下，在保证混合料不离析、能很好浇灌捣实的前提下，应尽量选用较小的砂率以节约水泥。

对普通混凝土工程可根据经验或《普通混凝土配合比设计规程》参照表2.40选用砂率。

表2.40　混凝土砂率选用表

（3）外加剂

改善混凝土工作性的外加剂主要有减水剂和引气剂，它们能使混凝土在不增加用水量的条件下增加流动性，并具有良好的黏聚性和保水性。

①减水剂

混凝土混合料中掺用适量减水剂，可起到促进水泥颗粒有效分散、增加水泥颗粒水化面积、减小水泥颗粒间摩擦等作用，因此在单位用水量和水灰比不变的情况下，可显著提高混凝土混合料的流动能力，改善混凝土的工作性。例如在水灰比不变的情况下，木质素磺酸盐减水剂可使混合料的坍落度增加6～8 cm，使混合料流动性的提高幅度增大。

此外，由于减水剂可提高水泥-水体系的稳定性，减缓水泥颗粒的沉降速度，因此可减少泌水现象的发生。同时，减水剂可提高水泥的分散度，增大表面润湿水的含量，也有利于泌水量的减少。

减水剂对混凝土工作性的改善作用取决于诸多因素，如外加剂掺量与工艺、水泥品种与用量、骨料种类、环境温湿度等。需要注意的是，多数减水剂在改善混凝土工作性的同时，可能会使混凝土凝结时间延长，坍落度经时损失增大，含气量增加，故在使用时应予以重视。高效减水剂具有更高的减水率，但含气量并不增大，因此更有利于混凝土工作性的改善，但坍落度经时损失现象更加显著。

②引气剂

少量引气剂可在混凝土混合料中引入大量的微小气泡，对水泥与骨料颗粒具有浮托隔离及“滚珠”润滑作用，可起到分散、润滑的双重效果，使混凝土混合料的工作性得到显著改善，特别是在骨料粒形不佳的碎石或人工砂混凝土中使用效果更为显著。此外，引气剂可改善混合料中骨料与水泥浆的黏聚性，提高混合料的均质状态，延长拌和用水的停留时间，减小混合料的泌水性。

（4）掺和料

①粉煤灰

一般而言，掺入适当比例的粉煤灰可显著改善混凝土混合料的工作性，其原因主要是粉煤灰的形态效应。

形态效应是指粉煤灰颗粒形貌、粗细、表面粗糙度、级配、内外结构等几何特征以及色度、密度等特征在混凝土中产生的效应。粉煤灰中富含铝硅玻璃体微珠，表面光滑，颗粒细小，因此有助于解散水泥颗粒的絮凝结构，促进颗粒扩散，同时可使混凝土混合料黏度降低，减小颗粒之间的摩擦。此外，粉煤灰主要成分的密度除少量富铁微珠外均小于水泥颗粒，即使等量取代水泥，也能使混凝土中浆体的体积增大，因此可显著增加润滑作用，改善混凝土的工作性。因此，低碳细灰粉煤灰也称矿物型减水剂，具有类似于普通化学减水剂的减水效果，而且扩散和减水作用相对更稳定。形态效应还能改善混凝土混合料的均匀性和稳定性，有利于改善硬化混凝土初始结构。

需要注意的是，如果粉煤灰中形态不良、疏松多孔的颗粒含量过多，则会明显削弱粉煤灰的形态效应，甚至会因需水量上升等原因导致混凝土质量的劣化。

②磨细矿渣

混凝土中掺入适量的矿渣粉（一般控制在20%～50%），可显著提高混合料的黏聚性和保水性，减少离析、泌水现象，但对流动性的改善作用不明显。如将矿渣磨细至比表面积350 m2/kg以上，混凝土还可获得优异的早期强度和耐久性。

③硅灰、沸石粉

此类矿物掺和料具有极高的外比表面积（硅灰）或内比表面积（沸石），因此会导致所生产混凝土混合料的需水量显著提高，低掺量时能减少混凝土离析、泌水，增大黏聚性，但掺量过高则会导致混凝土混合料变得干硬而无法进行正常施工操作。

（5）时间和气候

搅拌完的混凝土混合料，随着时间的延长而逐渐变得干稠，工作性变差。其原因是一部分水供水泥水化、一部分被骨料吸收、一部分水蒸发以及凝聚结构的逐渐形成，致使混凝土混合料中可自由流动的水量减少，稠度增大。

气温高、湿度小、风速大将加速流动性的损失，原因是相应条件下，水分蒸发及水化反应加快，坍落度损失也变快。因此，施工中为保证一定的工作性，必须注意环境温度的变化，采取相应的措施。

5.工作性的调整

（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。但水泥浆用量过多，将会提高混凝土成本，且增大混凝土的收缩和水化热等，混凝土的黏聚性和保水性也可能下降。

（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，实际上相当于减少水泥浆用量。

（3）改善骨料级配，既可增加混凝土流动性，也能改善黏聚性和保水性。但骨料占混凝土用量的75%左右，实际操作难度往往较大。

（4）掺减水剂或引气剂是改善混凝土和易性的最有效措施。

（5）尽可能选用最优砂率，当黏聚性不足时，可适当增大砂率。

（二）凝结时间

与水泥类似，混凝土的凝结时间也分为初凝和终凝。初凝时间不宜过早，以便有足够时间完成混凝土的搅拌、运输、浇筑、振捣、成型等施工作业；终凝时间不得过迟，以便尽快进入下一个施工工序，并可尽快拆掉模板，提高模板周转率。

混凝土产生凝结的根本原因是水泥的水化反应，但水泥的凝结时间与相应配制出的混凝土混合料的凝结时间并不一定完全一致。造成这种现象的主要原因是水泥水化硬化的环境不同，特别是用水量不同。水泥的初凝、终凝时间是按标准稠度用水量配制水泥净浆并使其在湿气养护条件下进行水化反应的试验结果，但该水泥用于配制混凝土混合料时所使用的水灰比则可能有所不同，在相应空间内填充并形成凝聚结构所需的水化产物数量也随之发生变化，因此所表现出的凝结硬化时间也发生改变。此外，骨料的掺入以及外加剂的应用也对混凝土的凝结时间有一定影响。

根据国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》的规定，混凝土混合料凝结时间可采用贯入阻力仪进行测定，适用于确定坍落度值不为零的混凝土混合料的凝结时间。测试过程中环境温度应始终保持（20±2）℃或与施工现场条件相同。

贯入阻力仪为手动、自动均可，由加荷装置、测针、砂浆试样筒和标准筛组成。加荷装置，最大测量值应不小于1 000 N，精度±10 N；测针，长100 mm，承压面积有100 mm2，50 mm2和20 mm2三种；砂浆试样筒，上口径160 mm、下口径150 mm、净身高150 mm的刚性不透水的金属圆筒，并配有盖子；标准筛，筛孔为5 mm的金属圆孔筛。

用5 mm标准筛筛分待测混凝土试样，将得到的砂浆拌和均匀后，依次装入三个试样筒中。取样混凝土坍落度不大于70 mm，宜用振动台振实砂浆；取样混凝土坍落度大于70 mm，则用捣棒人工捣实。振实或插捣后应立即加盖，砂浆表面应低于试样筒口约10 mm。

凝结时间测定从水泥与水接触瞬间开始计时，根据混合料的性能，确定测针试验时间，以后每隔0.5 h测试一次，临近初凝、终凝时可增加测定次数。每次测试前应吸去表面泌水。测试时将砂浆试样筒置于贯入阻力仪，测针端部与砂浆表面接触，在（10±2）s内均匀地使测针贯入砂浆（25±2）mm深度，记录贯入压力和测试时间。

贯入阻力测试在0.2～28 MPa之间应至少进行6次，直至贯入阻力大于28 MPa为止。各测试点的间距应大于测针直径的2倍且不小于15 mm，测点与试样筒壁的距离应不小于25 mm。在测试过程中应根据砂浆凝结状况，适时更换测针，测针选用规定见表2.41。

表2.41　测针选用规定

贯入阻力的计算公式为

式中　fPR——贯入阻力仪，MPa；

P——贯入压力，N；

A——测针面积，mm2。

计算贯入阻力fPR和时间t的自然对数，以ln fPR为自变量，ln t为因变量，进行线性回归，得到回归方程式：

ln t=A+Bln fPR　(2.19)

式中　A，B——线性回归方程系数。

根据式（2.9）求得贯入阻力为3.5 MPa时为初凝时间ts，贯入阻力为28 MPa时为终凝时间te。

凝结时间也可用绘图拟和方法确定，即以贯入压力为纵坐标，经过时间为横坐标，绘制贯入阻力与时间之间的关系曲线，以曲线上3.5 MPa和28 MPa所对应的时间分别作为混凝土混合料的初凝时间和终凝时间，用h：min表示，并修约至5 min。

（三）含气量

1.混合料中的气体

混合料中的空气可作为气泡存在于水泥浆中，或溶解于拌和水中，或存在于水泥和骨料颗粒的孔隙中。

在不使用引气剂的情况下，普通混凝土混合料往往由于浆体本身太薄而无法持有空气，但一定量的空气可被骨料截留。对于塑性混凝土混合料，这些空气主要以气泡形式存在，即使捣固良好的塑性混凝土混合料，其截留空气量通常为基体体积的5%甚至更多。

通过适度的搅拌或揉捏工艺，即使不使用引气剂，也可在混凝土混合料中引入气泡。搅拌过程中，表面混合料旋转进入内部并携入一定量的空气，但气泡的存在方式多呈离散、不连续的状态。材料如因太稠或黏度太大而不能搅拌，则可通过揉捏过程引入空气。

通过剧烈的机械运动所引入的气泡很容易合并以降低系统自由能，加入适量引气剂则可有效避免这种现象的发生。如果使用引气剂或加气剂，则混合料中含气量可达基体体积的20%以上，且气孔呈球状，尺寸小（100～1 000μm），形状规则，结构稳定。这些气泡拉大了固体颗粒之间的距离，同时还可增加浆体的黏度和屈服应力，因此可显著提高混凝土的工作性，如增大流动性，减少离析、泌水等，但大量气泡的引入也会导致混凝土密实度降低，进而影响混凝土的力学性能特别是强度和弹性模量。

不掺引气剂的情况下，混凝土混合料的含气量随单位用水量的增大而降低，原因可能是气泡更易于上浮。但是，掺入适当引气剂时情况则恰好相反，即坍落度越大，流动水越多，则含气量越高。

2.含气量的测定

试验所用含气量测试仪由容器及盖体两部分组成。容器应由硬质、耐腐蚀的金属制成，内表面光滑，内径与深度相等，容积为7 L。盖体所用材料与容器相同，由气室、水找平室、加水阀、排水阀、操作阀、进气阀、排气阀及压力表等部分构成。压力表量程0～0.25 MPa，精度0.01 MPa。容器与盖体之间密封性良好，连接处不得有空气存留。

在容器中先注入1/3高度的水，将预先筛分、称重、拌匀的粗细骨料慢慢倒入。水面每升高25 mm左右，轻轻插捣10次，并轻轻搅动以排除夹杂的空气。加料过程中始终保持水面高出骨料的顶面。骨料全部加入后，浸泡数分钟，再用橡皮锤轻敲容器外壁，使气泡排净后，加水至满。装好密封阀，加盖拧紧螺栓后关闭操作阀和加气阀，通过加水阀向容器内注入水，当排水阀流出的水流不含气泡时，在注水状态下，同时关闭加水阀和排水阀。

开启进气阀，用气泵向气室内注入空气并用排气阀调整，使气室压力稳定为0.1 MPa，然后关紧排气阀。开启操作阀，使气室内的压缩空气进入容器，待压力表显示值稳定后记录示值Pg（MPa），然后开启排气阀，压力表显示值应回零。

用湿布擦净容器和盖体的内表面，装入混凝土试样。捣实可采用手工或机械方法，坍落度不大于70 mm的混凝土可采用振动台或插入式振捣器等振实砂浆，但应避免过度振捣；坍落度大于70 mm的混凝土宜用手工插捣。捣实完毕后立即用刮尺刮平，表面如有凹陷应予填平抹光，然后在正对操作阀孔的混凝土混合料表面贴一小片塑料薄膜。擦净容器上口边缘，装好密封垫圈、盖体并拧紧螺栓。依照前述步骤依次注水、注气、测量、记录压力表显示值稳定后的压力值P0（MPa），然后开启排气阀，压力表显示值应回零。

参考含气量测定仪含气量-压力值的标准曲线，根据试验测定值Pg和P0，可以分别得到骨料含气量和试样的含气量，则混凝土混合料的含气量可按式（2.20）计算（精确至0.1%）：

A=A0-Ag　(2.20)

式中　A——混凝土混合料含气量；

A0——两次含气量测定的平均值；

Ag——骨料含气量。

该方法适用于骨料最大粒径不大于40 mm的混凝土混合料含气量测定。

3.影响含气量的因素

通常情况下，不掺用引气剂的混凝土混合料其含气量为1%～2%，主要是由混合料在搅拌过程中的剪切移动所挟裹进入的，气孔大小不均，形状也不规则。通过引气剂的掺用，可在混合料中引入3%～5%的细小、封闭气孔，提高混凝土的抗冻性，同时还有利于改善混凝土混合料的工作性。在此情况下，水泥、粉煤灰、砂石料、减水剂、水灰比、搅拌工艺、环境温度等因素对引气量的影响不能忽视。

（1）水泥

通常而言，在引气剂掺量相同的情况下，硅酸盐水泥的引气量依次大于普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥。对于同品种水泥，提高水泥的细度或含碱量，增加水泥用量，都可导致引气量的减小。水泥用量每增加50 kg/m3，混凝土的含气量减少1%。

（2）骨料

总体而言，含气量一般随骨料最大粒径的增大和砂率的减小而降低。此外，骨料的颗粒形状、级配、细颗粒含量、碳质含量等对混凝土拌和物的含气量也有一定影响。

卵石混凝土的引气量一般比碎石混凝土大。天然砂的引气量大于人造砂，且粒径为0.15～0.6 mm的细颗粒越多，引气量越大。

（3）矿物掺和料

掺粉煤灰或矿渣细粉、沸石粉等磨细掺和料时，往往引气量很小，原因是掺和料中含有的多孔碳质颗粒或沸石结构对气体有显著的吸附作用。

（4）水灰比

水灰比太小，则拌和物过于黏稠，不利于气泡的产生；水灰比过大，则气泡易于合并长大，并上浮逸出。因此混凝土的水灰比（单位用水量）不宜过大或过小，可通过混合料的坍落度加以控制。

（5）搅拌和密实工艺

机械搅拌比人工搅拌引气量大，且随着搅拌速度的提高，或搅拌时间的延长，含气量明显提高，但搅拌速度过快，时间过长，反而会因气泡逸出导致含气量的降低。

机械振捣特别是高频振捣也会引起气泡的逸出，从而导致含气量的减小，特别是在混合料经过较长时间运输或静停的情况下。一般机械振捣时间不超过20 s。

（6）环境温度

温度对引气量的影响很大，温度越高，含气量越小。一般认为，环境温度每升高10℃，混凝土的含气量可减少20%～30%，其原因可能是气泡体积增大及砂浆稠度降低，导致气泡逸出。

（7）外加剂

引气剂的使用是增加混凝土混合料含气量的最有效手段，掺量越高，含气量越大，但掺量过多会导致混凝土的强度明显降低。一般控制混凝土的含气量为3%～6%。

某些减水剂与引气剂复合使用，会降低混凝土的含气量，因此外加剂复配应经过试验确定。