混凝土拌合物易性分析

1.和易性的概念

将混凝土拌合物易于搅拌、运输、浇筑及振捣,并能获得成型密实、质量均匀混凝土的性能,称为混凝土拌合物的和易性。混凝土拌合物的和易性是一项综合技术性质,它包括流动性、黏聚性及保水性三个方面,彼此既有联系,又相互矛盾。

(1)流动性:混凝土拌合物在质量或外力作用下(机械振捣),能产生流动,并均匀密实地填满模板的性能。流动性的大小反映了混凝土拌合物的稀稠,直接影响混凝土拌合物浇捣施工的难易程度和施工质量。流动性大小以坍落度或维勃稠度表示,坍落度越大或维勃稠度越小,表明混凝土拌合物的流动性越大。

坍落度的选择应根据结构物的截面尺寸、钢筋疏密和施工方法等因素确定,在便于施工操作的条件下,应尽可能选择较小的坍落度,以节约水泥并获得质量较高的混凝土。

(2)黏聚性:混凝土拌合物在施工过程中,其组成材料之间有一定的黏聚力,不至于产生分层和离析的性能。黏聚性差会使混凝土硬化后产生蜂窝、麻面、薄弱夹层等缺陷,影响混凝土的强度和耐久性。

(3)保水性:混凝土拌合物在施工过程中,具有一定的保水能力,不至于产生严重泌水的性能。保水性差,混凝土拌合物在施工过程中会出现泌水现象,使硬化后的混凝土内部存在许多孔隙,降低混凝土的抗渗性、抗冻性。另外,上浮的水分还会聚集在石子或钢筋的下方形成较大孔隙(水囊),削弱了水泥浆与石子、钢筋之间的黏结力,影响混凝土的质量。

2.和易性的评价

目前在施工现场和实验室中,评价混凝土的和易性时通常定量测定拌合物的流动性,在测定流动性的过程中定性辅助评价黏聚性和保水性。

(1)流动性的测定。混凝土拌合物的流动性可采用坍落度法和维勃稠度法测定。

1)坍落度法。坍落度法适用于骨料最大公称粒径不大于40 mm、坍落度值不小于10mm 的塑性混凝土的流动性测定。如图3-5所示,将混凝土拌合物按规定的试验方法装入坍落度筒内,按规定的方法在规定的时间内垂直提起坍落度筒(提筒过程应在5～10s完成),筒高与拌合物试体坍落后的最高点之间的高差即混凝土拌合物的坍落度,以mm 为单位,精确至5mm。

图3-5　混凝土拌合物的坍落度测定法

在测量坍落度值之后,应目测观察混凝土试体的黏聚性及保水性,具体方法:用捣棒轻轻敲打已坍落的混凝土拌合物锥体侧面,如果锥体逐渐下沉,则表示黏聚性良好,如果锥体倒塌、部分崩裂或出现离析现象,则表示黏聚性差。保水性是以混凝土拌合物中水泥浆析出的程度来评定的。提起坍落度筒后如有较多的水泥浆从底部析出,锥体部分的混凝土拌合物因失浆而骨料外露,则表明此混凝土拌合物的保水性差;如无水泥浆或仅有少量水泥浆自底部析出,则表示此混凝土拌合物的保水性良好。

2)维勃稠度法。维勃稠度法适用于骨料最大粒径不大于40mm 且坍落度小于10mm,维勃稠度为5～30s的混凝土拌合物稠度测定。

此方法可用维勃稠度仪测定,如图3-6所示。测定方法是按坍落度试验方法,将混凝土拌合物装入坍落度筒内,再拔去坍落度筒,并在混凝土拌合物上方放置一透明圆盘,然后启动振动台并记录从开始振动到当圆盘下面全部布满水泥浆时所需要的振动时间,即拌合物的维勃稠度值,以时间s为单位,精确至1s。

图3-6　维勃稠度仪

(2)流动性的选择。混凝土拌合物流动性的选择原则是在保证施工条件及混凝土浇筑质量的前提下,尽可能采用较小的流动性,以节约水泥并获得均匀密实的混凝土。具体可按以下情况选用:

1)按设计图纸选择。当设计图纸上标明坍落度指标要求时,应按图纸上所要求的坍落度值进行配合比设计。

2)按工程实际选择。当设计图纸上没有标明坍落度指标时,应根据结构物构件断面尺寸、钢筋疏密和振捣方式来确定。当构件断面尺寸较小、钢筋较密或采用人工振捣时,应选择较大的坍落度,以使浇捣密实,保证施工质量;反之,对于构件断面尺寸较大、钢筋配置稀疏或采用机械振捣时,尽可能选用较小的坍落度以节约水泥。一般情况下,混凝土浇筑时的坍落度选用见表3-24。

表3-24　混凝土浇筑时的坍落度选用

拓展内容

目前,流动性混凝土已逐渐被施工单位接受并取得了较好的施工效果。一般情况下,流动性混凝土的坍落度为100～150mm;泵送高度较大及在炎热气候下施工时,可采用的坍落度为150～180mm 或更大一些。

3.影响混凝土拌合物和易性的因素(www.xing528.com)

拌合物在自重或外力作用下产生流动的大小,除与骨料颗粒之间的内摩擦力有关外,还与水泥浆流变性能及骨料颗粒表面水泥浆层厚度有关。

(1)水泥浆数量。在水胶比不变的情况下,水泥浆过少,其不能完全填充骨料空隙或包裹骨料表面,会使混凝土拌合物产生崩坍,黏聚性变差。水泥浆过多时,超过了填充骨料颗粒之间空隙及包裹骨料颗粒表面所需的浆量时,就会出现流浆现象,使拌合物黏聚性变差。因此,水泥浆要适量,以满足流动性要求为度。

(2)水泥浆稠度。水泥浆稠度是由水胶比决定的。在水泥用量不变时,水胶比越小,水泥浆越稠,拌合物流动性越小;水泥浆过稀,拌合物流动性大,但黏聚性、保水性越差。

混凝土拌合物需水量确定:当使用确定的材料拌制混凝土时,在水泥用量增减不超过50～100kg/m3 的情况下,用水量大小决定混凝土拌合物的流动性。

(3)砂率。砂率是指混凝土砂的质量占砂、石总质量的百分率。实践证明,砂率对混凝土拌合物的和易性影响很大,一方面是砂形成的砂浆在粗骨料之间起润滑作用,在一定砂率范围内随砂率的增大,润滑作用明显,流动性提高;另一方面在砂率增大的同时,骨料的总表面积随之增大,需要润滑的水分增多,在用水量一定的条件下,拌合物流动性降低,所以当砂率超过一定范围后,流动性反而随砂率的增大而降低,如图3-7(a)所示。另外,如果砂率过小、砂浆数量不足,会使混凝土拌合物的黏聚性和保水性降低,产生离析和流浆现象。所以,为保证混凝土拌合物和易性,应采用合理砂率。

图3-7　砂率与坍落度和水泥用量的关系

(a)坍落度与砂率的关系;(b)水泥用量和砂率的关系

当砂率适宜时,砂不但可以填满石子的空隙,而且还能保证粗骨料之间有一定厚度的砂浆层,以减小粗骨料的滑动阻力,使拌合物有较好的流动性,这个适宜的砂率称为合理砂率。如图3-7(b)所示,当采用合理砂率时,在用水量和水泥用量一定的情况下,能使拌合物获得最大的流动性和良好的稳定性,或者在保证拌合物获得所要求的流动性及良好的均匀稳定性时,水泥用量最少。

(4)水泥品种与外加剂。主要表现在需水性方面。水泥品种不同,达到标准稠度的需水量也不同,需水量大的水泥拌制的混凝土,要达到同样坍落度时,就需要较多的用水量。

为改善混凝土拌合物流动性,可掺入减水剂、引气剂等外加剂。

(5)骨料特征。卵石混凝土比碎石混凝土在用水量等相同条件下流动性大,但黏聚性和保水性差;在其他条件相同的情况下,粒径越大,混凝土拌合物流动性越好;在其他条件相同的情况下,骨料级配越好,混凝土拌合物的和易性越好;针、片状颗粒越少,粒形越近球形或立方体形,表面越光滑,混凝土拌合物流动性越好。

(6)时间和温度。混凝土拌合物随时间的延长,其中的水泥水化,骨料吸水,水分蒸发,从而使混凝土拌合物逐渐变得干稠,和易性变差。温度升高,拌合物流动性降低,每升高10 ℃,拌合物坍落度减少20mm。

(7)施工条件。混凝土拌合物的搅拌可分为机械搅拌和人工搅拌两种形式。在较短的时间内,搅拌得越完全越彻底,混凝土拌合物的和易性越好。因此,机械搅拌比人工搅拌的效果好;强制式搅拌机比自落式搅拌机的拌和效果好;高频搅拌机比低频搅拌机的拌和效果好。混凝土施工通常宜采用强制式搅拌机搅拌,并应搅拌均匀。

4.调整混凝土和易性的措施

调整混凝土和易性的措施必须兼顾流动性、黏聚性、保水性的统一,并考虑对混凝土强度、耐久性的影响。其主要包括以下内容:

测试题

(1)通过试验,采用合理砂率,以利于改善和易性,提高混凝土强度和节约水泥。

(2)采用级配良好的骨料,特别是粗骨料的级配,并尽量采用较粗的粗砂、石。

(3)当混凝土拌合物坍落度太小时,在保持水胶比不变的情况下,适当增加水泥浆数量;坍落度太大时,保持砂率不变,适当增加砂、石骨料用量。

(4)选择合理的外加剂,如减水剂,可提高混凝土拌合物的流动性。

(5)改进施工工艺,高效率的搅拌设备和振捣设备可以改善拌合物的和易性及提高拌合物的浇筑质量。另外,现代商品混凝土在远距离运输时,为了减少坍落度损失,还经常采用二次加水法,即在混凝土搅拌站拌和时只加入大部分的水,剩下少部分的水在快到施工现场时加入,然后迅速搅拌以获得较好的坍落度。

【案例引入4】　水泥混凝土在施工中,为了提高混凝土拌合物的流动性,随意向混凝土中加水,或将洗涮混凝土搅拌设备的泥浆水加到混凝土拌合物中的做法是否可行?

解析:不可行。因为随意加水,或者将洗涮搅拌设备的泥浆水加到拌合物中,都会增大混凝土的水胶比,导致硬化的混凝土内部孔隙增多,强度降低;混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性都会下降。