混凝土拌合物和易性：建筑材料中的重要因素

3.2.1.1　和易性的概念

和易性又称工作性,是指混凝土拌合物易于施工操作(主要包括搅拌、运输、浇筑、振捣、成型),并能够获得质量均匀、成型密实的性能。和易性是一项综合的技术性能,主要包括流动性、黏聚性和保水性三个方面的含义。

1. 流动性

流动性是指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣作用下,能产生流动并且均匀密实地填满模板的性能。其大小反映了混凝土拌合物的稀稠程度。流动性好的混凝土拌合物,则施工操作方便,易于成型和振捣密实。

2. 黏聚性

黏聚性也称抗离析性,是指混凝土拌合物各组成材料之间具有一定的黏聚力,在运输和浇筑过程中不致产生离析现象的性质。黏聚性差的拌合物,砂浆容易与石子分离,振捣后混凝土整体性不均匀,影响工程质量。

3. 保水性

保水性是混凝土拌合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。保水性差的混凝土拌合物,在凝结硬化前容易泌水。泌水是指拌合物内部水分向表面移动过程中形成毛细管通道,或水分及泡沫等轻物质浮于表面,引起混凝土表面疏松,或水分停留在石子及钢筋的下面形成水隙,削弱水泥浆与石子及钢筋的黏结力,降低混凝土的密实度、强度和耐久性,且硬化后的混凝土表面易起砂。

混凝土拌合物的流动性、黏聚性和保水性三者相互联系、相互矛盾。流动性好的拌合物,黏聚性和保水性不一定好,一般会偏差；而黏聚性、保水性好的拌合物,一般流动性可能较差。在实际工程施工中,通过掺加外加剂及掺和料,改善部分性能,使三者性能协调,既满足混凝土施工时要求的流动性,同时也具有较好的黏聚性和保水性。和易性良好既是施工的要求,也是获得均匀密实混凝土的基本保证。

3.2.1.2　和易性的测定及指标选择

混凝土拌合物和易性的评定,通常采用测定混凝土拌合物的流动性、辅以直观观察评定黏聚性和保水性的方法。拌合物流动性的测定：对塑性和流动性混凝土拌合物,用坍落度法测定；对干硬性混凝土拌合物用维勃稠度法测定。

1. 坍落度法

测定混凝土拌合物在自重作用下产生的变形值——坍落度(单位mm)。将混凝土拌合物按规定的试验方法装入坍落度筒内,提起坍落度筒后,拌合物因自重而向下坍落,坍落的尺寸即为拌合物的坍落度值(mm),用T 表示,见图3.2、图3.3。坍落度法适用于骨料最大粒径不大于40mm (或在试验时剔掉40mm 以上的石子)、坍落度值不小于10mm 的低塑性混凝土、塑性混凝土的流动性测定。

图3.2　坍落度的测定

图3.3　坍落筒和捣棒

按国家标准《混凝土质量控制标准》(GB50164-2011)的规定,混凝土拌合物按坍落度值的大小分为四级,见表3.2。

表3.2　混凝土按坍落度的分级

黏聚性评定：用捣棒在坍落的拌合物锥体侧面轻轻敲打,如果锥体慢慢下沉,表示黏聚性良好；如果锥体倒塌、部分崩裂或分离散落现象,则表示黏聚性差或不好。

保水性评定：拌合物锥体在坍落筒提起后,如无稀浆或仅有少量稀浆析出,表示拌合物保水性良好；如锥体周边底部有较多、明显的稀浆析出,则表示拌合物保水性差或不好。

2. 维勃稠度法

对于干硬性混凝土,常采用维勃稠度法来反映其干硬程度。维勃稠度法的原理是测定使混凝土拌合物密实所需要的时间(s),见图3.4。适用于骨料最大粒径不大于40mm、维勃稠度为5～30s的干硬性混凝土拌合物的流动性测定。

图3.4　维勃稠度仪

混凝土拌合物流动性按维勃稠度大小,可分为4级：超干硬性(≥31s)； 特干硬性(30～21s)； 干硬性(20～11s)；半干硬性(10～5s)。

3. 坍落度指标选择

混凝土拌合物坍落度的选择,应根据施工条件、构件截面尺寸、配筋情况、施工方法等来确定。一般,构件截面尺寸较小、钢筋较密,或采用人工拌和与插捣时,坍落度应选择大些。反之,当构件截面尺寸较大、钢筋较疏,或采用机械插捣时,坍落度应选择小一些。混凝土浇筑时的坍落度,宜按表3.3选用。

表3.3　混凝土浇筑时的坍落度　单位：mm(www.xing528.com)

注　表中数值系机械振捣混凝土时的坍落度,当采用人工振捣时其值可适当增大。由于不同的工程特点、施工条件、结构要求、碎石级配情况等不同,现场坍落度控制值应视施工实际情况调整。

3.2.1.3　影响混凝土拌合物和易性的主要因素

影响混凝土拌合物和易性的因素很多,主要有水泥浆数量、单位用水量、砂率及其他因素。

1. 水泥浆数量

在混凝土骨料用量、水灰比(W/C,水与水泥的比值,又称水胶比,即水与胶凝材料的比值,本书中无掺有其他胶凝材料时,通称为水灰比)一定的条件下,填充在骨料之间的水泥浆数量越多,水泥浆对骨料的润滑作用越充分,混凝土拌合物的流动性越大。但水泥浆数量过多,不仅浪费水泥,而且会使拌合物的黏聚性、保水性变差,产生分层、泌水现象。若水泥浆过少,则无法很好包裹骨料表面及填充骨料空隙,则会降低流动性。新拌混凝土中水泥浆的数量不应任意加大,应以适合施工要求的流动性为准,并保证拌合物黏聚性和保水性的要求。

2. 单位用水量(mw)

在混凝土各组成材料中,水与水泥发生水化反应,形成水泥浆,与其他材料搅拌均匀,使混凝土拌合物具有各种性能,在保持水灰比(W/C) 不变的情况下,单位体积(1m3)混凝土的用水量,简称单位用水量,用mw表示。

混凝土中的用水量对拌合物的流动性起决定性的作用。水灰比不变,单位用水量越多,水泥浆越多,混凝土的流动性越好,但过大的流动性必然会降低拌合物的黏聚性、保水性,使拌合物产生流浆和离析现象。水灰比不变,单位用水量越少,水泥浆越少,或者用水量达不到水化反应及湿润骨料的基本用量要求,则拌合物的流动性必然过低,使混凝土施工困难,不能保证混凝土的密实性,影响混凝土质量。施工中单位用水量要根据工程的条件、施工水平、混凝土性能、强度及耐久性等要求进行选择并试验确定,使拌合物和易性满足施工要求。

3. 砂率(βs)

砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石子总质量的百分数。即

式中　βs——砂率,%；

ms——1m3混凝土中砂用量,kg；

mg——1m3混凝土中石子用量,kg。

砂率反映混凝土中砂子与石子的相对含量。由于砂子的粒径远小于石子,砂率的变化会使骨料的空隙率和总表面积显著改变,因而对和易性产生较大影响。

砂率过大,骨料总表面积及空隙率会增大,在一定水泥浆用量的情况下,水泥浆不能充分包裹骨料表面,水泥浆的润滑作用减弱,拌合物的流动性变差,而且砂率过大粗骨料减少,还会引起混凝土的强度降低。砂率过小,水泥砂浆量变少,没有足够的砂浆对石子包裹,势必加大内部摩擦,降低混凝土的流动性,造成操作困难,形成浆骨分离,造成离析现象。砂率过大或过小都会影响拌合物的和易性。

合理砂率,又称最佳砂率,在该砂率下石子、砂、水泥浆相互填充,使混凝土既能达到最大密实度,又能保证最小的水泥用量。从拌合物和易性角度,它在用水量和水泥用量不变的情况下,使混凝土拌合物获得所需求的流动性,以及良好的黏聚性和保水性时所需的砂率。同等条件下,最佳砂率能使拌合物坍落度最大,如图3.5所示。在流动性(坍落度)、水灰比一定时,保持较好的黏聚性,最佳砂率能使水泥用量最小,如图3.6所示。

图3.5　砂率与坍落度的关系

图3.6　砂率与水泥用量的关系

不同的砂、石、水泥材料,混凝土最佳砂率不同,施工中应经试验确定。

4. 其他影响因素

(1)水泥品种和骨料性质的影响。在水泥用量和用水量一定的情况下,采用矿渣水泥或火山灰水泥拌制的混凝土拌合物,其流动性比用普通水泥时小,且矿渣水泥拌制的混凝土拌合物泌水性较大。水泥颗粒越细,拌合物流动性越小,但黏聚性和保水性较好。

采用卵石和河沙拌制的混凝土拌合物,其流动性比碎石和人工砂拌制的好,用级配好的骨料比级配差的骨料拌制的拌合物和易性好。相同条件下,采用粗砂时,黏聚性和保水性较差；采用细砂时,流动性较小,黏聚性和保水性较好。

(2)掺和料和外加剂的影响。掺和料的品质及掺量对拌合物和易性影响较大,当掺入优质粉煤灰时,可提高拌合物的流动性,增加黏聚性和保水性。在粉煤灰级别中,Ⅰ级灰优于Ⅱ级灰,Ⅱ级灰优于Ⅲ级灰,故工程上要优先考虑级别高的粉煤灰。

掺入减水剂或引气剂,流动性明显提高,引气剂还可以有效的改善混凝土拌合物的黏聚性和保水性,显著改善拌合物和易性。部分减水率效果较好的外加剂,可以增加拌合物流动性,但亦会降低拌合物的黏聚性和保水性,因此,要进行有关试验,选择合适的外加剂。

(3)施工条件和环境温度及存放时间的影响。混凝土拌和的越完全越充分,和易性就越好,强制搅拌机比自落式搅拌机拌和的和易性好,适当延长搅拌时间,可以获得较好的和易性。和易性随环境温度的升高而降低,随着时间的延长,混凝土拌合物会逐渐变得干稠,流动性降低。