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土木工程材料(第4版)中易性和影响的关键因素

时间:2023-10-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:影响混凝土拌合物和易性的因素很多,其中主要因素是水泥、水、粗细骨料的数量和性质、环境及拌合物的温度、施工方法等。因此,水灰比不能过大或过小,应根据混凝土设计强度等级和耐久性要求而定。⑤本表不适用于水灰比小于0.40或大于0.80的混凝土。由表5.13可知,用水量的多少还与骨料种类和最大粒径有关。砂率的变动会使骨料空隙率和总表面积发生改变,甚至是显著的改变,从而对拌合物和易性产生明显的影响。

土木工程材料(第4版)中易性和影响的关键因素

影响混凝土拌合物和易性的因素很多,其中主要因素是水泥、水、粗细骨料的数量和性质、环境及拌合物的温度、施工方法等。

(1)材料品种与用量的影响

1)水泥品种与细度

比较五种常用的硅酸盐水泥,当水灰比相同时,硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥拌制的混凝土流动性火山灰水泥好;矿渣水泥拌制的混凝土保水性差;粉煤灰水泥拌制的混凝土流动性最好,同时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。

2)水泥浆数量

混凝土拌合物中的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,若单位体积拌合物内水泥浆越多,则拌合物的流动性越大;但水泥浆过多,将会出现流浆现象,使拌合物的黏聚性变差,同时对混凝土的强度和耐久性产生负面影响,且水泥用量也大,增加成本;若水泥浆过少,致使其不能填满骨料空隙或不能很好包裹骨料表面时,将产生崩坍现象,黏聚性变差。因此,混凝土拌合物中水泥浆的含量应以满足流动性要求为度,不宜过量。

3)水灰比

水泥浆的稠度由水灰比所决定。水灰比是指单位混凝土用水量与水泥用量之比,用“W/C”表示。在水泥用量不变的情况下,水灰比越小,水泥浆就越稠,混凝土拌合物的流动性便越小。当水灰比过小时,水泥浆干稠,混凝土拌合物的流动性过低,会使施工困难,不能保证混凝土的密实性。增加水灰比会使流动性加大,但水灰比过大,会造成混凝土拌合物的黏聚性和保水性不良,产生流浆、离析现象,从而严重影响混凝土的强度。因此,水灰比不能过大或过小,应根据混凝土设计强度等级和耐久性要求而定。

无论是水泥浆的多少,还是水泥浆的稀稠,对混凝土拌合物流动性起决定作用的是用水量的多少。因为无论是提高水灰比或增加水泥浆用量,最终都表现为混凝土用水量的增加。

试验表明,对于常用水灰比(0.40~0.75),当单位用水量不变时,在一定范围内其他材料用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一个数量关系,即恒定用水量法则:一定条件下要使混凝土获得一定值的坍落度,所需的单位用水量是一个恒定值。通过试验可以取得单位用水量与坍落度之间的数量关系,如表5.13所示。

表5.13 混凝土用水量选用表(kg/m3

注:①摘自《普通混凝土配合比设计技术规定》(JGJ 55—2011)。
②本表用水量系采用中砂时的平均值。采用细砂,每立方米混凝土用水量可增加5~10 kg;采用粗砂时,可减少5~10 kg。
③掺用各种外加剂或掺合料时,可相应增减用水量。
④混凝土的坍落度小于10 mm时,用水量按各地现有经验或经试验取用。
⑤本表不适用于水灰比小于0.40或大于0.80的混凝土。

由表5.13可知,用水量的多少还与骨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。

现代混凝土中常加入粉煤灰、矿渣粉、硅灰等活性矿物掺合料,胶凝材料由水泥与活性矿物掺合料组成,水灰比的概念由水胶比所取代,水胶比是指单位混凝土用水量与胶凝材料总量之比。

4)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空隙率和总表面积发生改变,甚至是显著的改变,从而对拌合物和易性产生明显的影响。在水泥浆数量不变的情况下,砂率增加时,水泥浆的数量相对显得不足,从而削弱了水泥浆对砂子的润滑作用,过大的砂率使混凝土拌合物流动性降低、和易性变差;但是,如果砂率过小,不能保证粗骨料之间有足够的砂浆层,削弱了砂浆对粗骨料的润滑作用,也会降低混凝土拌合物的流动性,从而影响拌合物的黏聚性和保水性,造成离析和水泥浆流淌等。因此,砂率过大或过小,都会降低拌合物的和易性。大小适宜的砂率称为合理砂率(或最优砂率)。当采用合理砂率时,在用水量和水泥用量一定的情况下,混凝土拌合物具有最大的流动性,同时具有良好的黏聚性和保水性,如图5.6所示。或者说,采用合理砂率时,能使混凝土拌合物在满足所要求的流动性及黏聚性、保水性的情况下,水泥用量最少,如图5.7所示。

图5.6 砂率与坍落度的关系曲线(水泥浆用量保持不变)

图5.7 砂率与水泥浆用量的关系曲线(坍落度保持不变)(www.xing528.com)

合理砂率数值随以下情况而变化:最大粒径大、级配好、表面光滑的粗骨料,合理砂率小;砂子细,合理砂率小;当施工要求混凝土拌合物流动性较大的时候,为了避免粗骨料离析,保证混凝土的黏聚性,可采用较大的砂率。

确定砂率的方法较多,可以根据本地区、本单位的经验累积数值选用,若无经验数据,可查表5.14,也可以计算确定。

表5.14 混凝土砂率选用表(%)

注:①摘自《普通混凝土配合比设计技术规定》(JGJ55—2011)。
②本表适用于坍落度10~60 mm的混凝土。坍落度若大于60 mm,或小于10 mm,应相应增加或减少砂率。
③表中数值系中砂的选用砂率,对细(粗)砂,可相应减少(增加)砂率。
④只用一个单粒级骨料配制的混凝土,砂率可适当增加。
⑤采用人工砂配制混凝土时,砂率可适当增大。

砂率的计算公式如下:

式中:ρs、ρs0——砂子的堆积密度,kg/m3

ρg0——石子的堆积密度,kg/m3

Pg空——石子的空隙率;

α——砂子的富余系数(1.1~1.4)。

5)骨料的性质

骨料的级配、粒形及表面构造等对拌合物和易性也有很大影响。因为上述因素造成骨料空隙率和总表面积增大时,水泥浆量会显得相对不足,使混凝土拌合物和易性变差。骨料中表面粗糙,棱角形或针片状颗粒含量多时,则拌合物和易性差。因此,当采用碎石作骨料时,砂率应比卵石骨料增大2%~3%,单位用水量也相应增加,否则和易性将显著下降。

6)外加剂和掺合料

在拌制混凝土时,加入少量的外加剂(如减水剂、引气剂)和适量的掺合料(如粉煤灰、矿粉等),能使混凝土拌合物在不增加水泥用量(或减少水泥用量)的条件下,获得很好的和易性,增大流动性和改善黏聚性,降低泌水性。由于改变了混凝土的结构,还能提高混凝土的耐久性。

(2)环境的温度、湿度和时间的影响

随着环境温度的增加,混凝土拌合物流动性下降,这可能是因为较高的温度不但增加拌合物中水分的蒸发速率,而且加快了水泥水化速度,因此,在炎热的天气,必须用更多的水保持同样的和易性。拌合物和易性还随时间的延长而下降,这称为和易性损失,其原因也是水分的变化所致。

(3)施工工艺的影响

混凝土组成相同施工工艺不同时,其坍落度也不相同。采用机械拌和的混凝土所获得的坍落度比用人工拌和的混凝土所获得的坍落度大。采用同一拌和方式,其坍落度随着有效拌和时间延长而增大。搅拌机型不同,获得的坍落度也不同。通常,浇注时的坍落度比测定的坍落度值小。

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