普通混凝土的技術(shù)性質(zhì)(上篇)

    一、新拌混凝土的性能

    （一）混凝土的和易性

    1．和易性的概念。

    新拌混凝土的和易性，也稱(chēng)工作性，是指拌合物易于攪拌、運(yùn)輸、澆搗成型，并獲得質(zhì)量均勻密實(shí)的混凝土的一項(xiàng)綜合技術(shù)性能。通常用流動(dòng)性、粘聚性和保水性三項(xiàng)內(nèi)容表示。流動(dòng)性是指拌合物在自重或外力作用下產(chǎn)生流動(dòng)的難易程度；粘聚性是指拌合物各組成材料之間不產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象；保水性是指拌合物不產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象。

    通常情況下，混凝土拌合物的流動(dòng)性越大，則保水性和粘聚性越差，反之亦然，相互之間存在一定矛盾。和易性良好的混凝土是指既具有滿(mǎn)足施工要求的流動(dòng)性，又具有良好的粘聚性和保水性。因此，不能簡(jiǎn)單地將流動(dòng)性大的混凝土稱(chēng)之為和易性好，或者流動(dòng)性減小說(shuō)成和易性變差。良好的和易性既是施工的要求也是獲得質(zhì)量均勻密實(shí)混凝土的基本保證。

    2．和易性的測(cè)試和評(píng)定。

    混凝土拌合物和易性是一項(xiàng)極其復(fù)雜的綜合指標(biāo)，到目前為止全世界尚無(wú)能夠全面反映混凝土和易性的測(cè)定方法，通常通過(guò)測(cè)定流動(dòng)性，再輔以其他直觀(guān)觀(guān)察或經(jīng)驗(yàn)綜合評(píng)定混凝土和易性。流動(dòng)性的測(cè)定方法有坍落度法、維勃稠度法、探針?lè)?、斜槽法、流出時(shí)間法和凱利球法等十多種，對(duì)普通混凝土而言，最常用的是坍落度法和維勃稠度法。

    （1）坍落度法：將攪拌好的混凝土分三層裝入坍落度筒中（見(jiàn)圖4-5a），每層插搗25次，抹平后垂直提起坍落度筒，混凝土則在自重作用下坍落，以坍落高度（單位mm）代表混凝土的流動(dòng)性。坍落度越大，則流動(dòng)性越好。

    粘聚性通過(guò)觀(guān)察坍落度測(cè)試后混凝土所保持的形狀，或側(cè)面用搗棒敲擊后的形狀判定，如圖4-5所示。當(dāng)坍落度筒一提起即出現(xiàn)圖中（c）或（d）形狀，表示粘聚性不良；敲擊后出現(xiàn)（b）狀，則粘聚性好；敲擊后出現(xiàn)（c）狀，則粘聚性欠佳；敲擊后出現(xiàn)（d）狀，則粘聚性不良。

    保水性是以水或稀漿從底部析出的量大小評(píng)定（見(jiàn)圖4-5b）。析出量大，保水性差，嚴(yán)重時(shí)粗骨料表面稀漿流失而裸露。析出量小則保水性好。 
   
    圖4-5 混凝土拌合物和易性測(cè)定     
    根據(jù)坍落度值大小將混凝土分為四類(lèi)：
    ① 大流動(dòng)性混凝土：坍落度≥160mm；
    ② 流動(dòng)性混凝土：坍落度100～150mm；
    ③ 塑性混凝土：坍落度10～90mm；　
    ④ 干硬性混凝土：坍落度<10mm

    坍落度法測(cè)定混凝土和易性的適用條件為：
    a. 粗骨料最大粒徑≤40mm；
    b. 坍落度≥10mm。

    對(duì)坍落度小于10mm的干硬性混凝土，坍落度值已不能準(zhǔn)確反映其流動(dòng)性大小。如當(dāng)兩種混凝土坍落度均為零時(shí)，但在振搗器作用下的流動(dòng)性可能完全不同。故一般采用維勃稠度法測(cè)定。

    （2）維勃稠度法：坍落度法的測(cè)試原理是混凝土在自重作用下坍落，而維勃稠度法則是在坍落度筒提起后，施加一個(gè)振動(dòng)外力，測(cè)試混凝土在外力作用下完全填滿(mǎn)面板所需時(shí)間（單位：秒）代表混凝土流動(dòng)性。時(shí)間越短，流動(dòng)性越好；時(shí)間越長(zhǎng)，流動(dòng)性越差。見(jiàn)示意圖4-6。 
   
    圖4-6 維勃稠度試驗(yàn)儀
    1. 容器；2. 坍落度筒；3. 圓盤(pán)；4. 滑棒；5. 套筒；6.13. 螺栓；7. 漏斗；
    8. 支柱；9. 定位螺絲；10. 荷重；11. 元寶螺絲；12. 旋轉(zhuǎn)架

    （3）坍落度的選擇原則：實(shí)際施工時(shí)采用的坍落度大小根據(jù)下列條件選擇。
    ① 構(gòu)件截面尺寸大小：截面尺寸大，易于振搗成型，坍落度適當(dāng)選小些，反之亦然。
    ② 鋼筋疏密：鋼筋較密，則坍落度選大些。反之亦然。
    ③ 搗實(shí)方式：人工搗實(shí)，則坍落度選大些。機(jī)械振搗則選小些。
    ④ 運(yùn)輸距離：從攪拌機(jī)出口至澆搗現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)考慮途中坍落度損失，坍落度宜適當(dāng)選大些，特別是商品混凝土。
    ⑤ 氣候條件：氣溫高、空氣相對(duì)濕度小時(shí)，因水泥水化速度加快及水份揮發(fā)加速，坍落度損失大，坍落度宜選大些，反之亦然。

    一般情況下，坍落度可按表4-11選用。
 

表4-11 混凝土澆筑時(shí)的坍落度（mm）
構(gòu)件種類(lèi)	坍落度
基礎(chǔ)或地面等的墊層、無(wú)配筋的大體積結(jié)構(gòu)（擋土墻、基礎(chǔ)等）或配筋稀疏的結(jié)構(gòu)	10～30
板、梁和大型及中型截面的柱子等	30～50
配筋密列的結(jié)構(gòu)（薄壁、斗倉(cāng)、簡(jiǎn)倉(cāng)、細(xì)柱等）	50～70
配筋特密的結(jié)構(gòu)	70～90

    3．影響和易性的主要因素。

    （1）單位用水量

    單位用水量是混凝土流動(dòng)性的決定因素。用水量增大，流動(dòng)性隨之增大。但用水量大帶來(lái)的不利影響是保水性和粘聚性變差，易產(chǎn)生泌水分層離析，從而影響混凝土的勻質(zhì)性、強(qiáng)度和耐久性。大量的實(shí)驗(yàn)研究證明在原材料品質(zhì)一定的條件下，單位用水量一旦選定，單位水泥用量增減50～100kg/m³，混凝土的流動(dòng)性基本保持不變，這一規(guī)律稱(chēng)為固定用水量定則。這一定則對(duì)普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)帶來(lái)極大便利，即可通過(guò)固定用水量保證混凝土坍落度的同時(shí)，調(diào)整水泥用量，即調(diào)整水灰比，來(lái)滿(mǎn)足強(qiáng)度和耐久性要求。在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，單位用水量可根據(jù)施工要求的坍落度和粗骨料的種類(lèi)、規(guī)格，根據(jù)JGJ55-2000《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》按表4-12選用，再通過(guò)試配調(diào)整，最終確定單位用水量。 

表4-12 混凝土單位用水量選用表
項(xiàng)目	指標(biāo)	卵石最大粒徑（mm）				碎石最大粒徑（mm）
		10	20	31.5	40	16	20	31.5	40
坍落度（mm）	10～30	190	170	160	150	200	185	175	165
	35～50	200	180	170	160	210	195	185	175
	55～70	210	190	180	170	220	205	195	185
	75～90	215	195	185	175	230	215	205	195
維勃稠度（s）	16～20	175	160	-	145	180	170	-	155
	11～15	180	165	-	150	185	175	-	160
	5～10	185	170	-	155	190	180	-	165

    注：
    1. 本表用水量系采用中砂時(shí)的平均取值，如采用細(xì)砂，每立方米混凝土用水量可增加5～10kg，采用粗砂時(shí)則可減少5～10kg。 
    2. 摻用各種外加劑或摻合料時(shí)，可相應(yīng)增減用水量。
    3. 本表不適用于水灰比小于0.4時(shí)的混凝土以及采用特殊成型工藝的混凝土。

    （2）漿骨比
    
    漿骨比指水泥漿用量與砂石用量之比值。在混凝土凝結(jié)硬化之前，水泥漿主要賦予流動(dòng)性；在混凝土凝結(jié)硬化以后，主要賦予粘結(jié)強(qiáng)度。在水灰比一定的前提下，漿骨比越大，即水泥漿量越大，混凝土流動(dòng)性越大。通過(guò)調(diào)整漿骨比大小，既可以滿(mǎn)足流動(dòng)性要求，又能保證良好的粘聚性和保水性。漿骨比不宜太大，否則易產(chǎn)生流漿現(xiàn)象，使粘聚性下降。漿骨比也不宜太小，否則因骨料間缺少粘結(jié)體，拌合物易發(fā)生崩塌現(xiàn)象。因此，合理的漿骨比是混凝土拌合物和易性的良好保證。

    （3）水灰比

    水灰比即水用量與水泥用量之比。在水泥用量和骨料用量不變的情況下，水灰比增大，相當(dāng)于單位用水量增大，水泥漿很稀，拌合物流動(dòng)性也隨之增大，反之亦然。用水量增大帶來(lái)的負(fù)面影響是嚴(yán)重降低混凝土的保水性，增大泌水，同時(shí)使粘聚性也下降。但水灰比也不宜太小，否則因流動(dòng)性過(guò)低影響混凝土振搗密實(shí)，易產(chǎn)生麻面和空洞。合理的水灰比是混凝土拌合物流動(dòng)性、保水性和粘聚性的良好保證。

    （4）砂率

    砂率是指砂子占砂石總重量的百分率，表達(dá)式為： 
   
    （4-7）

式中：
——砂率；
S——砂子用量（kg）；
G——石子用量（kg）。

    砂率對(duì)和易性的影響非常顯著。

    ① 對(duì)流動(dòng)性的影響。在水泥用量和水灰比一定的條件下，由于砂子與水泥漿組成的砂漿在粗骨料間起到潤(rùn)滑和輥珠作用，可以減小粗骨料間的摩擦力，所以在一定范圍內(nèi)，隨砂率增大，混凝土流動(dòng)性增大。另一方面，由于砂子的比表面積比粗骨料大，隨著砂率增加，粗細(xì)骨料的總表積增大，在水泥漿用量一定的條件下，骨料表面包裹的漿量減薄，潤(rùn)滑作用下降，使混凝土流動(dòng)性降低。所以砂率超過(guò)一定范圍，流動(dòng)性隨砂率增加而下降，見(jiàn)圖4-7a。
    圖4-7 砂率與混凝土流動(dòng)性和水泥用量的關(guān)系 
   
    ② 對(duì)粘聚性和保水性的影響。砂率減小，混凝土的粘聚性和保水性均下降，易產(chǎn)生泌水、離析和流漿現(xiàn)象。砂率增大，粘聚性和保水性增加。但砂率過(guò)大，當(dāng)水泥漿不足以包裹骨料表面時(shí)，則粘聚性反而下降。

    ③ 合理砂率的確定。合理砂率是指砂子填滿(mǎn)石子空隙并有一定的富余量，能在石子間形成一定厚度的砂漿層，以減少粗骨料間的摩擦阻力，使混凝土流動(dòng)性達(dá)最大值?；蛘咴诒３至鲃?dòng)性不變的情況下，使水泥漿用量達(dá)最小值。如圖4-7b。

    合理砂率的確定可根據(jù)上述兩原則通過(guò)試驗(yàn)確定。在大型混凝土工程中經(jīng)常采用。對(duì)普通混凝土工程可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或根據(jù)JGJ55參照表4-13選用。 

表4-13 混凝土砂率選用表
水灰比（W/C）	卵石最大粒徑（mm）			碎石最大粒徑（mm）
	10	20	40	16	20	40
0.40	26～32	25～31	24～30	30～35	29～34	27～32

    注：
    ①表中數(shù)值系中砂的選用砂率。對(duì)細(xì)砂或粗砂，可相應(yīng)地減少或增大砂率；
    ②本砂率適用于坍落度為10～60mm的混凝土。坍落度如大于60mm或小于10mm時(shí)，應(yīng)相應(yīng)增大或減小砂率；按每增大20mm，砂率增大1%的幅度予以調(diào)整。
    ③只用一個(gè)單粒級(jí)粗骨料配制混凝土?xí)r，砂率值應(yīng)適當(dāng)增大；
    ④摻有各種外加劑或摻合料時(shí)，其合理砂率值應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)或參照其他有關(guān)規(guī)定選用；
    ⑤對(duì)薄壁構(gòu)件砂率取偏大值。 

    （5）水泥品種及細(xì)度

    水泥品種不同時(shí)，達(dá)到相同流動(dòng)性的需水量往往不同，從而影響混凝土流動(dòng)性。另一方面，不同水泥品種對(duì)水的吸附作用往往不等，從而影響混凝土的保水性和粘聚性。如火山灰水泥、礦渣水泥配制的混凝土流動(dòng)性比普通水泥小。在流動(dòng)性相同的情況下，礦渣水泥的保水性能較差，粘聚性也較差。同品種水泥越細(xì)，流動(dòng)性越差，但粘聚性和保水性越好。

    （6）骨料的品種和粗細(xì)程度

    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動(dòng)性較好，但粘聚性和保水性則相對(duì)較差。河砂與山砂的差異與上述相似。對(duì)級(jí)配符合要求的砂石料來(lái)說(shuō)，粗骨料粒徑越大，砂子的細(xì)度模數(shù)越大，則流動(dòng)性越大，但粘聚性和保水性有所下降，特別是砂的粗細(xì)，在砂率不變的情況下，影響更加顯著。

    （7）外加劑

    改善混凝土和易性的外加劑主要有減水劑和引氣劑。它們能使混凝土在不增加用水量的條件下增加流動(dòng)性，并具有良好的粘聚性和保水性。詳見(jiàn)第五節(jié)。

    （8）時(shí)間、氣候條件

    隨著水泥水化和水分蒸發(fā)，混凝土的流動(dòng)性將隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。氣溫高、濕度小、風(fēng)速大將加速流動(dòng)性的損失。

    4．混凝土和易性的調(diào)整和改善措施

    （1）當(dāng)混凝土流動(dòng)性小于設(shè)計(jì)要求時(shí)，為了保證混凝土的強(qiáng)度和耐久性，不能單獨(dú)加水，必須保持水灰比不變，增加水泥漿用量。但水泥漿用量過(guò)多，則混凝土成本提高，且將增大混凝土的收縮和水化熱等?；炷恋恼尘坌院捅Ｋ砸部赡芟陆?。

    （2）當(dāng)坍落度大于設(shè)計(jì)要求時(shí)，可在保持砂率不變的前提下，增加砂石用量。實(shí)際上相當(dāng)于減少水泥漿數(shù)量。

    （3）改善骨料級(jí)配，既可增加混凝土流動(dòng)性，也能改善粘聚性和保水性。但骨料占混凝土用量的75%左右，實(shí)際操作難度往往較大。

    （4）摻減水劑或引氣劑，是改善混凝土和易性的最有效措施。

    （5）盡可能選用最優(yōu)砂率。當(dāng)粘聚性不足時(shí)可適當(dāng)增大砂率。

    （二）混凝土的凝結(jié)時(shí)間

    混凝土的凝結(jié)時(shí)間與水泥的凝結(jié)時(shí)間有相似之處，但由于骨料的摻入，水灰比的變動(dòng)及外加劑的應(yīng)用，又存在一定的差異。水灰比增大，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)；早強(qiáng)劑、速凝劑使凝結(jié)時(shí)間縮短；緩凝劑則使凝結(jié)時(shí)間大大延長(zhǎng)。

    混凝土的凝結(jié)時(shí)間分初凝和終凝。初凝指混凝土加水至失去塑性所經(jīng)歷的時(shí)間，亦即表示施工操作的時(shí)間極限；終凝指混凝土加水到產(chǎn)生強(qiáng)度所經(jīng)歷時(shí)間。初凝時(shí)間希望適當(dāng)長(zhǎng)，以便于施工操作；終凝與初凝的時(shí)間差則越短越好。

    混凝土凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定通常采用貫入阻力法。影響混凝土實(shí)際凝結(jié)時(shí)間的因素主要有水灰比、水泥品種、水泥細(xì)度、外加劑、摻合料和氣候條件等等。