混凝土和易性的内涵及其影响因素

2018-03-27余春荣耿加会周成科

商品混凝土 2018年6期

余春荣，耿加会，周成科

（1. 建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024；2. 河南舞阳县惠达公路工程有限公司，河南舞阳 462400；3. 漯河职业技术学院，河南漯河 462000）

0 前言

随着社会建设的发展，工程越来越大、工程结构越来越复杂，工程结构对混凝土拌合物工作性的要求也越来越高。混凝土拌合物和易性的好坏直接影响混凝土工程的施工，甚至对混凝土结构质量产生重要的影响。为提高混凝土工程结构的强度和工程结构耐久性要求，需要提高混凝土拌合物的和易性。具有良好的流动性和保水性，且粘聚性合适的混凝土拌合物成为混凝土技术人员追求的目标。本文主要介绍混凝土和易性的内在联系以及其影响因素，供同行讨论。

1 混凝土和易性的内涵

混凝土和易性也称为混凝土工作性，具体包括流动性、粘聚性和保水性三方面的内容。混凝土拌合物的和易性是保证混凝土拌合物运输、浇筑、振捣、抹压等工序后，依然保持各组分分布均匀、密实匀质的性能。

1.1 流动性

混凝土拌合物的流动性是指混凝土在振捣或自重力作用下产生流动、易于填充模板的性能。具有良好流动性的混凝土拌合物，浆体稠度适中，浆体带动骨料流动，在流动过程中不发生堆积、离析、分层等现象。

影响混凝土拌合物流动性的最主要的因素是胶凝材料与水组成的浆体数量和浆体自身的流动性。一方面浆体的浓度（即水胶比）对浆体自身的流动度具有重要的影响，一般情况下，浆体的水胶比越低，浆体的稠度越大，流变性能越差，反之亦然。另一方面胶凝材料与外加剂的相容性对浆体的流动性也具有重要的影响，在水胶比和外加剂用量相同的情况下，较低的外加剂掺量就可以获得满意的浆体流动性。当外加剂与胶凝材料相容性较差时，需要提高外加剂用量才能获得较满意的浆体流动度。此外，骨料的级配、粒形也会对混凝土拌合物流动性，例如细骨料粒径大于 1.18mm 的颗粒含量过少易造成混凝土流动性变差。

1.2 粘聚性

粘聚性是保证混凝土拌合物各组分直接具有良好的粘结力，在运输、浇筑、振捣等施工过程中，各组分不发生分离、分散现象的能力。粘聚性好的混凝土拌合物通常表现为骨料颗粒在浆体中均匀分布，无骨料堆积和浆体流失现象。

混凝土拌合物粘聚性的好坏主要来源于混凝土各组分之间内摩擦阻力，一部分是胶凝材料颗粒间的内聚力（如水泥颗粒间和矿物掺合料颗粒间）与水组成浆体的粘性，主要取决于水胶比的大小和外加剂的掺量及性能；另一部分是骨料间的摩擦力，主要取决于骨料的表面性能和组成。

1.3 保水性

保水性是混凝土拌合物在运输、浇筑、振捣等施工过程中，拌合物不产生泌水的性能。良好的保水能力是混凝土拌合物体积稳定性的重要体现，一般来说，泌水是混凝土拌合物离析分层的前兆。混凝土保水性差易造成泌水形成泌水通道，破坏混凝土的密实性。降低混凝土强度和耐久性。此外，混凝土泌水易造成混凝土表层水胶比增大，表面强度降低，会增大发生起粉、起砂的几率。混凝土拌合物静态放置若拌合物底部没有过多的水或是少量的稀浆流出，说明混凝土的保水性好；在混凝土拌合物静态放置的过程中有水或浆体流出，说明混凝土保水性非常不好。

混凝土拌合物的保水性一方面受胶凝材料颗粒对水的附着力和浆体影响粘性（水胶比）的影响，另一方面受骨料的细小颗粒（砂中小于 0.315mm 的颗粒含量不宜小于 15%）、骨料的级配以及外加剂性能的影响。

2 混凝土和易性各要素之间的关系

混凝土拌合物和易性受流动性、粘聚性和保水性三个因素的制约，这三个因素之间既相互联系，又相互制约。混凝土拌合物流动性的增加必然引起粘聚性和保水性的降低；拌合物粘聚性增加，有助于提高混凝土拌合物的保水性，但会降低其流动性；拌合物保水性降低，流动性提高，但粘聚性变差。混凝土配合比设计（或调整）的目的就是找出这三方面性质的一个平衡点，使混凝土拌合物既满足流动性要求，同时又具有较好的粘聚性和保水性。

2.1 流动性与粘聚性

混凝土流动性和粘聚性是一对矛盾体，混凝土拌合物的流动性大，颗粒间摩擦力就会变小，颗粒间的粘聚力就会降低，易于离析、发散，同样，混凝土拌合物的粘聚力增加，颗粒间的阻力增大，流动性也会降低。提高混凝土拌合物流动性通常有两种方式，一种是在保持混凝土水胶比不变的前提下增加拌合物浆体用量，浆体包裹在骨料表面起润滑作用，减少骨料之间的摩擦力，提高混凝土的流动性。另一种方法是适当提高减水剂和引气剂，增加减水剂的用量，可以在混凝土拌合物中释放出部分自由水，提高拌合物的流动性。

2.2 流动性和保水性

混凝土拌合物的流动性和保水性也是一对矛盾体，一般来说，混凝土流动性越大，保水性就会相对变差，反之亦然。但两者的关系并不是不可以协调解决，一方面可以通过选择与混凝土原材料适应性较好的外加剂，使用合适的掺量，既可以获得满意的拌合物流动性，也可以使拌合物保水性不降低，不出现泌水现象。另一方面，在配制混凝土时，将不同粒径的骨料搭配使用，降低空隙率，选择合理的砂率也能起到提高混凝土流动性，改善拌合物保水性。

2.3 粘聚性和保水性

混凝土拌合物的粘聚性和保水性是相辅相成的，粘聚性较好的混凝土拌合物其保水性也较好。

3 配合比参数对混凝土和易性的影响

3.1 浆体量

混凝土骨料间的摩擦力对拌合物的和易性具有重要影响，其大小受包裹在骨料颗粒表面浆体厚度的影响，即混凝土拌合物中的浆体量的影响。在浆体稠度不变（即水胶比不变）的情况下，混凝土拌合物中浆体量增加，骨料表面的浆体厚度增加，骨料颗粒间的距离变大，摩擦力降低，流动性增加。若浆体量过少，不能有效填充骨料间的空隙或对骨料表面包裹厚度不足，会容易使混凝土拌合物粘聚性变差，产生崩塌现象。但若浆体量过多，骨料用量降低，骨料颗粒间的距离过大，部分浆体容易从骨料间流失形成流浆现象。因此，混凝土拌合物水中浆体用量不能过多也不能太少。

3.2 水胶比

混凝土拌合物所产生的内在阻力来自浆体与骨料间的摩擦力和浆体的粘聚力对混凝土拌合物产生的粘滞力，浆体的粘聚力主要受水胶比大小的影响。混凝土水胶比减小，浆体中自由水用量变少，浆体稠度增大，拌合水不易泌出，混凝土拌合物的粘聚性和保水性增加，但浆体的稠度增加使流动阻力变大，流动性降低。若水胶比增大，浆体中自由水增加，浆体稠度降低，流动变形能力增加，过多的自由水容易从拌合物中流出，混凝土拌合物的保水性和粘聚性降低，易于分层离析和泌水现象的发生。减水剂时调整浆体稠度的一个有效手段，在水胶比不变的条件下，随着减水剂掺量的增加，浆体稠度降低，流动性增加。使用外加剂调整混凝土拌合物工作性时，应注意掺量对流动性、粘聚性和保水性的影响，防止使用不当造成分层离析、泌水。

3.3 砂率

砂率是表示混凝土中粗细骨料的组合比例大小的配合比参数，砂率的变化会引起粗、细骨料比例的改变，骨料总的比表面积和总空隙量也会发生改变。在混凝土浆体一定的条件下，存在一个合适砂率值，不但可以使骨料的混合空隙率最小，还能使骨料表面包裹一定厚度的砂浆层使骨料颗粒间的摩擦力较低，使混凝土拌合物流动性最大，且具有良好粘聚性及保水性，这个砂率值是该混凝土拌合物的最佳砂率（合理砂率）。砂率值超过最佳砂率值时，骨料的总比表面积和总空隙量都变大，在浆体量不变的情况下，填充骨料空隙的浆体增加，包裹在骨料颗粒表面的浆体变小，骨料间的距离变小，骨料间的摩擦力增加，混凝土流动性变差。若砂率过小，混凝土拌合物中粗骨料颗粒较多，拌合物中砂浆不足以填充粗骨料间的空隙，也没有足够的砂浆包裹在骨料表面。此时，混凝土拌合物的流动性变差，粘聚性和保水性降低，拌合物易产生骨料离析、水泥浆流失，甚至出现崩散现象。

4 混凝土原材料对和易性的影响

4.1 胶凝材料

胶凝材料是混凝土拌合物的重要组成材料，胶凝材料的品种、质量对混凝土拌合物的和易性具有重要影响。胶凝材料需水量的大小对混凝土拌合物的和易性具有直接影响，需水量较大的胶凝材料，混凝土拌合物要达到相同的坍落度需要较多的用水量或外加剂用量。例如，水泥的标准稠度用水量增加 1%，混凝土用水量增加 3～5kg/m3；优质粉煤灰具有减水作用，改善混凝土和易性，但烧失量较大的劣质粉煤灰具有较强的吸水性，增加混凝土拌合物的用水量或外加剂用量；矿渣粉吸水能力弱，合理的掺量可以提高混凝土拌合物的流动性，但粘聚性差和保水性变差，拌合物易泌水离析。

4.2 骨料

骨料的品种、级配、颗粒粗细及表面形状等因素对混凝土拌合物的和易性也具有重要的影响。例如，在配合比不变的情况下，粗骨料采用卵石拌制的混凝土的流动性通常大于碎石拌制的混凝土，同样细骨料采用河砂拌制的混凝土流动性大于机制砂混凝土；级配良好的骨料，空隙率通常较低，配制的混凝土和易性比级配较差的骨料拌制的混凝土要好；细度模数较小砂，表面面积较大，配制的混凝土保水性和粘聚性较粗砂配制的混凝土好，但流动性较差。

4.2.1 骨料的粒形

球形或近似球形的骨料，既有利于降低骨料间的摩擦力，也有利于降低骨料空隙率，使浆体充分包裹在骨料表面起润滑作用，提高混凝土流动性。针片状含量较大的骨料，骨料间摩擦力较大，不规则的粒形造成骨料空隙率增加，再加上不规则的骨料比表面积较大，造成包裹在骨料表面的浆体数量偏少，混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性均变差。因此，中低强度等级的一般混凝土，针片状含量应控制在 10% 以内，配制高强混凝土的骨料针片状颗粒含量应控制在 5% 以内。

4.2.2 骨料的级配

级配良好的骨料可以降低空隙率，在浆体不变的情况下，混凝土拌合物流动性达到最大。级配较差的骨料具有较大的空隙率，用于填充骨料间空隙的浆体增多，包裹在骨料颗粒表面起润滑作用的浆体减少。在浆体一定的条件下，包裹在骨料颗粒表面的浆体变薄，骨料颗粒间摩擦力增大，混凝土拌合物流动性变差，粘聚性下降。

4.2.3 骨料的空隙率

按照致密填充理论，骨料在混凝土拌合物中起骨架作用，骨料之间的空隙需要浆体来填充。骨料空隙率的波动直接影响填充空隙所需的浆体，骨料的级配进而粒形的超范围波动使其空隙率发生很大波动，造成填充浆体的波动而引起混凝土拌合物的和易性变化。骨料空隙增大时，混凝土拌合物的流动性和粘聚性变差。因此，生产实践中应尽量使用空隙率较低的骨料，或采用不同骨料的复配技术降低其混合空隙率，改善混凝土和易性。

4.2.4 细度模数

细度模数是衡量细骨料粗细程度的指标，细度模数的大小也会对混凝土的和易性产生影响。细度模数较大时，粗颗粒含量多，对粗骨料产生“干涉”影响，造成空隙率变大。使用细度模数较大的细骨料拌制的混凝土拌合物流动度变差，且容易出现拌合物干涩，保水性较差易泌水、离析。在使用细度模数较大的细骨料配制混凝土时，应适当提高砂率，必要时应增加胶凝材料用量来改善混凝土和易性。细度模数过小时，骨料比表面积增大，需水量增加，配制的混凝土拌合物保水性较好，发粘，流动性差。使用细度模数偏小的细骨料配制混凝土时，应适当提高外加剂掺量以控制用水量，适当降低砂率，必要时需要提高浆体用量来改变混凝土拌合物和易性。配制混凝土时，砂细度模数选用2.4～2.8的中砂，当细度模数不满足要求时，可以采用两种砂复配解决。

4.2.5 含泥量

骨料的含泥量对混凝土拌合物的影响主要表现在两个方面，一方面骨料中的泥具有较强吸水性，拌合物中的“游离”自由水量降低使流动性变差；另一方面骨料中的泥会吸附一定量的外加剂，造成外加剂有效量降低，减水率下降，混凝土拌合物的流动性下降，浆体粘聚性增加。

4.2.6 骨料吸水率

骨料的吸水率是一项重要的物理指标，骨料的吸水率的大小直接影响混凝土拌合物中“游离”自由水的数量，吸水率较大的骨料可以将混凝土拌合物的自由水吸入其内部造成拌合物中“游离”自由水减小，流动性变小，坍落度经时损失增大。一般来说，天然骨料的表面较为圆滑，人工骨料的表面多呈棱角状态，较天然砂的吸水率大。骨料表面毛细孔率大的石料较毛细孔率小的石料吸水率大，例如花岗岩的吸水率较青石的吸水率大。表面较粗糙的骨料在混凝土拌合物中流动性差，要达到相同的流动度，需水量较大。因此，骨料的吸水率宜控制在 1% 以下，不应超过 2%。

4.3 外加剂

水是混凝土中唯一的液态组分，对拌合物的和易性起着决定性的影响。混凝土拌合物中游离水的数量对混凝土拌合物的和易性产生直接影响，拌合物中自由水数量越多，固体颗粒间的阻力越小，流动性增加，但过多的自由水容易造成混凝土拌合的粘聚性和保水性降低。

外加剂已经成为混凝土拌合物的重要组分，但不同品种的外加剂作用效果也有很大差别。减水剂可以降低胶凝材料对水吸附，释放出较多的自由水，降低浆体的稠度，提高混凝土拌合物的流动性。但并非减水剂用量越大越好或者说减水率越高越好，过多的减水剂用量（或过高的减水率）容易造成浆体中自由水的增加，保水性降低，造成泌水、离析。引气剂虽然不能像减水剂那样释放自由水，但其引入的大量气泡可以产生“滚珠”效应，减少骨料颗粒间的摩擦力，提高流动性此外，引入的气泡可以使部分自由水分布于其表面，降低自由水的量，提高混凝土拌合物的保水性和粘聚性。在混凝土中添加适量的缓凝剂，可以延缓水泥的水化，提高拌合物工作性的保持能力。在混凝土拌合物中加入适量的增稠剂，可以提高混凝土的粘聚性和保水性，但随着掺量的增加，拌合物的流动性降低。