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,再輔以其他直觀觀察或經(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:
    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;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?。航孛娉叽绱?,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
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、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砸部赡芟陆怠?

    (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。

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