混凝土坍落度及其经时损失的控制.docx

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混凝土坍落度及其经时损失的控制

混凝土坍落度及其经时损失的控制

文章发表于：

2010-10-1910:

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混凝土坍落度及其经时损失的控制

一、新拌混凝土和易性

1.1 新拌混凝土和易性的概念

新拌混凝土的和易性，也称工作性，是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇注、振捣）并获得质量均匀、成型密实的性能。

混凝土拌合物的和易性是一项综合技术性质，它至少包括流动性、粘聚性和保水性三项独立的性能。

流动性是指混凝土拌合物在自重或机械（振捣）力作用下能产生的流动并均匀密实地添满模板的性能。

粘聚性是指混凝土拌合物各组成材料之间有一定的粘聚力，不致在施工过程中产生分层和离析的现象。

保水性是指混凝土拌合物具有一定的保水能力，不致在施工过程中出现严重的泌水现象。

可见，新拌混凝土的流动性、粘聚性和保水性有各自的内涵，因此，影响它们的因素也不尽相同。

正是因为新拌混凝土的流动性、粘聚性和保水性有其各自独立的内涵，目前，尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法。

通常是测定混凝土拌合物的流动性，辅以其他方法或直接观察（结合经验）评定混凝土拌合物的粘聚性和保水性，然后综合评定混凝土拌合物的和易性。

测定流动性的方法目前有数十种，最常用的是坍落度试验方法。

将搅拌好的混凝土拌合物按一定方法装入圆台形筒内（坍落度筒，见图1），并按一定方式插捣，待装满刮平后，垂直平稳地向上提起坍落度筒，量测筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差（mm），即为该混凝土拌合物的坍落度值。

作为流动性指标，坍落度越大表示流动性越好。

实际施工时，混凝土拌合物的坍落度要根据构件截面尺寸大小、钢筋疏密和捣实方法来确定。

当构件截面尺筋较密，或采用人工捣实时，坍落度可选择大一些。

反之，若构件截面尺寸较大，或钢筋较疏，或采用机械振捣，则坍落度可选择小一些。

表1列出《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204－2002）关于选用坍落度的规定。

表1 混凝土浇筑时坍落度选择范围

结构种类坍落度/mm

基础或地面等的垫层、无配筋的大体积结构（挡土墙、基础等）或配筋稀疏的结构10～30

板、梁和大型及中型截面的柱子等30～50

配筋密列的结构（薄壁、斗仓、筒仓、细柱等）50～70

配筋特密的结构70～90

注：

a. 本表是采用机械振捣混凝土时的坍落度，当采用人工捣实混凝土时坍落度可适当增大；

　　b. 当需要配置大坍落度混凝土时，应掺用外加剂；

　　c. 曲面或斜面结构混凝土的坍落度应根据实际需要另行选定；

　　d. 泵送混凝土的坍落度宜为80～180mm。

根据浇筑时坍落度的不同要求，混凝土拌合物可分为四个等级，见表2。

表2 混凝土浇筑时的坍落度

名称级别坍落度（mm）

低塑性混凝土T110～40

塑性混凝土T250～90

流动性混凝土T3100～150

大流动性混凝土T4≥160

流态混凝土T5200～220

注：

坍落度检测结果，在分级评定时，其表达取舍至邻近的10mm。

混凝土从拌合到浇注，需要有一段运输和停放时间，这种随时间增长，混凝土和易性变差的现象，被称为混凝土坍落度经时损失。

混凝土都存在坍落度经时损失，只是有大有小，掺用外加剂尤其是传统的高效减水剂后，其坍落度经时损失要比不掺时的基准混凝土大，甚至只经过20～30min，坍落度即降低为初始值的1/2～1/3，这将直接影响外加剂的使用效果及混凝土的生产和施工。

1.2 混凝土坍落度及其经时损失试验方法

1.2.1 主要仪器设备

1）坍落度筒——坍落度筒是由薄钢板或其他金属制成的圆台形筒（见图1）。

底面和顶面应互相平行并与锥体的轴线垂直。

在筒外2／3高度处安两个把手，下端应焊脚踏板。

筒的内部尺寸为：

图1 坍落度筒及捣棒

底部直径（200±2）mm

顶部直径（100±2）mm

高    度（300±2）mm

2）捣棒（直径16mm，长600mm的钢棒，端部应磨圆）、小铲、尺、拌板、镘刀等。

1.2.2 试验步骤

1）润湿坍落度筒及其他用具，并把筒放在不吸水的刚性水平底板上，然后用脚踩住两边的脚踏板，使坍落度筒在装料时保持位置固定。

2）把按要求拌好的混凝土拌合物用小铲分三层均匀地装入筒内，使捣实后每层高度为筒高的1／3左右。

每层用捣棒插捣25次。

插捣应沿螺旋方向由外向中心进行，各次插捣应在截面上均匀分布。

插捣筒边混凝土时，捣棒可以稍稍倾斜。

插捣底层时，捣棒应贯穿整个深度，插捣第二层和顶层时，捣棒应插透本层至下一层的表面。

浇灌顶层时，混凝土应灌到高出筒口。

在插捣过程中，如混凝土沉落到低于筒口，则应随时添加。

顶层插捣完后，刮去多余混凝土并用抹刀抹平。

3）清除筒边底板上的混凝土后，垂直平稳地提起坍落度筒。

坍落度筒的提离过程应在5～10s内完成。

从开始装料到提起坍落度筒的整个进程应不间断地进行，并应在150s内完成。

4）提起坍落度筒后，量测筒高与坍落后的混凝土试体最高点之间的高度差，即为该混凝土拌合物的坍落度值（以mm为单位，结果表达精确至5mm）。

5）坍落度筒提离后，如试件发生崩坍或一边剪坏现象，则应重新取样进行测定。

二次仍出现这种现象，则表示该拌合物的和易性不好，应予记录备查。

6）测定坍落度后，观察拌合物的下述性质，并记入记录：

（1）粘聚性：

用捣棒在已坍落的拌合物锥体侧面轻轻击打，如果锥体逐渐下沉，表示粘聚性良好，如果锥体倒坍、部分崩裂或出现离析，即为粘聚性不好。

（2）保水性：

提起坍落度筒后如有较多的稀浆从底部析出，锥体部分的拌合物也因失浆而骨料外露，则表明保水性不好。

如无这种现象，则表明保水性良好。

7）出盘的混凝土拌合物按以上进行坍落度试验后得坍落度值H0；立即将全部物料装入铁桶或塑料桶内，用盖子或塑料布密封。

存放30min后将桶内物料倒在拌料板上，用铁锹翻拌两次，进行坍落度试验得出30min坍落度值H30；再将全部物料装入铁桶或塑料桶内，用盖子或塑料布密封。

存放60min后将桶内物料倒在拌料板上，用铁锹翻拌两次，进行坍落度试验得出30min坍落度值H60。

1.3 混凝土坍落度经时损失的机理

掺有高效减水剂的混凝土坍落度损失可归纳为物理原因和化学原因两个方面。

1）物理原因：

当高效减水剂掺入到水泥混凝土后，通过搅拌，水泥颗粒表面吸附高效减水剂分子，使得水泥粒子的Zeta电位提高。

带电粒子之间存在静电斥力与范德华引力，阻止了水泥颗粒凝聚。

水泥水化过程中，由于物理和化学分散作用，液相中的粒子增多，分散的粒子由于布郎运动、重力、机械搅拌等，使粒子表面吸附的高效减水剂随时间增加而减少，从而两水泥颗粒之间Zeta电位降低，相互间作用位能下降，产生凝聚，引起混凝土的坍落度经时损失。

2）化学原因：

研究表明，水泥浆流动度的经时变化与液相中高效减水剂的浓度有关。

由于水泥初期水化反应，高效减水剂的消耗引起液相中高效减水剂浓度的降低，对水泥的分散作用减弱，造成混凝土坍落度的损失。

另外，水泥水化产生CSH、Ca（OH）2等水化产物，会使新拌混凝土粘度增大，也是引起混凝土坍落度经时损失的原因之一。

二、影响混凝土坍落度及其损失的因素

2.1 单位体积用水量

单位体积用水量是指在单位体积水泥混凝土中，所加入水的质量，它是影响水泥混凝土工作性的最主要的因素。

新拌混凝土的流动性主要是依靠集料及水泥颗粒表面吸附一层水膜，从而使颗粒间比较润滑。

而粘聚性也主要是依靠水的表面张力作用，如用水量过少，则水膜较薄，润滑效果较差；而用水量过多，毛细孔被水分填满，表面张力的作用减小，混凝土的粘聚性变差，易泌水。

因此用水量的多少直接影响着水泥混凝土的工作性，而且大量的试验表明，当粗集料和细集料的种类和比例确定后，在一定的水灰比范围内（W/C＝0.4～0.8），水泥混凝土的坍落度主要取决于单位体积用水量，而受其他因素的影响较小，这一规律称为固定加水量定则，它为水泥混凝土的配合比设计提供了极大的方便。

2.2 水泥特性

水泥的品种、细度、矿物组成以及混合材料的掺量等都会影响需水量。

由于不同品种的水泥达到标准稠度的需水量不同，所以不同品种水泥配制成的混凝土拌合物具有不同的和易性。

通常普通水泥的混凝土拌合物比矿渣水泥和火山灰水泥的工作性好。

矿渣水泥拌合物的流动性虽大，但粘聚性差，易泌水离析。

火山灰水泥流动性小，但粘聚性最好。

此外，水泥细度对混凝土拌合物的工作性亦有影响，适当提高水泥的细度可改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性，减少泌水、离析现象。

水泥对混凝土坍落度经时损失的影响主要体现在水泥细度和化学参数两个方面。

水泥的比表面积越小，颗粒形状越接近球形，混凝土的和易性将越好，坍落度经时损失也越小。

影响混凝土坍落度损失的水泥化学参数中，C3A和C4AF的含量、C3A的形态、硫酸钙含量及形态、碱含量等是影响混凝土坍落度经时损失的主要因素。

水泥的矿物组成不同会影响减水剂的坍落度损失，因为水泥中不同的矿物组成成分对减水剂的吸附能力有大有小。

水泥中几种主要矿物对减水剂的吸附能力有大有小。

水泥中几种主要矿物对减水剂（表面活性剂类外加剂）吸附能力顺序如下：

C3A＞C4AF＞C3S＞C2S

在水泥加水搅拌后，外加剂随之被吸附到水泥颗粒表面。

按上述顺序减水剂很快被吸附到C3A及C4AF等表面，而水泥水化的顺序也是C3A＞C4AF＞C3S＞C2S。

C3A、C4AF水化很快，等到C3S、C4S开始水化时，液相中外加剂的浓度已变得很低。

随着水化时间的延续，水泥颗粒表面的电动电位值减小，因而混凝土和易性变差，坍落度下降。

水泥中的含碱量对减水剂的作用有很大的影响，因为水泥中的碱（Na2O•K2O）会加速水泥的早期水化速率，有明显的促凝和早强作用，导致需水量增大。

一般含碱量高的水泥使减水剂的流动性减小，且流动度的损失加快。

在混凝土坍落度上表现为用高碱量水泥的混凝土坍落度损失大。

C3A、C4AF含量高和高碱量的水泥，一般对水泥相容性不好，坍落度损失大是外加剂与水泥适应性不好的最常见现象。

萘系减水剂在水泥颗粒上的吸附率和水泥水化速率受碱含量、细度、C3A、石膏等影响，它们控制混凝土流动性损失率。

水泥中碱含量过低对混凝土坍落度损失也有影响，使用可溶碱含量低的水泥时，当减水剂惨量不足时会损失坍落度，且当剂量稍高于饱和点时，会出现严重的离析与泌水。

生产实际中曾多次发现，一些低碱水泥使用硫酸钠含量在20%左右的低浓萘系减水剂，其坍落度损失比较小，这与一般水泥掺萘系减水剂的规律完全相反。

水泥新标准实施后，水泥的生产与检验皆以水灰比为0.5为基准，但中高强度的混凝土低水灰比都比较小，一般都低于0.5，低水灰比时，混凝土所用水泥中硫酸钙溶解速度也是影响其流变行为的一个重要因素，因为溶解硫酸盐的水分很少，SO42-就少，使得有较多的C3A由于缺少硫酸根离子而与高效减水剂分子上的磺酸根基团键合，使液相中高效减水剂含量下降，加速坍落度损失。

试验表明，含半水石膏、二水石膏的水泥比含硬石膏、氟石膏的水泥有较少的工作度损失，原因是前者释放硫酸根离子比后者快。

2.3 集料特性

集料的特性包括集料的最大粒径、形状、表面纹理（卵石或碎石）、级配和吸水性等，这些特性将不同程度地影响新拌混凝土的和易性。

其中最为明显的是，卵石拌制的混凝土拌合物的流动性较碎石的好。

集料的最大粒径增大，可使集料的总表面积减小，拌合物的工作性也随之改善。

此外，具有优良级配的混凝土拌合物具有较好的和易性。

2.4 集浆比

集浆比就是单位混凝土拌合物中，集料绝对体积与水泥浆绝对体积之比，有时也用其倒数，称为浆集比。

水泥浆在混凝土拌合物中，除了填充集料间的空隙外，还包裹集料的表面，以减少集料颗粒间的摩阻力，使混凝土拌合物具有一定的流动性。

在单位体积的混凝土拌合物中，如水灰比保持不变，则水泥浆的数量越多，拌合物的流动性愈大。

但若水泥浆数量过多，则集料的含量相对减少，达一定限度时，就会出现流浆现象，使混凝土拌合物的粘聚性和保水性变差