新拌混凝土工作性调整

新拌混凝土工作性的调整陈建奎北京工业大学教授前言现代混凝土的基本要求是“高性能、高早强增强和高耐久性”。其中，工作性放在首位是因为新拌混凝土的工作性好坏决定混凝土能否进行施工感应。而硬化混凝土出现质量问题绝大部分是由于新拌混凝土存在缺陷造成的。现代混凝土施工工艺应包括集中搅拌、远距离运输、泵送、振捣或不振捣。自密实自流平或水下浇筑等。混凝土的工作性必须满足施工工艺要求才能实现高效施工、保证工程质量。工作性是一个综合性指标并且可通过复合超塑化剂配方设计和配合比全计算法设计进行计算和调整得到工作性好的混凝土，遗憾的是目前大部分“专家”并不掌握这“两个设计”。一.新拌混凝土工作性的涵义二.坍落度及坍落度损失三.泌水、离析和“滞后泌水”四.新拌混凝土的填充性能五.水泥适应性一、新拌混凝土工作性的涵义新拌混凝土的质量取决于和易性和匀质性，它应满足混合，输送，浇筑的要求。工作性能定义为得到完全密实产物所需的功。混凝土的流变学行为可以用流变学术语：水泥浆的塑性和粘－弹性描述。工作性的情况决定混凝土能否使用。混凝土必需满足所需的工作性要求，工作性好的混凝土不应该产生过度的泌水或离析。工作性应包括：流动性，填充性，黏聚性和振实性。影响工作性的因素包括：用水量、浆体和集料用量，水泥浆的塑性，集料的最大尺寸和他们的形状和表面特性。掺外加剂，如塑化剂和引气剂可以改善工作性。工作性的测量方法(1)稠度(2)坍落度和坍落扩散度(3)密实因数试验(4)球体贯入试验(5)Vebe试验(6)流动度测定仪(7)漏斗试验所有这些工作性试验，他们之间没有可比性。到目前为止没有理想的试验工作性的方法。新拌混凝土工作性要素的分析FLC和HPC的工作性应满足现代混凝土施工工艺的要求，即：(1)大坍落度及坍落度损失小；(2)泌水小，抗离析，均匀性好；(3)可泵性好；(4)填充性好。只有将混凝土配合比设计与CPS配方设计结合才能取得最佳技术效果。HPC和FLC新拌混凝土工作性要素的分析可以认为复合超塑化剂（CSP）的配方设计时应解决三个主要矛盾：(1)大坍落度与坍落度损失的矛盾；(2)变形能力与抗离析性的矛盾；(3)流动性与粘聚性的矛盾。二、新拌混凝土坍落度损失在配制流态混凝土、商品混凝土、泵送混凝土和高性能混凝土时，为了满足施工工艺要求必须控制新拌混凝土的坍落度损失。主要控制初始坍落度和入泵前的坍落度，这二者之间是运输时间或工艺过程的要求。坍落度损失快时不能满足施工工艺的要求。如果初始坍落度较大(20cm)，同时要求坍落度不损失，这样会使混凝土凝结较慢、拌合物长时间保持大流动状态容易造成泌水和离析或使表面产生干缩裂缝。因此对于流态混凝土是根据施工工艺的要求控制坍落度损失，而不是坍落度不损失或损失越慢越好。因为对于泵送和浇筑工艺的混凝土以坍落度为15cm～18cm更有利。现将不同类型的混凝土所要求的初始坍落度列入表1。表-1各种混凝土所要的坍落度混凝土类型大流动砼泵送砼流态砼高性能砼自密实砼初始坍落度（cm）12～1515～1818～2218～2222～24影响流态混凝土坍落度损失的因素包括：(1)水泥的矿物组成；(2)游离水分的含量；(3)混合材和矿物细掺料的品种和掺量；(4)混凝土的配合比和强度等级；(5)环境因素的影响。1.水泥的成分对坍落度损失的影响水泥矿物组成、特别是C3A和C3S的含量，含碱量，混合材品种和掺量，石膏的形式和掺量，以及水泥粒子的形貌、颗粒分布和比表面积等都会影响坍落度损失的速度。其基本规律是：(1)含C3A高(8%)、碱含量高(1%)、比表面高的水泥使坍落度损失速度加快。(2)掺硬石膏作调凝剂的水泥、或在水泥粉磨过程中使部分二水石膏转变成半水石膏或无水石膏以及三氧化硫含量不足时，使坍落度损失难以控制或损失较快。(3)水泥中含活性大或需水量比大的混合材使坍落度损失较快，反之则损失较小(如石灰石粉、矿渣及粉煤灰等)。(4)水泥的形貌、颗粒组成及分布不合理(指磨机类型和粉磨工艺)使坍落度损失较快。(5)出厂温度较高的水泥(指散装水泥)使坍落度损失较快。2．游离水分的含量水泥浆体中存在结合水、吸附水和游离水，游离水的存在使浆体具有一定的流动性。这三种水分的比例在水泥水化过程中是变化的。水泥加水后、C3A开始水化、消耗大量水分产生化学结合水。随着初期水化进行产生大量凝胶，使分散体的比表面积大大增加，由于表面吸附作用产生大量吸附水(凝胶水)。结合水和吸附水的产生使游离水减少、浆体的流动性逐渐降低产生流动性经时损失。通过掺复合超塑化剂产生分散作用和控制水化过程可以使结合水和吸附水量减少、而游离水相应增多，因此能减小流动度损失。3．矿物细掺料的影响矿物细掺料对流态混凝土坍落度损失的影响主要在三个方面：(1)矿物细掺料的需水量比应小于100%，否则坍落度损失较快；(2)矿物细掺料的活性适中，活性大时使坍落度损失较快；(3)矿物细掺料的细度应适中，比表面积太大使混凝土用水量增大、坍落度损失加快。4．混凝土配合比及砂率的影响在配制流态混凝土时合适的砂率能保证好的工作性和强度，必须按公式计算得到最佳砂率。而传统配合比设计方法认为砂率越低强度越高，显然不能满足流态混凝土对工作性的要求。另外、实验证明砂率低时流态混凝土保水性差，容易产生泌水、离析和板结。砂率高时坍落度损失较快，不能满足工作性要求。砂率公式为：式中：Ves－干砂浆体积(l/m3)Ves=Vc+Vf+Va+VsVc.Vf.Va.Vs－分别表示水泥、细掺料、空气、砂子的体积(l/m)Ve－浆体体积(l/m3);Ve=W+Vc+Vf+Va;W－用水量(l/m3)砂率的因素影响由此式可以看到各种因素对砂率的影响：(1)砂率随着用水量增加而增大;(2)砂率随着浆体体积增加而减小;(3)砂率随着石子最大粒径的增大而减小。武汉中铁七局C20WCFASGSP17026656735119938%W/C=0。53容重：2426调整：WCFASGSP17827660775107142%W/B=0。535.环境温度的影响温度影响水泥水化和硬化速度，随着温度增高水泥水化和硬化速度加快。因此环境影响流态混凝土的坍落度损失速度。其表现为：(1)气温低于10℃时流态混凝土坍落度损失较慢或几乎不损失；(2)气温在15℃～25℃时，由于气温变化大使坍落度损失难以控制；(3)气温在30℃以上时，水泥的凝结时间并不进一步加快，同时气温变化范围小，因此坍落度损失反而容易控制。6.复合超塑化剂的作用上述各种因素都会影响流态混凝土的坍落度损失速度，但是最终通过掺复合超塑化剂使坍落度损失得到控制。为了满足这一要求必须针对影响坍落度损失的因素，根据混凝土的组成和配比，以及施工工艺要求实现复合超塑化剂的配方设计。其基本原则是：(1)CSP的相对减水系数(Mt)应满足流态混凝土的初始坍落度要求；(2)CSP的掺量决定流态混凝土初始坍落度的大小；(3)CSP等效缓凝系数(Nt)决定坍落度损失控制程度。(4)凝结时间差(Δt=t2-t1)决定流态混凝土的硬化速度。7.延缓坍落度损失的方法(1)增加超塑化剂掺量、提高初始坍落度;(2)调整CSP中缓凝组分的组成和剂量;(3)采用木钙配制泵送剂时其掺量不得超过0.15%，并且同时掺稳泡剂;(4)采用高效缓凝引气减水时应同时掺稳泡剂;(5)发现欠硫化现象时应补充可溶性SO3;(6)能延迟水化诱导期的早强剂也能控制坍落度损失;(7)适当降低砂率可延缓坍落度损失。以上延缓坍落度损失的方法可单独使用或复合使用，但是首先是CSP的等效减水系数和等效缓凝系数必须满足流态混凝土的工作性要求。三、泌水、离析和“滞后泌水”在新拌混凝土放置时，固相的塑性沉降使水泥浆上浮,非耐久性材料所形成的薄弱层包括冲淡的水泥浆和一些细集料。如果泌水是由于水的渗透引起的,不会产生不好的效果,如此“正常泌水”是无害的。因为水分蒸发使有效的水和水灰比减小,最终使水移向表面层。这即是泌水。在贫水泥的混合物中,水的迁移将一些小粒子带到表面层。泌水可能引起强度增加。增加水泥用量和添加外加剂，如火山灰或引气剂可使泌水的总量适当减少。可用测量泌水率和泌水量表示泌水特性，在混凝土的表面产生泌水时会引起“塑性收缩”。在混合物运送时候可能使一些粗集料从混合物中分离出来，造成混凝土质量不均匀，这即是离析。在一些例证中发现，离析可能导致产品的缺陷和蜂巢状开放孔产生。离析可能产生在输送、振捣或浇筑操作过程中。离析的主要因素是混合物中颗粒尺度和比重不同。用提高坍落度、减少水泥用量或增加集料的最大粒径和数量将增加离析的趋向。组成物正确的级配和操作可以使这一问题得到控制。泌水、离析和板结混凝土是多相聚集体，新拌混凝土的工作性很大程度上取决于混合物的均匀性和稳定性。如果混合物产生相分离，就会使材料组成不均匀，最终导致材料结构缺陷或结构破坏。如果新拌混凝土的保水性、粘聚性和稳定性不足以抵抗重力和其它外力(如振动、泵压等)的作用，就会产生泌水、离析和板结。图-1混合物产生离析状态图（一）流态混凝土的泌水和离析1.流态混凝土产生离析的主要原因配制流态混凝土时流动性与粘聚性失去平衡，当粘聚性低时混合物在重力或其它外力作用下产生相分离，破坏了材料组成的均匀性和稳定性，因而导致离析。通常泌水是离析的前奏，离析必然导致分层(板结)，在此情况下存在堵泵的危险性。但是少量泌水对防止混凝土表面裂缝产生有利，特别是夏季施工时。流态混凝土产生离析的主要原因：(1)砂率偏低使混合物保水性降低，或砂中含5mm豆石使实际砂率降低;(2)水泥用量少于250kg/m3，或0.25mm的粉料少于350kg/m3使浆体体积少于310L/m3;(3)石子级配不好，或采用单一粒级石子;(4)用水量偏大使混合物粘聚性降低;(5)CSP减水率高，并含易泌水组分。查明混凝土产生泌水和离析的原因后，通过调整混凝土配合比和CSP的掺量和成分完全可以解决这一问题。2.FLC的Ve、Ves和SP与抗离析性的关系以石子最大粒经25mm为例：(1)Ve＞330L，Ves≥430L时，拌合物具有好的工作性;(2)Ve＜330L，Ves＞430L时，不泌水、但粘聚性小、和易性较差;(3)Ve=330L，Ves＜430L时，保水性差、易泌水;(4)Ve＜330L，Ves＜430L时，严重泌水、离析、分层(板结)。3.“泌水-离析-分层”现象的产生和解决方法(见下图-2)4.胶凝材料、砂、石的体积与抗离析性的关系由表-1和表-2中的数据可以看出，这种C30防渗混凝土的配合比不合理，由于用水量太少，使浆体体积不够，因此拌合物和易性差，容易产生泌水和离析。表-1C30防渗混凝土从表-2的体积分析可以看出：编号No1：Ve=295《330L；Ves=398《430L,因此必然产生泌水。编号No4：Ve=295《330LVes=437＞430L，因此不泌水。但实际是泌水。其原因是采用了单一粒级的碎石，在此情况下必须提高砂率。对于№4：考虑采用单一粒级的因素，其砂率至少为42%(No3)。5.防止泌水和离析的措施(1)石子级配合理，单一粒级的石子应提高砂率3%～5%。(2)引气可减小泌水，特别是用卵石配制低标号混凝土时。(3)掺增稠剂可提高拌合物的粘聚性和保水性，防止泌水和离析。(4)合理的砂率能保证好的工作性和强度，流态混凝土的砂率应在40%～50%。产生泌水的主要原因是砂率偏低。(5)掺FA，特别是配制低标号FLC时FA掺量可大于20%,从而提高其保水性。(6)减少用水量或CSP的掺量，从而减小游离水量，提高拌合物的粘聚性。以上措施应针对具体情况分析产生泌水的原因，采取一种或综合方法。（二）“滞后泌水”现象流态混凝土试配试验时混合物工作性没问题，即初始坍落度、坍落度损失的控制、泌水率比和抗离析性等都符合要求。但是，