普通混凝土的技術(shù)性質(zhì)(上篇)
(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、運輸、澆搗成型,并獲得質(zhì)量均勻密實的混凝土的一項綜合技術(shù)性能。通常用流動性、粘聚性和保水性三項內(nèi)容表示。流動性是指拌合物在自重或外力作用下產(chǎn)生流動的難易程度;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)生嚴重的泌水現(xiàn)象。
通常情況下,混凝土拌合物的流動性越大,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性,又具有良好的粘聚性和保水性。因此,不能簡單地將流動性大的混凝土稱之為和易性好,或者流動性減小說成和易性變差。良好的和易性既是施工的要求也是獲得質(zhì)量均勻密實混凝土的基本保證。
2.和易性的測試和評定。
混凝土拌合物和易性是一項極其復雜的綜合指標,到目前為止全世界尚無能夠全面反映混凝土和易性的測定方法,通常通過測定流動性,再輔以其他直觀觀察或經(jīng)驗綜合評定混凝土和易性。流動性的測定方法有坍落度法、維勃稠度法、探針法、斜槽法、流出時間法和凱利球法等十多種,對普通混凝土而言,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)代表混凝土的流動性。坍落度越大,則流動性越好。
粘聚性通過觀察坍落度測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定(見圖4-5b)。析出量大,保水性差,嚴重時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定
根據(jù)坍落度值大小將混凝土分為四類:
① 大流動性混凝土:坍落度≥160mm;
② 流動性混凝土: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。
對坍落度小于10mm的干硬性混凝土,坍落度值已不能準確反映其流動性大小。如當兩種混凝土坍落度均為零時,但在振搗器作用下的流動性可能完全不同。故一般采用維勃稠度法測定。
(2)維勃稠度法:坍落度法的測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,施加一個振動外力,測試混凝土在外力作用下完全填滿面板所需時間(單位:秒)代表混凝土流動性。時間越短,流動性越好;時間越長,流動性越差。見示意圖4-6。
圖4-6 維勃稠度試驗儀
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:實際施工時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 搗實方式:人工搗實,則坍落度選大些。機械振搗則選小些。
④ 運輸距離:從攪拌機出口至澆搗現(xiàn)場運輸距離較遠時,應考慮途中坍落度損失,坍落度宜適當選大些,特別是商品混凝土。
⑤ 氣候條件:氣溫高、空氣相對濕度小時,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 混凝土澆筑時的坍落度(mm) | |
構(gòu)件種類 |
坍落度 |
基礎或地面等的墊層、無配筋的大體積結(jié)構(gòu)(擋土墻、基礎等)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、簡倉、細柱等) |
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性的決定因素。用水量增大,流動性隨之增大。但用水量大帶來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、強度和耐久性。大量的實驗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。這一定則對普通混凝土的配合比設計帶來極大便利,即可通過固定用水量保證混凝土坍落度的同時,調(diào)整水泥用量,即調(diào)整水灰比,來滿足強度和耐久性要求。在進行混凝土配合比設計時,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計規(guī)程》按表4-12選用,再通過試配調(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 | |||||||||
項目 |
指標 |
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的平均取值,如采用細砂,每立方米混凝土用水量可增加5~10kg,采用粗砂時則可減少5~10kg。
2. 摻用各種外加劑或摻合料時,可相應增減用水量。
3. 本表不適用于水灰比小于0.4時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性;在混凝土凝結(jié)硬化以后,主要賦予粘結(jié)強度。在水灰比一定的前提下,漿骨比越大,即水泥漿量越大,混凝土流動性越大。通過調(diào)整漿骨比大小,既可以滿足流動性要求,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,相當于單位用水量增大,水泥漿很稀,拌合物流動性也隨之增大,反之亦然。用水量增大帶來的負面影響是嚴重降低混凝土的保水性,增大泌水,同時使粘聚性也下降。但水灰比也不宜太小,否則因流動性過低影響混凝土振搗密實,易產(chǎn)生麻面和空洞。合理的水灰比是混凝土拌合物流動性、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,表達式為:
(4-7)
式中:
——砂率;
S——砂子用量(kg);
G——石子用量(kg)。
砂率對和易性的影響非常顯著。
① 對流動性的影響。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,潤滑作用下降,使混凝土流動性降低。所以砂率超過一定范圍,流動性隨砂率增加而下降,見圖4-7a。
圖4-7 砂率與混凝土流動性和水泥用量的關系
② 對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。但砂率過大,當水泥漿不足以包裹骨料表面時,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,使混凝土流動性達最大值?;蛘咴诒3至鲃有圆蛔兊那闆r下,使水泥漿用量達最小值。如圖4-7b。
合理砂率的確定可根據(jù)上述兩原則通過試驗確定。在大型混凝土工程中經(jīng)常采用。對普通混凝土工程可根據(jù)經(jīng)驗或根據(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。對細砂或粗砂,可相應地減少或增大砂率;
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,應相應增大或減小砂率;按每增大20mm,砂率增大1%的幅度予以調(diào)整。
③只用一個單粒級粗骨料配制混凝土時,砂率值應適當增大;
④摻有各種外加劑或摻合料時,其合理砂率值應經(jīng)試驗或參照其他有關規(guī)定選用;
⑤對薄壁構(gòu)件砂率取偏大值。
(5)水泥品種及細度
水泥品種不同時,達到相同流動性的需水量往往不同,從而影響混凝土流動性。另一方面,不同水泥品種對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性比普通水泥小。在流動性相同的情況下,礦渣水泥的保水性能較差,粘聚性也較差。同品種水泥越細,流動性越差,但粘聚性和保水性越好。
(6)骨料的品種和粗細程度
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性較好,但粘聚性和保水性則相對較差。河砂與山砂的差異與上述相似。對級配符合要求的砂石料來說,粗骨料粒徑越大,砂子的細度模數(shù)越大,則流動性越大,但粘聚性和保水性有所下降,特別是砂的粗細,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性,并具有良好的粘聚性和保水性。詳見第五節(jié)。
(8)時間、氣候條件
隨著水泥水化和水分蒸發(fā),混凝土的流動性將隨著時間的延長而下降。氣溫高、濕度小、風速大將加速流動性的損失。
4.混凝土和易性的調(diào)整和改善措施
(1)當混凝土流動性小于設計要求時,為了保證混凝土的強度和耐久性,不能單獨加水,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)當坍落度大于設計要求時,可在保持砂率不變的前提下,增加砂石用量。實際上相當于減少水泥漿數(shù)量。
(3)改善骨料級配,既可增加混凝土流動性,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。當粘聚性不足時可適當增大砂率。
(二)混凝土的凝結(jié)時間
混凝土的凝結(jié)時間與水泥的凝結(jié)時間有相似之處,但由于骨料的摻入,水灰比的變動及外加劑的應用,又存在一定的差異。水灰比增大,凝結(jié)時間延長;早強劑、速凝劑使凝結(jié)時間縮短;緩凝劑則使凝結(jié)時間大大延長。
混凝土的凝結(jié)時間分初凝和終凝。初凝指混凝土加水至失去塑性所經(jīng)歷的時間,亦即表示施工操作的時間極限;終凝指混凝土加水到產(chǎn)生強度所經(jīng)歷時間。初凝時間希望適當長,以便于施工操作;終凝與初凝的時間差則越短越好。
混凝土凝結(jié)時間的測定通常采用貫入阻力法。影響混凝土實際凝結(jié)時間的因素主要有水灰比、水泥品種、水泥細度、外加劑、摻合料和氣候條件等等。
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