混凝土拌合物的工作性调整

一混凝土拌合物的工作性 混凝土拌合物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：水泥浆的塑性和黏弹性描述。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混凝土拌合物工作性要素的分析高性能混凝土的工作性，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。 只有将多组分混凝土配合比设计与泵送剂配方设计相结合就能取得最佳技术效果。高性能混凝土工作性要素的分析可以认为是泵送剂配方设计时应解决的三个主要矛盾： （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）流动性与黏聚性的矛盾。二沁水、离析和“滞后沁水” 在混凝土拌合物放置时，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胶比降低，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”。在拌合物运送时候可能使一些粗集料从混合物中分离出来，造成混凝土拌合物质量不均匀，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。集料正确的级配和操作可以使这一问题得到控制。 混凝土是多相聚集体，混凝土拌合物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。如果混凝土拌合物的保水性、黏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。(一)、高性能混凝土的泌水和离析1.高性能混凝土产生离析的主要原因 配制高性能混凝土时流动性与黏聚性失去平衡，当黏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。高性能混凝土产生离析的主要原因： (1) 砂石比例不合理使混合物保水性降低，或砂中含5mm豆石使实际砂率降低； (2) 胶凝材料用量少于250kg/m3，或浆体体积少于石子的空隙体积； (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黏聚性降低； (5) 泵送剂减水率过高或者超掺量，并含易泌水组分。 查明混凝土产生泌水和离析的原因后，通过调整高性能混凝土的配合比和泵送剂的掺量和成分完全可以解决这一问题。2.高性能混凝土砂子体积与拌合物抗离析性的关系 (1) 砂子体积正好填充满石子的空隙时，拌合物具有好的工作性； (2) 砂子体积没有填充满石子的空隙时，不泌水、但黏聚性小、和易性较差； (3) 砂子体积填充满石子的空隙有剩余时，保水性差、易泌水； (4) 砂子体积远远不能填充满石子的空隙时，严重泌水、离析、分层(板结)。3.“泌水-离析-分层”现象的解决方法 (1) 砂子体积正好填充满石子的空隙时，拌合物具有好的工作性，不需要调整； (2) 砂子体积没有填充满石子的空隙时，不泌水、但黏聚性小、和易性较差，需要增加砂子用量； (3) 砂子体积填充满石子的空隙有剩余时，保水性差、易泌水，需要减少砂子用量； (4) 砂子体积远远不能填充满石子的空隙率时，严重泌水、离析、分层(板结)，需要增加砂子用量。4.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强度等级混凝土时。 (3) 掺增稠剂可提高拌合物的黏聚性和保水性，防止泌水和离析。 (4) 合理的砂率能保证好的工作性和强度，高性能混凝土产生泌水的主要原因是砂率偏低。 (5) 掺粉煤灰，特别是配制强度等级高性能混凝土时粉煤灰掺量可大于20%，从而提高其保水性。 (6) 减少用水量或泵送剂的掺量，从而减小游离水量，提高拌合物的黏聚性。 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 高性能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，在施工时混凝土浇筑后，当时不泌水，而经过12h后产生大面积泌水，这种现象称为“滞后泌水”。产生滞后泌水的原因可能与矿物细掺料的吸水平衡有关。W2W- W1 式中： W细掺料的初始吸水量（kg）； W1细掺料的平衡吸水量（kg）； W2吸水平衡后放出的水量（kg）。 通常矿物细掺料为多孔性粒子(吸水率高)，混合物加水搅拌时粒子开始大量吸水(过饱和吸水W)，放置一定时间(12h)逐渐达到吸水平衡(W1)，同时释放出自由水(W2)。在此情况下W2的作用： （1）若拌合物的保水性差，释放出的自由水w2将导致混凝土滞后泌水； （2）若拌合物的保水性好，释放出的自由水w2将使拌合物的坍落度提高10mm20mm。当粉煤灰掺量大于18%配制高性能混凝土时，有时发生经时(60min)坍落度大于初始坍落度(10mm20mm)的情况。 高性能混凝土滞后泌水并不是普遍现象，是在一定条件下产生的。除了上述吸水平衡的原因之外，由于泵送剂缓凝作用过强使拌合物长时间保持大流动状态也是造成滞后泌水的原因。如果产生了滞后泌水，其解决方法是适当提高砂率和减小粉煤灰掺量。三混凝土拌合物的填充性能 混凝土拌合物的填充能力是评价混凝土工作性的一项指标。它不仅评价流动中混凝土的变形能力，而且也是评价抗离析性的重要依据。 通常变形能力与抗离析性是相互矛盾的。变形能力的提高导致抗离析能力减小。近年来外加剂的研究带来了新型混凝土。如HPC、自密实混凝土和水下混凝土，它们具有与普通混凝土不同的特性，即具有很好的填充能力。 混凝土拌合物在流动中没有障碍物的条件下，可以用坍落度和坍落流动值表示混凝土的工作度，但是在模板中有复杂钢筋的条件下浇注混凝土(要求不振捣自流平)时，坍落度和流动值就不能直接表示工作度。这样，必须用填充性这一指标来定量评价混凝土的工作性。 混凝土拌合物的填充能力取决于其变形能力和抗离析性。在低坍落度时，混凝土拌合物的填充能力主要由变形能力控制；而高坍落度时主要由抗离析性控制。 掺高效减水剂和缓凝剂复合的外加剂虽然能提高变形能力，解决大流动性混凝土坍落度损失问题，但是抗离析性没有改善，无法解决变形能力与抗离析性之间的矛盾。要解决这一矛盾，提高工作性，必须掺用增稠剂(或称稳定剂)。 增稠剂是一类能显著增加水的黏度的物质，它们是天然和合成的水溶性高分子化合物，如纤维素衍生物、聚丙烯酸钠、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、藻朊酸钠等。例如，只要有3的甲基纤维素就可以将水的黏度增加1万倍。使用增稠剂的目的在于提高分散介质的黏度，增加分散体系的稳定性，减少分层和离析。增稠剂作为外加剂掺入混凝土中，提高了水的黏度，从而影响混凝土拌合物的流变性质。通过矿渣浆剪切试验，研究抗剪力与纤维素增稠剂掺量之间的关系表明，少量增稠剂能减小抗剪力，但掺量大时抗剪力反而提高。增稠剂的掺量为矿渣粉重量0.2时，抗剪力为最小。 在配制自密实高性能混凝土时，由于无需振捣，因此要拌合物具有好的填充性能。只有拌合物的流动性(或变形能力)与抗离析性处于平衡时填充性能最好。 图1 流动性和抗离析与配合比因素之间的关系 图1表示，混凝土拌合物的流动性和抗离析与配合比因素之间的关系。当用水量、外加剂掺量增大时，流动性增大，而抗离析性降低。通过调整用水量、砂率以及泵送剂的组成和掺量使流动性与抗离析性达到平衡，在此情况下拌合物的填充性最佳(曲线3的阴影范围)。 混凝土拌合物的填充性是采用增黏剂和高效减水剂的掺量调整的，图1中的阴影区是具有好的填充性范围。它们主要用于下几个方面： （1）改善集料在水泥浆中的悬浮性，提高建筑物整体的填充能力。产生稳定和均匀的力学性能，减少在嵌入钢筋下的结构缺陷，增加对钢筋握裹力，减少深层建筑的顶筋效应。加强水化水泥浆和集料的结合，以提高混凝土的抗渗性。 （2）得到具有抗冲蚀性的流动性混凝土。增加水下混凝土的施工能力，降低混浊度，确保施工要求的力学性能。 （3）用于喷射混凝土，修补被破坏的建筑物，增加混凝土的抗下沉能力，便于厚楼层施工。这种特殊水泥灌浆料的流变性能适合于水下封堵大坝、海岸建筑物、大的基础或岩石的裂缝。可用于浇注后张力管，这种构件要求具有高抵抗沉降和泌水，确保钢筋应力。 从以上