影響混凝土和易性的幾個關鍵因素

朱建忠,趙 亮

(1.陜西省彬縣水利局水利工作隊,陜西彬縣 713500;2.陜西省渭南市防汛物料儲備中心,陜西 渭南714000)

混凝土和易性是混凝土混合物在拌和、輸送、澆注、搗實、抹平一系列操作過程中,在消耗一定能量情況下,能使混凝土達到穩定和密實的一種性能[1～4]。和易性是一項綜合的技術性質,它與施工工藝密切相關,通常,包括有流動性、保水性和粘聚性三方面的含義。流動性是指新拌混凝土在自重或機械振搗的作用下,能產生流動,并均勻密實地填滿模板的性能。粘聚性是指新拌混凝土的組成材料之間有一定的粘聚力,在施工過程中,不致發生分層和離析現象的性能。保水性是指新拌混凝土具有一定的保水能力,在施工過程中,不致產生嚴重泌水現象的性能。

新拌混凝土的和易性是流動性、粘聚性和保水性的綜合體現,新拌混凝土的流動性、粘聚性和保水性之間既互相聯系,又常存在矛盾。因此,在一定施工工藝的條件下,新拌混凝土的和易性是以上三方面性質的矛盾統一。混凝土的和易性對混凝土工程施工質量起著關鍵的作用,如混凝土的密實程度、強度、施工的難易、外觀質量起著決定性的作用,筆者從事水利、公路工程監理工作多年,根據對混凝土配合比設計試驗實踐和觀察的結果對決定混凝土和易性的關鍵因素從以下方面進行分析,提出嚴格按照規范并經監理工程師批準的混凝土設計配合比施工的條件來保證混凝土和易性的措施。

1 影響和易性的因素

1.1 水泥用量與稠度影響

混凝土工程的施工過程是要求在較小的震動力作用下,使混凝土產生流動,在最短的時間充填滿一定形狀的模板之中,這就要求混凝土具有良好的流動性,為此當混凝土拌合物在自重或外界振動力的作用下要產生較快的流動,必須克服其內在的阻力,拌合物內在阻力主要來自兩個方面,一是骨料間的摩擦力,另一個是水泥漿與骨料的摩擦力和由水泥漿的粘聚力對整個混凝土產生的粘滯力,骨料間摩擦力的大小主要取決于骨料顆粒表面水泥漿層的厚度,即水泥漿在混凝土單位體積中的數量,水泥漿的粘聚力大小主要取決于水泥漿的干稀程度,亦即水泥漿的稠度,而水泥漿的稠度又取決于水灰比的大小。

混凝土拌合物在保持水灰比不變的情況下,水泥漿量越多,包裹在骨料顆粒表面的漿層就越厚,對骨料顆粒間的潤滑作用就越好,使骨料間摩擦力減小,混凝土拌合物流動性就大,反之則小。但若水泥漿量過多,混凝土骨料用量就要減少,就會出現流漿及泌水現象,而且加大了水泥的用量,使混凝土的成本增加,不是經濟之策。混凝土配合比實質上是粗骨料的空隙用細骨料填充,細骨料的空隙以水泥填充,以水來促使水泥的硬化和所用材料均勻組合。若水泥漿量過少,致使不能填滿骨料間的空隙或不夠包裹所有骨料表面時,則拌合物會產生崩塌現象,粘聚性變差,所用材料不能均勻組合,更重要的是造成混凝土的密實度減小,引起強度的降低。由此可知,混凝土拌合物水泥漿用量不能太少,但也不能過多,應以最經濟的用量滿足拌合物流動性要求。

在保持混凝土水泥用量不變的情況下若減少拌合水用量,水泥漿則變稠,水泥漿的粘聚力增大,混凝土的粘聚性和保水性會變好,而流動性則減小。但當混凝土用水量過少時,由于水灰比過低,流動性較小,較大的粘聚性致使混凝土發澀而流動性太差,給施工增加難度,在一定施工條件下難以成形和密實,同樣會使混凝土的設計強度達不到預期的要求。若增加用水量則情況相反,加水過多時,水灰比變得過大,這時過稀的水泥漿導致混凝土拌合物流動性加大,由此混凝土將產生嚴重的分層離析和泌水現象,對混凝土的強度和耐久性產生嚴重影響。因此,在做混凝土配合比設計試驗驗證時和施工過程中絕不可以單純以加水的方法來增加流動性,而應采取在保持水灰比不變的條件下,根據工程的具體施工條件,用調整水泥漿用量的辦法來調整拌合物的流動性,以滿足配合比設計和施工的要求。

混凝土的產生不能沒有水,沒有水水泥無用武之地,混凝土不會硬化成形,但在混凝土成形時,水必然占據了一定的體積空間,當混凝土成形,水分蒸發后,會在混凝土中留下與水占據空間同體積的空洞,因而混凝土生產用水量的大小與混凝土成形后水分蒸發留下空洞的大小基本是一致的,混凝土空洞是混凝土生產的必然產物,而空洞的多少制約著混凝土的密實度和外觀,從而影響著混凝土的強度,對建筑物的質量與美觀至關重要。從以上論述足以說明,無論是水泥數量的影響,還是水泥稠度的影響,影響混凝土拌合物和易性的決定性因素實際都是水的影響。因此,混凝土的產生是無水不成,水多不能,采取科學的經濟的用水量,是設計和生產優質、經濟、美觀、適用的混凝土的關鍵。

1.2 砂率的影響

砂率是指混凝土中砂的質量占砂、石總質量的百分比。砂率是表示混凝土中砂子與石子二者的組合關系,砂率的變動,會使骨料的總表面積和空隙率發生變化,因而影響混凝土拌合物的和易性的變化。當砂率過大時,骨料的總表面積和空隙率也隨之增大,在混凝土中水泥漿用量一定的情況下,骨料顆粒表面水泥漿將相對減薄,骨料間的摩擦力增大,拌合物就顯得干澀,流動性就變小,如果想要使混凝土保持流動性不變,則需增加水泥漿用量,將會使單位體積混凝土的水泥消耗量加大,使混凝土的成本增加。反之,若砂率過小,拌合物中石子明顯多于砂子,混凝土中砂漿量不足以包裹石子表面,并不足以填滿石子間空隙,會使混凝土的密實度不足和強度降低,由于石子間沒有足夠砂漿作潤滑層,混凝土拌合物的流動性不但會降低,隨之嚴重影響其粘聚性和保水性,使混凝土產生骨料離析、水泥漿流失,甚至出現崩散現象,給施工造成不便,混凝土成形困難,生產出的混凝土成形畸屈,外觀缺陷,強度不足。因此,合理選擇砂率,仍是設計好混凝土配合比和生產優質、經濟、美觀、實用的混凝土的關鍵。

所謂合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情況下,能使混凝土拌合物獲得最大的流動性,且能保持良好粘聚性及保水性,密實度最大,強度符合配合比要求的砂率值。

1.3 組成材料性質的影響

1.3.1 水泥品種的影響

大量的試驗數據表明,在水泥用量和用水量一定的情況下,采用礦渣水泥或火山灰水泥拌制的混凝土拌合物,其流動性比用普通水泥較小,這是因為前者水泥的密度較小,所以在相同水泥用量時,它們的絕對體積較大,在相同用水量情況下,水泥漿的稠度較大,混凝土的塌落度就較小,若要達到同樣的塌落度,礦渣水泥或火山灰水泥每立方米混凝土的用水量應較普通水泥的量稍大一些,另外,礦渣水泥拌制的混凝土拌合物泌水性較大,在混凝土配合比設計及施工中應引起注意。

1.3.2 骨料性質的影響

骨料性質指混凝土所用骨料的品種、級配、顆粒粗細及表面形狀等。在混凝土骨料用量一定的情況下,采用卵石和河沙拌制的混凝土拌合物,其流動性、和易性比碎石和山砂、機制砂拌制的要好;用級配較好的骨料拌制的混凝土拌合物其流動性、和易性比級配較差的骨料拌制的混凝土拌合物要好;用細砂拌制的混凝土拌合物的粘聚性和保水性較好,但流動性、和易性較差。

1.3.3 外加劑的影響

影響混凝土拌合物和易性的決定性因素是水,混凝土強度的決定因素是水灰比,因此,合理的水灰比,較少的用水量,對混凝土的強度質量至關重要。要想在較少的用水量,使混凝土的和易性較好,這是一對較難于解決的矛盾,因此,人們一直在尋求讓少量的水來發揮較多水的作用的途徑,目前主要是在混凝土拌和用水中摻加表面活性劑的方法來降低水的表面張力。摻加表面活性劑后水與水泥的親和力增加,水泥漿更容易充分分散、均勻的分布于粗骨料的表面,從而降低了粗骨料之間的摩擦力,使混凝土的和易性變好。特別是陽離子型的表面和性劑,更能增加水泥漿與粗骨料的吸附性和粘結力,可使混凝土的粘聚性和保水性及強度有所提高,這就是在混凝土拌合物摻入減水劑或引氣劑的目的,明顯的提高了混凝土的流動性、和易性。引氣劑還可以有效的改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性,二者還分別對硬化混凝土的強度與耐久性十分有利。

1.4 拌合物拌和、運送、擱置時間及環境溫度的影響

混凝土拌合物的拌制時間應根據所用機械設備的不同來確定,或根據拌和試驗確定,拌和的時間不足混凝土拌合物會不均勻,且干稠,塌落度變小,流動性不滿足施工的要求,影響混凝土的強度和外觀質量。拌和時間也不宜過長,雖流動性較好,但會引起混凝土骨料的離析,同樣影響混凝土的強度和外觀質量。混凝土拌合物一般不得靜止擱置,隨著時間的延長會變得越來越干稠,塌落度將逐漸減小,這是由于拌合物中的一些水分逐漸被骨料吸收和蒸發,以及水泥的水化與凝聚等作用造成,故混凝土拌合物的運輸,要求使用專用的、可使混凝土不斷進行攪拌的車輛,以防止震動發生沉積結塊,影響工地施工。混凝土拌合物的和易性還受溫度的影響,溫度高時混凝土水分蒸發及水泥的化學反應速度將更快,塌落度損失的也更快,所以在合理選擇用水量時,為保證一定的和易性,還要考慮環境溫度的高低。

2 保證混凝土和易性的管理措施

配合比的設計是試驗檢測人員預先按照規范、規程,并結合考慮結構物類型、施工條件、施工環境、施工企業管理水平、施工技能等因素,在保證混凝土構件實體檢測強度符合設計和規范要求,并能夠滿足現場實際施工需要的和易性等因素而預先設計好的,是個不變的值。而混凝土生產是動態變化的,諸多生產因素或由于許多可變因素可能會超出原設計者的考慮,因此,必須采用有效的動態管理措施,以確保混凝土配合比例和塌落度符合要求,即嚴格按照經監理工程師批準的混凝土設計配合比進行施工,以保證混凝土施工和易性要求。在發生條件變化需要進行變更時,如混凝土運輸距離超過預先值,坍落度損失過大,砂石原材料變化等因素而使塌落度變化,需要對混凝土生產及配合比進行重新設計和報批,嚴禁采用隨意調整配合比的辦法(主要是隨意加減水量)來調整混凝土坍落度以滿足現場施工需要。筆者根據多年的施工經驗,提出保證混凝土和易性的措施,可供混凝土生產技術、試驗檢測人員參考。

2.1 坍落度的選擇確定

坍落度選擇應綜合考慮混凝土輸送方式、輸送距離、輸送設備及性能、振搗方式和混凝土結構種類等因素。結構種類應查閱設計文件,弄清楚是密筋結構還是疏筋結構或素混凝土結構。初選混凝土坍落度,按照施工技術規范、試驗規程及試驗經驗選擇,選擇后應進行試配,必要時進行試驗澆注,如制作試驗柱,進行試澆,再根據澆注的和易性和試驗柱外觀等進行調整。

2.2 攪拌站建設及拌和時間控制

為了便于控制和管理,大中型水利工程、公路工程每個合同段應視工程規模建設集中混凝土攪拌站,必須采用強制式攪拌機,實行工廠化管理,有利于質量控制;小型工程也要根據施工合同及現場情況,建議使用集中拌制,強制式攪拌機。砂石料分格倉墻,配料斗分割板都應有一定的高度,避免串料,以確保混凝土設計配比不變。目前,福建、廣東等省高速公路采用標準化施工管理,拌合站的砂石料倉實行大棚封閉,水泥、砂石材料采用封閉管道上料,徹底改變了過去受降雨、塵埃的影響,對于保證混凝土配比的準確性和設計塌落度起到了很好作用,也保證了操作人員的身體健康。大中型工程攪拌設備必須使用電腦控制設備,配比設定應監理旁站監督,并使用封條封死,嚴禁隨意改動配合比例,并嚴格控制拌和時間。生產期間,混凝土拌合站的試驗檢測、現場監理人員應經常檢查實際配比情況,堅決杜絕人為隨意調整。

2.3 建筑材料的選擇和質量控制

開工前,應對水泥、砂石料等地材廠(場)進行考察,選擇質量穩定,信譽高的企業,并按照規范進行料源材料檢驗,以選定合適的建筑材料;材料進場后,承包人、監理應按照施工規范要求的頻率、方法進行試驗檢測,對于不合格材料嚴格清退出場;承包人、監理試驗檢測人員,必須在混凝土拌合站出料口、工地澆注施工現場按照規范規定的頻率進行坍落度檢測,如發現變化,應立即匯報上級檢測、技術負責人進行處理。

2.4 施工前饋控制及施工中的質量控制

開工前,承包人質檢、監理人員應檢查施工準備情況,檢查施工準備是否充分,如設備、人員、施工便道情況、供電、供水,天氣情況,有無防雨等緊急事故應急措施等,不具備開工條件的不允許開工;施工中,承包人技術、質檢人員應跟班作業,監理人員應進行旁站監督,檢查現場施工的方法、工藝是否符合經監理批準的施工方案,特別是振搗方式、進料方式是否與初選方案一致,否則也保證不了混凝土的設計坍落度和施工和易性。對施工便道應安排專人進行保養、維修,保證施工便道通暢。混凝土開盤必須經監理工程師批準,主要考慮砂石料等材料準備是否充分,是否檢驗合格,天氣情況是否有利于混凝土澆筑,施工便道通暢情況等。經檢查確認具備混凝土開盤條件,方準開盤澆筑。

2.5 完善管理措施和制度

承包人建立完善的質檢保證體系,試驗檢測、混凝土拌合站管理制度,加強現場管理和質量控制;加強對職工的思想道德、執業準則教育,嚴禁混凝土施工隨意改變材料的規格、牌號及施工配比,嚴禁采用對混凝土隨意加水來調整混凝土坍落度。監理單位應認真履行監理合同,加強施工程序文件的審核,現場監理必須按照監理規范進行試驗旁站監督,上一級監理機構必須加強工地巡查和對監理人員的監督管理,這些都是保證混凝土質量的關鍵因素。

2.6 坍落度的調整

當遇到施工條件等因素的變化,確實需要對混凝土的坍落度進行調整,以保證混凝土和易性時,試驗人員應收集變化后的施工條件諸因素,重新進行混凝土配合比例設計,并嚴格按照配合比例設計程序進行申報,監理工程師應按照規范,做平行試驗進行驗證,經監理工程師驗證試驗審批同意后,方準按照調整的配合比例進行施工。

3 結 語

混凝土的和易性對混凝土工程施工質量起著關鍵的作用,混凝土拌和物的和易性的好壞直接影響混凝土的質量,混凝土拌和料具有良好的和易性,是確保工程質量、加快施工進度的核心內容。在施工管理過程中,只有采取有效的預防措施,才能保證工程的質量與施工的進度。

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