高性能混凝土水膠比測試方法應用研究

劉　曉（中鐵二十四局集團安徽工程有限公司，安徽合肥230011）

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高性能混凝土水膠比測試方法應用研究

劉曉（中鐵二十四局集團安徽工程有限公司，安徽合肥230011）

高性能混凝土是提高混凝土結構耐久性的基本措施，而水膠比是影響混凝土耐久性的重要因素，混凝土的水膠比控制是高性能混凝土耐久性質量控制的重要內容之一。本文采用基于混凝土稠度與水膠比相關關系原理的FCT101新拌混凝土測試儀，研究其測試高性能混凝土水膠比的準確性。結果分析表明FCT101新拌混凝土測試儀可進行同等或類似條件下混凝土水膠比的測試，對于現場施工混凝土，可設定FCTM基準值，每次測試的FCTM值與基準值做比較，從而實現對混凝土水膠比的大致判斷，實現對混凝土的強度和耐久性的超前控制。

高性能混凝土；水膠比；新拌混凝土測試儀；超前控制

1　引言

在工程實際施工過程中，由于原材料性能波動、計量偏差、天氣變化等因素的影響，混凝土澆筑前的水膠比易發生波動，導致混凝土后期強度和耐久性的不可預知性。因此，施工過程中混凝土水膠比的監測與控制非常關鍵。

新拌混凝土水膠比的測定在國內外已有廣泛研究。現行測試新拌混凝土用水量的標準方法是BS1881：2：1970中所規定的試驗方法，該方法的缺點是沒有考慮新拌混凝土由于水化反應對水膠比造成的影響。Nischer提出的測定方法是將新拌混凝土與占其質量10%的酒精混合后燃燒，反復進行，以該過程中的質量損失作為混凝土的含水量。另外，采用估算熱中子的散射度也可以測定新拌混凝土含水量，其方法是在拌合物中放置一個輻射源，由于氫是影響熱中子散射和減速的主要成分，且氫幾乎只與水結合，因此通過核子測定可以確定混凝土中的含水量值［1］。日本和歐美在20世紀70年代末至80年代初先后研制出快速測定新拌混凝土水膠比、分析混凝土組成的測試設備，并經過不斷改進，已經形成了成熟技術。近些年，我國引進國外先進測試設備，結合已有研究成果，形成了一整套新拌混凝土質量控制技術。如武漢理工大學水中和等人將FCT等設備用于工程現場混凝土成分測定，通過建立混凝土強度與水膠比之間的關系，提出了混凝土超前質量控制技術［2］。

水膠比的變化在影響高性能混凝土強度的同時，對混凝土的耐久性參數諸如混凝土電通量、抗滲性等也會產生較大影響。本文研究了基于混凝土稠度與水膠比相關關系原理的新拌混凝土測試儀測試高性能混凝土水膠比的適應性，提出可實現對現場施工混凝土水膠比進行超前控制的方法。

2　原材料及試驗方法

2.1混凝土原材料及配合比

水泥：P.O.42.5水泥，比表面積300～350m2/kg；粉煤灰：F類Ⅱ級粉煤灰，需水量比小于100%；粒化高爐礦渣粉：S95級磨細粒化高爐礦渣粉，比表面積400～450m2/kg；細骨料：Ⅱ區中砂，含泥量小于2.0%；粗骨料：5～20mm碎石，含泥量小于0.5%，泥塊含量為 0.0%；外加劑：聚羧酸高性能緩凝型減水劑，摻量1.0%，減水率大于25.0%。

混凝土試驗配合比如表1所示。以編號為P03的配合比為基準配合比，其余配合比在其基礎上保持其他組分不變，只調整混凝土的用水量。

表1　試驗混凝土配合比（kg/m3）

2.2試驗方法

FCT101新拌混凝土測試儀（圖1）原理：混凝土的稠度與混凝土的水膠比、強度存在對應關系。通過測定探頭在混凝土中的旋轉阻力來表示混凝土的稠度值（FCTM），查找儀器的標定存儲的各種稠度值對應的水膠比、強度、坍落度等。

圖1　FCT101新拌混凝土測試儀

采用FCT101新拌混凝土測試儀測試新拌混凝土水膠比；并通過不同時間現場施工的同一混凝土的測試結果，同時成型電通量試件測試不同混凝土耐久性，進一步驗證FCT101新拌混凝土測試儀測試新拌混凝土水膠比的準確性。

2.3試驗結果及分析

按表1的混凝土配合比進行室內試驗，混凝土拌合均勻后，采用FCT101新拌混凝土測試儀測試新拌混凝土水膠比，測試結果如表2所示。

表2　水膠比測試結果

試驗結果表明，混凝土的流動性隨水膠比的降低而降低。水膠比為0.33時FCT101新拌混凝土測試儀的旋轉葉片阻力已超過儀器的量程；而水膠比達到0.39，混凝土離析泌水后抓底，儀器已無法測試。從表2中可以看出，在測試的范圍內，對不同水膠比的混凝土，測試儀葉片在混凝土中的旋轉阻力FCTM值與混凝土的流動性有著明顯的對應關系，將預測值與實際值進行偏差分析，結果表明采用FCT101新拌混凝土測試儀預測水膠比與實際水膠比的偏差小于10%，初步認為可以對現場施工的混凝土水膠比進行測試。

初步分析認為通過FCTM值在儀器中查找存儲的各種稠度值對應的水膠比有一定的偶然性，即便是采用了繪制的自身水膠比與稠度的關系特征曲線仍然難以準確預測，而儀器葉片在混凝土中的旋轉阻力（FCTM）可否作為直接指標反映混凝土的水膠比還存疑問，為此通過不同時間現場施工混凝土的測試結果進一步驗證。

3　現場試驗

現場混凝土施工時，利用FCT101新拌混凝土測試儀對13盤出機混凝土的FCTM進行了測試，并將每次測試的混凝土成型電通量試塊測試其56d電通量，試驗結果如表3所示。現場施工混凝土FCTM值如圖2所示。

圖2表明：①現場施工混凝土FCTM值在298～600之間，最大值比表2中基準配合比的1078低428，如按表2可推測現場混凝土水膠比比實際要大得多；②56d混凝土電通量與FCTM值的呈近似相反規律，即FCTM值越大，56d電通量越小。對比表2中水膠比為0.37的配合比測得的FCTM值為749，如按照FCT101儀器本身的校定施工混凝土的水膠比大致為0.39，但實際測試混凝土狀態較好，這與表2室內試驗0.39水膠比離析泌水現象矛盾。為什么室內試驗與現場試驗測到的數據相差如此之大呢？

圖2　施工混凝土FCTM值測試結果

分析認為試驗混凝土配合比水膠比為0.35，且摻有20%左右的礦粉，在此低水膠比下，室內攪拌的混凝土漿體會顯得較粘、難鏟。繼續減小用水量，混凝土越來越粘，因而室內試驗出現水膠比為0.33時FCT101新拌混凝土測試儀的旋轉葉片阻力已超過儀器的量程的現象。現場混凝土攪拌采用大方量雙軸強制性攪拌機，其攪拌效果大大優于室內單軸式強制性攪拌機，混凝土減水劑的效用得到更大的發揮，另外現場攪拌時會從空氣引進較多的氣泡，使得混凝土含氣量增大，混凝土的和易性得到改善。因而現場攪拌的混凝土測得的FCTM值要比室內試驗FCTM值大得多。

如上所述，FCT101新拌混凝土測試儀可進行同等或類似條件下混凝土水膠比的測試，儀器測試的FCTM值結果基本可以反映混凝土的狀態。對于現場施工混凝土，筆者建議首先可對采用現場實測含水率換算的施工配合比的混凝土FCTM值進行測試，以此作為基準值，如以后施工測得的混凝土FCTM值大于此基準值，表明混凝土水膠比低于理論水膠比；反之如FCTM值小于此基準值，表明混凝土水膠比高于理論水膠比，從而實現對混凝土水膠比的大致判斷，實現對混凝土強度和耐久性的超前控制。

4　結論

（1）FCT101新拌混凝土測試儀可進行同等或類似條件下混凝土水膠比的測試，儀器測試的FCTM值結果基本可以反映混凝土的狀態。

（2）56d混凝土電通量與FCTM值的呈近似相反規律，即FCTM值越大，56d電通量越小。

（3）對于現場施工混凝土，建議首先可對采用現場實測含水率換算的施工配合比的混凝土FCTM值進行測試，以此作為基準值，如以后施工測得的混凝土FCTM值大于此基準值，表明混凝土水膠比低于理論水膠比；反之如FCTM值小于此基準值，表明混凝土水膠比高于理論水膠比，從而實現對混凝土水膠比的大致判斷，實現對混凝土強度和耐久性的超前控制，對混凝土拌的生產和施工控制具有重要的現實意義。

［1］劉 松.混凝土工程事前反饋質量控制技術研究［D］.武漢理工大學，2007.

［2］周紫晨，水中和，袁新順，付志恒.新拌混凝土成分快速測定新技術原理及應用［J］.混凝土，2008（12）.

［3］李亞靜，蘇忠純.水膠比快速檢測技術［J］.中國港灣建設，2011（5）.

2016-3-8

TU755

A

2095-2066（2016）10-0181-02