混凝土和易性的內涵及其影響因素

余春榮，耿加會，周成科

（1. 建筑材料工業技術情報研究所，北京 100024；2. 河南舞陽縣惠達公路工程有限公司，河南 舞陽 462400；3. 漯河職業技術學院，河南 漯河 462000）

0 前言

隨著社會建設的發展，工程越來越大、工程結構越來越復雜，工程結構對混凝土拌合物工作性的要求也越來越高。混凝土拌合物和易性的好壞直接影響混凝土工程的施工，甚至對混凝土結構質量產生重要的影響。為提高混凝土工程結構的強度和工程結構耐久性要求，需要提高混凝土拌合物的和易性。具有良好的流動性和保水性，且粘聚性合適的混凝土拌合物成為混凝土技術人員追求的目標。本文主要介紹混凝土和易性的內在聯系以及其影響因素，供同行討論。

1 混凝土和易性的內涵

混凝土和易性也稱為混凝土工作性，具體包括流動性、粘聚性和保水性三方面的內容。混凝土拌合物的和易性是保證混凝土拌合物運輸、澆筑、振搗、抹壓等工序后，依然保持各組分分布均勻、密實勻質的性能。

1.1 流動性

混凝土拌合物的流動性是指混凝土在振搗或自重力作用下產生流動、易于填充模板的性能。具有良好流動性的混凝土拌合物，漿體稠度適中，漿體帶動骨料流動，在流動過程中不發生堆積、離析、分層等現象。

影響混凝土拌合物流動性的最主要的因素是膠凝材料與水組成的漿體數量和漿體自身的流動性。一方面漿體的濃度（即水膠比）對漿體自身的流動度具有重要的影響，一般情況下，漿體的水膠比越低，漿體的稠度越大，流變性能越差，反之亦然。另一方面膠凝材料與外加劑的相容性對漿體的流動性也具有重要的影響，在水膠比和外加劑用量相同的情況下，較低的外加劑摻量就可以獲得滿意的漿體流動性。當外加劑與膠凝材料相容性較差時，需要提高外加劑用量才能獲得較滿意的漿體流動度。此外，骨料的級配、粒形也會對混凝土拌合物流動性，例如細骨料粒徑大于 1.18mm 的顆粒含量過少易造成混凝土流動性變差。

1.2 粘聚性

粘聚性是保證混凝土拌合物各組分直接具有良好的粘結力，在運輸、澆筑、振搗等施工過程中，各組分不發生分離、分散現象的能力。粘聚性好的混凝土拌合物通常表現為骨料顆粒在漿體中均勻分布，無骨料堆積和漿體流失現象。

混凝土拌合物粘聚性的好壞主要來源于混凝土各組分之間內摩擦阻力，一部分是膠凝材料顆粒間的內聚力（如水泥顆粒間和礦物摻合料顆粒間）與水組成漿體的粘性，主要取決于水膠比的大小和外加劑的摻量及性能；另一部分是骨料間的摩擦力，主要取決于骨料的表面性能和組成。

1.3 保水性

保水性是混凝土拌合物在運輸、澆筑、振搗等施工過程中，拌合物不產生泌水的性能。良好的保水能力是混凝土拌合物體積穩定性的重要體現，一般來說，泌水是混凝土拌合物離析分層的前兆。混凝土保水性差易造成泌水形成泌水通道，破壞混凝土的密實性。降低混凝土強度和耐久性。此外，混凝土泌水易造成混凝土表層水膠比增大，表面強度降低，會增大發生起粉、起砂的幾率。混凝土拌合物靜態放置若拌合物底部沒有過多的水或是少量的稀漿流出，說明混凝土的保水性好；在混凝土拌合物靜態放置的過程中有水或漿體流出，說明混凝土保水性非常不好。

混凝土拌合物的保水性一方面受膠凝材料顆粒對水的附著力和漿體影響粘性（水膠比）的影響，另一方面受骨料的細小顆粒（砂中小于 0.315mm 的顆粒含量不宜小于 15%）、骨料的級配以及外加劑性能的影響。

2 混凝土和易性各要素之間的關系

混凝土拌合物和易性受流動性、粘聚性和保水性三個因素的制約，這三個因素之間既相互聯系，又相互制約。混凝土拌合物流動性的增加必然引起粘聚性和保水性的降低；拌合物粘聚性增加，有助于提高混凝土拌合物的保水性，但會降低其流動性；拌合物保水性降低，流動性提高，但粘聚性變差。混凝土配合比設計（或調整）的目的就是找出這三方面性質的一個平衡點，使混凝土拌合物既滿足流動性要求，同時又具有較好的粘聚性和保水性。

2.1 流動性與粘聚性

混凝土流動性和粘聚性是一對矛盾體，混凝土拌合物的流動性大，顆粒間摩擦力就會變小，顆粒間的粘聚力就會降低，易于離析、發散，同樣，混凝土拌合物的粘聚力增加，顆粒間的阻力增大，流動性也會降低。提高混凝土拌合物流動性通常有兩種方式，一種是在保持混凝土水膠比不變的前提下增加拌合物漿體用量，漿體包裹在骨料表面起潤滑作用，減少骨料之間的摩擦力，提高混凝土的流動性。另一種方法是適當提高減水劑和引氣劑，增加減水劑的用量，可以在混凝土拌合物中釋放出部分自由水，提高拌合物的流動性。

2.2 流動性和保水性

混凝土拌合物的流動性和保水性也是一對矛盾體，一般來說，混凝土流動性越大，保水性就會相對變差，反之亦然。但兩者的關系并不是不可以協調解決，一方面可以通過選擇與混凝土原材料適應性較好的外加劑，使用合適的摻量，既可以獲得滿意的拌合物流動性，也可以使拌合物保水性不降低，不出現泌水現象。另一方面，在配制混凝土時，將不同粒徑的骨料搭配使用，降低空隙率，選擇合理的砂率也能起到提高混凝土流動性，改善拌合物保水性。

2.3 粘聚性和保水性

混凝土拌合物的粘聚性和保水性是相輔相成的，粘聚性較好的混凝土拌合物其保水性也較好。

3 配合比參數對混凝土和易性的影響

3.1 漿體量

混凝土骨料間的摩擦力對拌合物的和易性具有重要影響，其大小受包裹在骨料顆粒表面漿體厚度的影響，即混凝土拌合物中的漿體量的影響。在漿體稠度不變（即水膠比不變）的情況下，混凝土拌合物中漿體量增加，骨料表面的漿體厚度增加，骨料顆粒間的距離變大，摩擦力降低，流動性增加。若漿體量過少，不能有效填充骨料間的空隙或對骨料表面包裹厚度不足，會容易使混凝土拌合物粘聚性變差，產生崩塌現象。但若漿體量過多，骨料用量降低，骨料顆粒間的距離過大，部分漿體容易從骨料間流失形成流漿現象。因此，混凝土拌合物水中漿體用量不能過多也不能太少。

3.2 水膠比

混凝土拌合物所產生的內在阻力來自漿體與骨料間的摩擦力和漿體的粘聚力對混凝土拌合物產生的粘滯力，漿體的粘聚力主要受水膠比大小的影響。混凝土水膠比減小，漿體中自由水用量變少，漿體稠度增大，拌合水不易泌出，混凝土拌合物的粘聚性和保水性增加，但漿體的稠度增加使流動阻力變大，流動性降低。若水膠比增大，漿體中自由水增加，漿體稠度降低，流動變形能力增加，過多的自由水容易從拌合物中流出，混凝土拌合物的保水性和粘聚性降低，易于分層離析和泌水現象的發生。減水劑時調整漿體稠度的一個有效手段，在水膠比不變的條件下，隨著減水劑摻量的增加，漿體稠度降低，流動性增加。使用外加劑調整混凝土拌合物工作性時，應注意摻量對流動性、粘聚性和保水性的影響，防止使用不當造成分層離析、泌水。

3.3 砂率

砂率是表示混凝土中粗細骨料的組合比例大小的配合比參數，砂率的變化會引起粗、細骨料比例的改變，骨料總的比表面積和總空隙量也會發生改變。在混凝土漿體一定的條件下，存在一個合適砂率值，不但可以使骨料的混合空隙率最小，還能使骨料表面包裹一定厚度的砂漿層使骨料顆粒間的摩擦力較低，使混凝土拌合物流動性最大，且具有良好粘聚性及保水性，這個砂率值是該混凝土拌合物的最佳砂率（合理砂率）。砂率值超過最佳砂率值時，骨料的總比表面積和總空隙量都變大，在漿體量不變的情況下，填充骨料空隙的漿體增加，包裹在骨料顆粒表面的漿體變小，骨料間的距離變小，骨料間的摩擦力增加，混凝土流動性變差。若砂率過小，混凝土拌合物中粗骨料顆粒較多，拌合物中砂漿不足以填充粗骨料間的空隙，也沒有足夠的砂漿包裹在骨料表面。此時，混凝土拌合物的流動性變差，粘聚性和保水性降低，拌合物易產生骨料離析、水泥漿流失，甚至出現崩散現象。

4 混凝土原材料對和易性的影響

4.1 膠凝材料

膠凝材料是混凝土拌合物的重要組成材料，膠凝材料的品種、質量對混凝土拌合物的和易性具有重要影響。膠凝材料需水量的大小對混凝土拌合物的和易性具有直接影響，需水量較大的膠凝材料，混凝土拌合物要達到相同的坍落度需要較多的用水量或外加劑用量。例如，水泥的標準稠度用水量增加 1%，混凝土用水量增加 3～5kg/m3；優質粉煤灰具有減水作用，改善混凝土和易性，但燒失量較大的劣質粉煤灰具有較強的吸水性，增加混凝土拌合物的用水量或外加劑用量；礦渣粉吸水能力弱，合理的摻量可以提高混凝土拌合物的流動性，但粘聚性差和保水性變差，拌合物易泌水離析。

4.2 骨料

骨料的品種、級配、顆粒粗細及表面形狀等因素對混凝土拌合物的和易性也具有重要的影響。例如，在配合比不變的情況下，粗骨料采用卵石拌制的混凝土的流動性通常大于碎石拌制的混凝土，同樣細骨料采用河砂拌制的混凝土流動性大于機制砂混凝土；級配良好的骨料，空隙率通常較低，配制的混凝土和易性比級配較差的骨料拌制的混凝土要好；細度模數較小砂，表面面積較大，配制的混凝土保水性和粘聚性較粗砂配制的混凝土好，但流動性較差。

4.2.1 骨料的粒形

球形或近似球形的骨料，既有利于降低骨料間的摩擦力，也有利于降低骨料空隙率，使漿體充分包裹在骨料表面起潤滑作用，提高混凝土流動性。針片狀含量較大的骨料，骨料間摩擦力較大，不規則的粒形造成骨料空隙率增加，再加上不規則的骨料比表面積較大，造成包裹在骨料表面的漿體數量偏少，混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性均變差。因此，中低強度等級的一般混凝土，針片狀含量應控制在 10% 以內，配制高強混凝土的骨料針片狀顆粒含量應控制在 5% 以內。

4.2.2 骨料的級配

級配良好的骨料可以降低空隙率，在漿體不變的情況下，混凝土拌合物流動性達到最大。級配較差的骨料具有較大的空隙率，用于填充骨料間空隙的漿體增多，包裹在骨料顆粒表面起潤滑作用的漿體減少。在漿體一定的條件下，包裹在骨料顆粒表面的漿體變薄，骨料顆粒間摩擦力增大，混凝土拌合物流動性變差，粘聚性下降。

4.2.3 骨料的空隙率

按照致密填充理論，骨料在混凝土拌合物中起骨架作用，骨料之間的空隙需要漿體來填充。骨料空隙率的波動直接影響填充空隙所需的漿體，骨料的級配進而粒形的超范圍波動使其空隙率發生很大波動，造成填充漿體的波動而引起混凝土拌合物的和易性變化。骨料空隙增大時，混凝土拌合物的流動性和粘聚性變差。因此，生產實踐中應盡量使用空隙率較低的骨料，或采用不同骨料的復配技術降低其混合空隙率，改善混凝土和易性。

4.2.4 細度模數

細度模數是衡量細骨料粗細程度的指標，細度模數的大小也會對混凝土的和易性產生影響。細度模數較大時，粗顆粒含量多，對粗骨料產生“干涉”影響，造成空隙率變大。使用細度模數較大的細骨料拌制的混凝土拌合物流動度變差，且容易出現拌合物干澀，保水性較差易泌水、離析。在使用細度模數較大的細骨料配制混凝土時，應適當提高砂率，必要時應增加膠凝材料用量來改善混凝土和易性。細度模數過小時，骨料比表面積增大，需水量增加，配制的混凝土拌合物保水性較好，發粘，流動性差。使用細度模數偏小的細骨料配制混凝土時，應適當提高外加劑摻量以控制用水量，適當降低砂率，必要時需要提高漿體用量來改變混凝土拌合物和易性。配制混凝土時，砂細度模數選用2.4～2.8的中砂，當細度模數不滿足要求時，可以采用兩種砂復配解決。

4.2.5 含泥量

骨料的含泥量對混凝土拌合物的影響主要表現在兩個方面，一方面骨料中的泥具有較強吸水性，拌合物中的“游離”自由水量降低使流動性變差；另一方面骨料中的泥會吸附一定量的外加劑，造成外加劑有效量降低，減水率下降，混凝土拌合物的流動性下降，漿體粘聚性增加。

4.2.6 骨料吸水率

骨料的吸水率是一項重要的物理指標，骨料的吸水率的大小直接影響混凝土拌合物中“游離”自由水的數量，吸水率較大的骨料可以將混凝土拌合物的自由水吸入其內部造成拌合物中“游離”自由水減小，流動性變小，坍落度經時損失增大。一般來說，天然骨料的表面較為圓滑，人工骨料的表面多呈棱角狀態，較天然砂的吸水率大。骨料表面毛細孔率大的石料較毛細孔率小的石料吸水率大，例如花崗巖的吸水率較青石的吸水率大。表面較粗糙的骨料在混凝土拌合物中流動性差，要達到相同的流動度，需水量較大。因此，骨料的吸水率宜控制在 1% 以下，不應超過 2%。

4.3 外加劑

水是混凝土中唯一的液態組分，對拌合物的和易性起著決定性的影響。混凝土拌合物中游離水的數量對混凝土拌合物的和易性產生直接影響，拌合物中自由水數量越多，固體顆粒間的阻力越小，流動性增加，但過多的自由水容易造成混凝土拌合的粘聚性和保水性降低。

外加劑已經成為混凝土拌合物的重要組分，但不同品種的外加劑作用效果也有很大差別。減水劑可以降低膠凝材料對水吸附，釋放出較多的自由水，降低漿體的稠度，提高混凝土拌合物的流動性。但并非減水劑用量越大越好或者說減水率越高越好，過多的減水劑用量（或過高的減水率）容易造成漿體中自由水的增加，保水性降低，造成泌水、離析。引氣劑雖然不能像減水劑那樣釋放自由水，但其引入的大量氣泡可以產生“滾珠”效應，減少骨料顆粒間的摩擦力，提高流動性此外，引入的氣泡可以使部分自由水分布于其表面，降低自由水的量，提高混凝土拌合物的保水性和粘聚性。在混凝土中添加適量的緩凝劑，可以延緩水泥的水化，提高拌合物工作性的保持能力。在混凝土拌合物中加入適量的增稠劑，可以提高混凝土的粘聚性和保水性，但隨著摻量的增加，拌合物的流動性降低。

5 其他因素對混凝土和易性的影響

混凝土拌合物加水攪拌后，一方面，水泥水化反應就一直緩慢進行，隨著時間的推移，拌合物中的漿體稠度逐漸增加，拌合物的流動性降低，坍落度減小；另一方面，拌合物中的部分自由水被骨料吸收，拌合物中起潤滑作用自由水減小，流動性降低。此外，拌合物中水份被蒸發也會造成混凝土拌合物流動性的降低。

一般來說，混凝土拌合物隨著溫度的升高，水化反應速率變快，漿體凝結速率加快，流動性降低，混凝土坍落度損失增加。溫度為 20℃ 時的水泥水化速度是5℃ 時的 3 倍，此外，溫度的增加，蒸發速率也加快。

攪拌方式和攪拌時間也會對混凝土拌合物的工作性有影響，攪拌時間不足，攪拌不均勻，拌合物的工作性就差，同時也會影響混凝土的質量。

6 結語

影響混凝土和易性的因素很多，而且各種因素相互作用，在生產實踐中，應注意以下幾點：

（1）流動性、粘聚性和保水性是混凝土拌合物和易性的三個要素，這三個要素既相互聯系，又相互影響，在混凝土生產施工中要充分考慮三者的內在聯系，找到滿足施工性能的平衡點。

（2）在設計混凝土配合比時，應充分考慮漿體用量、外加劑用量、砂率等參數對混凝土拌合物和易性的影響。

（3）選擇混凝土原材料時，要選擇需水量小，與外加劑相容性好的膠凝材料；注意骨料的粒形、級配、吸水率、含泥量等質量的控制控制；了解不同外加劑的性能及對混凝土拌合物性能的影響。

（4）根據氣候、溫度變化及時調整混凝土拌合物的和易性。