影响混凝土和易性的几个关键因素

2010-04-14朱建忠

水利与建筑工程学报 2010年5期

朱建忠,赵亮

(1.陕西省彬县水利局水利工作队,陕西彬县 713500;2.陕西省渭南市防汛物料储备中心,陕西渭南714000)

混凝土和易性是混凝土混合物在拌和、输送、浇注、捣实、抹平一系列操作过程中,在消耗一定能量情况下,能使混凝土达到稳定和密实的一种性能[1～4]。和易性是一项综合的技术性质,它与施工工艺密切相关,通常,包括有流动性、保水性和粘聚性三方面的含义。流动性是指新拌混凝土在自重或机械振捣的作用下,能产生流动,并均匀密实地填满模板的性能。粘聚性是指新拌混凝土的组成材料之间有一定的粘聚力,在施工过程中,不致发生分层和离析现象的性能。保水性是指新拌混凝土具有一定的保水能力,在施工过程中,不致产生严重泌水现象的性能。

新拌混凝土的和易性是流动性、粘聚性和保水性的综合体现,新拌混凝土的流动性、粘聚性和保水性之间既互相联系,又常存在矛盾。因此,在一定施工工艺的条件下,新拌混凝土的和易性是以上三方面性质的矛盾统一。混凝土的和易性对混凝土工程施工质量起着关键的作用,如混凝土的密实程度、强度、施工的难易、外观质量起着决定性的作用,笔者从事水利、公路工程监理工作多年,根据对混凝土配合比设计试验实践和观察的结果对决定混凝土和易性的关键因素从以下方面进行分析,提出严格按照规范并经监理工程师批准的混凝土设计配合比施工的条件来保证混凝土和易性的措施。

1 影响和易性的因素

1.1 水泥用量与稠度影响

混凝土工程的施工过程是要求在较小的震动力作用下,使混凝土产生流动,在最短的时间充填满一定形状的模板之中,这就要求混凝土具有良好的流动性,为此当混凝土拌合物在自重或外界振动力的作用下要产生较快的流动,必须克服其内在的阻力,拌合物内在阻力主要来自两个方面,一是骨料间的摩擦力,另一个是水泥浆与骨料的摩擦力和由水泥浆的粘聚力对整个混凝土产生的粘滞力,骨料间摩擦力的大小主要取决于骨料颗粒表面水泥浆层的厚度,即水泥浆在混凝土单位体积中的数量,水泥浆的粘聚力大小主要取决于水泥浆的干稀程度,亦即水泥浆的稠度,而水泥浆的稠度又取决于水灰比的大小。

混凝土拌合物在保持水灰比不变的情况下,水泥浆量越多,包裹在骨料颗粒表面的浆层就越厚,对骨料颗粒间的润滑作用就越好,使骨料间摩擦力减小,混凝土拌合物流动性就大,反之则小。但若水泥浆量过多,混凝土骨料用量就要减少,就会出现流浆及泌水现象,而且加大了水泥的用量,使混凝土的成本增加,不是经济之策。混凝土配合比实质上是粗骨料的空隙用细骨料填充,细骨料的空隙以水泥填充,以水来促使水泥的硬化和所用材料均匀组合。若水泥浆量过少,致使不能填满骨料间的空隙或不够包裹所有骨料表面时,则拌合物会产生崩塌现象,粘聚性变差,所用材料不能均匀组合,更重要的是造成混凝土的密实度减小,引起强度的降低。由此可知,混凝土拌合物水泥浆用量不能太少,但也不能过多,应以最经济的用量满足拌合物流动性要求。

在保持混凝土水泥用量不变的情况下若减少拌合水用量,水泥浆则变稠,水泥浆的粘聚力增大,混凝土的粘聚性和保水性会变好,而流动性则减小。但当混凝土用水量过少时,由于水灰比过低,流动性较小,较大的粘聚性致使混凝土发涩而流动性太差,给施工增加难度,在一定施工条件下难以成形和密实,同样会使混凝土的设计强度达不到预期的要求。若增加用水量则情况相反,加水过多时,水灰比变得过大,这时过稀的水泥浆导致混凝土拌合物流动性加大,由此混凝土将产生严重的分层离析和泌水现象,对混凝土的强度和耐久性产生严重影响。因此,在做混凝土配合比设计试验验证时和施工过程中绝不可以单纯以加水的方法来增加流动性,而应采取在保持水灰比不变的条件下,根据工程的具体施工条件,用调整水泥浆用量的办法来调整拌合物的流动性,以满足配合比设计和施工的要求。

混凝土的产生不能没有水,没有水水泥无用武之地,混凝土不会硬化成形,但在混凝土成形时,水必然占据了一定的体积空间,当混凝土成形,水分蒸发后,会在混凝土中留下与水占据空间同体积的空洞,因而混凝土生产用水量的大小与混凝土成形后水分蒸发留下空洞的大小基本是一致的,混凝土空洞是混凝土生产的必然产物,而空洞的多少制约着混凝土的密实度和外观,从而影响着混凝土的强度,对建筑物的质量与美观至关重要。从以上论述足以说明,无论是水泥数量的影响,还是水泥稠度的影响,影响混凝土拌合物和易性的决定性因素实际都是水的影响。因此,混凝土的产生是无水不成,水多不能,采取科学的经济的用水量,是设计和生产优质、经济、美观、适用的混凝土的关键。

1.2 砂率的影响

砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分比。砂率是表示混凝土中砂子与石子二者的组合关系,砂率的变动,会使骨料的总表面积和空隙率发生变化,因而影响混凝土拌合物的和易性的变化。当砂率过大时,骨料的总表面积和空隙率也随之增大,在混凝土中水泥浆用量一定的情况下,骨料颗粒表面水泥浆将相对减薄,骨料间的摩擦力增大,拌合物就显得干涩,流动性就变小,如果想要使混凝土保持流动性不变,则需增加水泥浆用量,将会使单位体积混凝土的水泥消耗量加大,使混凝土的成本增加。反之,若砂率过小,拌合物中石子明显多于砂子,混凝土中砂浆量不足以包裹石子表面,并不足以填满石子间空隙,会使混凝土的密实度不足和强度降低,由于石子间没有足够砂浆作润滑层,混凝土拌合物的流动性不但会降低,随之严重影响其粘聚性和保水性,使混凝土产生骨料离析、水泥浆流失,甚至出现崩散现象,给施工造成不便,混凝土成形困难,生产出的混凝土成形畸屈,外观缺陷,强度不足。因此,合理选择砂率,仍是设计好混凝土配合比和生产优质、经济、美观、实用的混凝土的关键。

所谓合理砂率是指在用水量及水泥用量一定的情况下,能使混凝土拌合物获得最大的流动性,且能保持良好粘聚性及保水性,密实度最大,强度符合配合比要求的砂率值。

1.3 组成材料性质的影响

1.3.1 水泥品种的影响

大量的试验数据表明,在水泥用量和用水量一定的情况下,采用矿渣水泥或火山灰水泥拌制的混凝土拌合物,其流动性比用普通水泥较小,这是因为前者水泥的密度较小,所以在相同水泥用量时,它们的绝对体积较大,在相同用水量情况下,水泥浆的稠度较大,混凝土的塌落度就较小,若要达到同样的塌落度,矿渣水泥或火山灰水泥每立方米混凝土的用水量应较普通水泥的量稍大一些,另外,矿渣水泥拌制的混凝土拌合物泌水性较大,在混凝土配合比设计及施工中应引起注意。

1.3.2 骨料性质的影响

骨料性质指混凝土所用骨料的品种、级配、颗粒粗细及表面形状等。在混凝土骨料用量一定的情况下,采用卵石和河沙拌制的混凝土拌合物,其流动性、和易性比碎石和山砂、机制砂拌制的要好;用级配较好的骨料拌制的混凝土拌合物其流动性、和易性比级配较差的骨料拌制的混凝土拌合物要好;用细砂拌制的混凝土拌合物的粘聚性和保水性较好,但流动性、和易性较差。

1.3.3 外加剂的影响

影响混凝土拌合物和易性的决定性因素是水,混凝土强度的决定因素是水灰比,因此,合理的水灰比,较少的用水量,对混凝土的强度质量至关重要。要想在较少的用水量,使混凝土的和易性较好,这是一对较难于解决的矛盾,因此,人们一直在寻求让少量的水来发挥较多水的作用的途径,目前主要是在混凝土拌和用水中掺加表面活性剂的方法来降低水的表面张力。掺加表面活性剂后水与水泥的亲和力增加,水泥浆更容易充分分散、均匀的分布于粗骨料的表面,从而降低了粗骨料之间的摩擦力,使混凝土的和易性变好。特别是阳离子型的表面和性剂,更能增加水泥浆与粗骨料的吸附性和粘结力,可使混凝土的粘聚性和保水性及强度有所提高,这就是在混凝土拌合物掺入减水剂或引气剂的目的,明显的提高了混凝土的流动性、和易性。引气剂还可以有效的改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性,二者还分别对硬化混凝土的强度与耐久性十分有利。

1.4 拌合物拌和、运送、搁置时间及环境温度的影响

混凝土拌合物的拌制时间应根据所用机械设备的不同来确定,或根据拌和试验确定,拌和的时间不足混凝土拌合物会不均匀,且干稠,塌落度变小,流动性不满足施工的要求,影响混凝土的强度和外观质量。拌和时间也不宜过长,虽流动性较好,但会引起混凝土骨料的离析,同样影响混凝土的强度和外观质量。混凝土拌合物一般不得静止搁置,随着时间的延长会变得越来越干稠,塌落度将逐渐减小,这是由于拌合物中的一些水分逐渐被骨料吸收和蒸发,以及水泥的水化与凝聚等作用造成,故混凝土拌合物的运输,要求使用专用的、可使混凝土不断进行搅拌的车辆,以防止震动发生沉积结块,影响工地施工。混凝土拌合物的和易性还受温度的影响,温度高时混凝土水分蒸发及水泥的化学反应速度将更快,塌落度损失的也更快,所以在合理选择用水量时,为保证一定的和易性,还要考虑环境温度的高低。

2 保证混凝土和易性的管理措施

配合比的设计是试验检测人员预先按照规范、规程,并结合考虑结构物类型、施工条件、施工环境、施工企业管理水平、施工技能等因素,在保证混凝土构件实体检测强度符合设计和规范要求,并能够满足现场实际施工需要的和易性等因素而预先设计好的,是个不变的值。而混凝土生产是动态变化的,诸多生产因素或由于许多可变因素可能会超出原设计者的考虑,因此,必须采用有效的动态管理措施,以确保混凝土配合比例和塌落度符合要求,即严格按照经监理工程师批准的混凝土设计配合比进行施工,以保证混凝土施工和易性要求。在发生条件变化需要进行变更时,如混凝土运输距离超过预先值,坍落度损失过大,砂石原材料变化等因素而使塌落度变化,需要对混凝土生产及配合比进行重新设计和报批,严禁采用随意调整配合比的办法(主要是随意加减水量)来调整混凝土坍落度以满足现场施工需要。笔者根据多年的施工经验,提出保证混凝土和易性的措施,可供混凝土生产技术、试验检测人员参考。

2.1 坍落度的选择确定

坍落度选择应综合考虑混凝土输送方式、输送距离、输送设备及性能、振捣方式和混凝土结构种类等因素。结构种类应查阅设计文件,弄清楚是密筋结构还是疏筋结构或素混凝土结构。初选混凝土坍落度,按照施工技术规范、试验规程及试验经验选择,选择后应进行试配,必要时进行试验浇注,如制作试验柱,进行试浇,再根据浇注的和易性和试验柱外观等进行调整。

2.2 搅拌站建设及拌和时间控制

为了便于控制和管理,大中型水利工程、公路工程每个合同段应视工程规模建设集中混凝土搅拌站,必须采用强制式搅拌机,实行工厂化管理,有利于质量控制;小型工程也要根据施工合同及现场情况,建议使用集中拌制,强制式搅拌机。砂石料分格仓墙,配料斗分割板都应有一定的高度,避免串料,以确保混凝土设计配比不变。目前,福建、广东等省高速公路采用标准化施工管理,拌合站的砂石料仓实行大棚封闭,水泥、砂石材料采用封闭管道上料,彻底改变了过去受降雨、尘埃的影响,对于保证混凝土配比的准确性和设计塌落度起到了很好作用,也保证了操作人员的身体健康。大中型工程搅拌设备必须使用电脑控制设备,配比设定应监理旁站监督,并使用封条封死,严禁随意改动配合比例,并严格控制拌和时间。生产期间,混凝土拌合站的试验检测、现场监理人员应经常检查实际配比情况,坚决杜绝人为随意调整。

2.3 建筑材料的选择和质量控制

开工前,应对水泥、砂石料等地材厂(场)进行考察,选择质量稳定,信誉高的企业,并按照规范进行料源材料检验,以选定合适的建筑材料;材料进场后,承包人、监理应按照施工规范要求的频率、方法进行试验检测,对于不合格材料严格清退出场;承包人、监理试验检测人员,必须在混凝土拌合站出料口、工地浇注施工现场按照规范规定的频率进行坍落度检测,如发现变化,应立即汇报上级检测、技术负责人进行处理。

2.4 施工前馈控制及施工中的质量控制

开工前,承包人质检、监理人员应检查施工准备情况,检查施工准备是否充分,如设备、人员、施工便道情况、供电、供水,天气情况,有无防雨等紧急事故应急措施等,不具备开工条件的不允许开工;施工中,承包人技术、质检人员应跟班作业,监理人员应进行旁站监督,检查现场施工的方法、工艺是否符合经监理批准的施工方案,特别是振捣方式、进料方式是否与初选方案一致,否则也保证不了混凝土的设计坍落度和施工和易性。对施工便道应安排专人进行保养、维修,保证施工便道通畅。混凝土开盘必须经监理工程师批准,主要考虑砂石料等材料准备是否充分,是否检验合格,天气情况是否有利于混凝土浇筑,施工便道通畅情况等。经检查确认具备混凝土开盘条件,方准开盘浇筑。

2.5 完善管理措施和制度

承包人建立完善的质检保证体系,试验检测、混凝土拌合站管理制度,加强现场管理和质量控制;加强对职工的思想道德、执业准则教育,严禁混凝土施工随意改变材料的规格、牌号及施工配比,严禁采用对混凝土随意加水来调整混凝土坍落度。监理单位应认真履行监理合同,加强施工程序文件的审核,现场监理必须按照监理规范进行试验旁站监督,上一级监理机构必须加强工地巡查和对监理人员的监督管理,这些都是保证混凝土质量的关键因素。