孙树彬

1 概述

混凝土材料和结构在广泛使用的同时,也面临着许多的质量问题。无论国内还是国外,混凝土结构在使用过程中,安全性和耐久性方面问题层出不穷。各种因素引起的建筑物坍塌、严重损坏经常发生,人们不得不考虑怎样保证混凝土结构的使用安全问题。当水泥用量一定时,加水少则会使混凝土拌合物干涩,成型质量难以保证,混凝土成品中将出现较多的孔洞(蜂窝),表面形成麻面,不但影响美观,而且强度和耐久性均降低。反之,加水过多,随之带来的后患是混凝土硬化后多余水分蒸发形成大的开孔,密实度降低,耐久性能差,强度显著降低[1,3]。此外,用水量对混凝土的工作性能也具有极其重要的影响。本文对混凝土生产质量预控水量相关问题进行探索,主要分析了混凝土工作性和均质性问题。

2 混凝土工作性分析

工作性又称和易性,是指混凝土拌合物在一定的施工条件和环境下,是否易于各种施工工序的操作,以获得均匀密实混凝土的性能。工作性在搅拌时体现为各种组成材料易于均匀混合,均匀卸出;在运输过程中体现为拌合物不离析,稀稠程度不变化;在浇筑过程中体现为易于浇筑、振实、流满模板;在硬化过程中体现为能保证水泥水化以及水泥石和集料的良好粘结。可见混凝土的工作性是一项综合指标,保证混凝土良好的工作性对混凝土施工具有重要意义。新拌混凝土是指凝结硬化以前水泥混凝土的拌合料。目前,对混凝土拌合物的性质用工作性(也称施工和易性)来表征。主要包含流动性、粘聚性、保水性。近年来,减水剂的大量运用使拌合物的流动性提高很多,相应地也就出现了新型混凝土及施工工艺。然而拌合物流动性的提高又可能导致其稳定性的降低,从而出现工作性不良的新问题。目前对于工作性的研究方法主要有两种:流动法和流变学测试方法。

2.1 流动法

流动法的测试方法有:1)混凝土坍落度法。减水剂的适应性是混凝土技术中的一个普遍性问题,这种适应性一般都用混凝土坍落度来评价,所用设备为坍落度筒。坍落度越大,则流动性越好,混凝土的工作性也越好,说明相应的减水剂与水泥的适应性越好。2)微坍落度法。微坍落度法的原理与坍落度法原理基本相同,但所用试模形状、尺寸和具体评价指标与坍落度法有差异。微坍落度法的评价指标有:浆体流动度一流下浆体圆饼的平均直径、流动面积一流下浆体圆饼的面积或者用相对流动面积一流下浆体扩散的圆环面积(圆饼面积减去所用试模底面面积)与所用试模底面面积的比值。流动度、流动面积或相对流动面积越大,则浆体的流动性越好,说明相应的减水剂与水泥的适应性越好。3)漏斗法。测定方法:将一定体积的浆体装入固定的漏斗,用一定体积浆体流下漏斗的时间来评价。流下时间越短,则浆体流动性越好;相反,流下时间越长,则浆体流动性越差。4)水泥浆体稠度法。国内外常采用水泥浆体稠度法来评价水泥与减水剂之间的适应性。该方法认为:在水胶比和减水剂的掺量一定时,水泥浆体的稠度越小,则表明浆体的流动性越好。另外还有维勃稠度(工作度)试验方法、密实因素试验方法、工业粘度试验方法、L形流动度仪试验方法、U形流动度仪试验方法、V形流动度仪试验方法等。

2.2 流变法

近年来,国内外学者对混凝土流变学方面的研究,其主要思想是通过研究水泥浆的流变学特性来评价混凝土的工作性。该方法大多都利用粘度计或流变仪测试水泥浆体的流变性能,包括流变类型、触变性、屈服应力和塑性粘度以及流变性能随时间的变化过程。可测得的主要参数有粘度、剪切应力、剪切速率、屈服应力等,并用这些参数来评价混凝土的流变性能。实际施工中,混凝土的工作性能主要依靠传统的方法来评价,如:坍落度法、坍落度—扩展度法等。这些单点法(固定时间点测试)测试不能敏锐、实际地表征混凝土工作流动性。流变学评价方法是将新拌的水泥浆体视为具有均匀连续流动性能的两相材料,一相为基体相,另一相为粒子相。用流变仪测试水泥浆体可采用两点法(由间隔的两个时间点测试),也可采用连续动态的测试方法。与其他方法相比,该方法能更客观更实际地评价混凝土的工作流动性。

3 混凝土匀质性分析

混凝土的匀质性是指不同单位体积混凝土之间各组分分布的均匀程度。当混凝土材料组成及掺量相同时,其性能取决于匀质性的好坏。混凝土的匀质性对混凝土的性能具有重要的意义,不仅关系到混凝土的强度,也对耐久性有着重要的影响。混凝土的匀质性不良会带来离析、泌水等现象的发生,进而影响到混凝土的性能。公路桥梁混凝土施工中经常出现混凝土离析、泌水等现象。混凝土离析现象使混凝土结构不均匀,出现孔洞、水影和蜂窝状结构。严重的离析使混凝土结构明显分层,大大降低了混凝土结构的强度和使用性能。混凝土的泌水能使新拌混凝土内粗集料颗粒下沉水分上升致使表面浮浆或浮灰而导致形成一种水影,影响混凝土的表面质量,并且水分在上升时形成“小喷口”以及集中在粗集料或钢筋下的水囊等混凝土结构的薄弱环节,从而降低混凝土的强度和耐久性。

此外,混凝土本身就是一个不匀质体。混凝土界面过渡区是混凝土的薄弱环节,它在混凝土内部是一个不均匀体系,它能影响到整个混凝土构件的宏观力学性能。界面过渡区的不均匀性是由结构内部宏观和微观层面上的泌水共同作用引起的。混凝土在制备过程中微泌水作用引起了内部集料界面过渡区的不均匀性,且单个集料不同方向上的界面过渡区也是不均匀的;表层混凝土是一个高度不均匀体系,该体系的形成是由混凝土制备过程中宏观泌水引起的,表层混凝土的界面过渡区内存在孔隙分布的梯度。因此,混凝土在制备过程中的泌水作用会导致混凝土表层和内部集料以及单个集料的界面过渡区性能均存在较大差别。

外加剂的使用降低了混凝土的水胶比,改善新拌混凝土的工作性和控制混凝土的坍落度损失,并赋予混凝土优良的施工性能及高密实性。混凝土的坍落度已从10年前的70 mm～90 mm发展到现在的180 mm～200 mm,甚至已经开始应用自密实混凝土。但是混凝土流动性的增加常常导致匀质性的下降,目前混凝土(尤其是泵送混凝土等)常掺加几种外加剂和掺合料,各种组分之间的相容性不良问题也加重了匀质性不良的趋势。甚至造成严重的离析、泌水情况发生,影响工程质量。

4 结语

随着我国基建事业的蓬勃发展,混凝土材料的高性能化研究已进入快速发展阶段。水作为混凝土的重要原料组分,从与水泥、砂、石料按一定比例搅拌成新拌混凝土开始,到硬化混凝土完成服役寿命,直至完全破坏,一直发挥重要的作用。本文对用水量影响下的新拌混凝土的工作性和匀质性进行分析,对于进一步设计高性能的混凝土材料具有一定作用。

[1]方国有.地下室混凝土施工裂缝的预防与处理[J].中国科技信息,2009(7):53-55.

[2]朱森林,侯朝霞.论超长地下室混凝土裂缝的控制[J].山西建筑,2009,35(2):162-163.

[3]葛 勇,孙迎迎,袁 杰,等.混凝土水饱和程度影响因素的研究[J].低温建筑技术,2006(6):44-46.