混凝土坍落度及其经时损失的控制.docx

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混凝土坍落度及其经时损失的控制

混凝土坍落度及其经时损失的控制

一、新拌混凝土和易性

1.1新拌混凝土和易性的概念新拌混凝土的和易性，也称工作性，是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇注、振捣）并获得质量均匀、成型密实的性能。

混凝土拌合物的和易性是一项综合技术性质，它至少包括流动性、粘聚性和保水性三项独立的性能。

流动性是指混凝土拌合物在自重或机械（振捣）力作用下能产生的流动并均匀密实地添满模板的性能。

粘聚性是指混凝土拌合物各组成材料之间有一定的粘聚力，不致在施工过程中产生分层和离析的现象。

保水性是指混凝土拌合物具有一定的保水能力，不致在施工过程中出现严重的泌水现象。

可见，新拌混凝土的流动性、粘聚性和保水性有各自的内涵，因此，影响它们的因素也不尽相同。

正是因为新拌混凝土的流动性、粘聚性和保水性有其各自独立的内涵，目前，尚没有能够全面反映混凝土拌合物和易性的测定方法。

通常是测定混凝土拌合物的流动性，辅以其他方法或直接观察（结合经验）评定混凝土拌合物的粘聚性和保水性，然后综合评定混凝土拌合物的和易性。

1.2混凝土坍落度经时损失的机理掺有高效减水剂的混凝土坍落度损失可归纳为物理原因和化学原因两个方面。

1）物理原因：

当高效减水剂掺入到水泥混凝土后，通过搅拌，水泥颗粒表面吸附高效减水剂分子，使得水泥粒子的Zeta电位提高。

带电粒子之间存在静电斥力与范德华引力，阻止了水泥颗粒凝聚。

水泥水化过程中，由于物理和化学分散作用，液相中的粒子增多，分散的粒子由于布郎运动、重力、机械搅拌等，使粒子表面吸附的高效减水剂随时间增加而减少，从而两水泥颗粒之间Zeta电位降低，相互间作用位能下降，产生凝聚，引起混凝土的坍落度经时损失。

2）化学原因：

研究表明，水泥浆流动度的经时变化与液相中高效减水剂的浓度有关。

由于水泥初期水化反应，高效减水剂的消耗引起液相中高效减水剂浓度的降低，对水泥的分散作用减弱，造成混凝土坍落度的损失。

另外，水泥水化产生CSH、Ca（OH）2等水化产物，会使新拌混凝土粘度增大，也是引起混凝土坍落度经时损失的原因之一。

二、影响混凝土坍落度及其损失的因素

2.1单位体积用水量单位体积用水量是指在单位体积水泥混凝土中，所加入水的质量，它是影响水泥混凝土工作性的最主要的因素。

新拌混凝土的流动性主要是依靠集料及水泥颗粒表面吸附一层水膜，从而使颗粒间比较润滑。

而粘聚性也主要是依靠水的表面张力作用，如用水量过少，则水膜较薄，润滑效果较差；而用水量过多，毛细孔被水分填满，表面张力的作用减小，混凝土的粘聚性变差，易泌水。

因此用水量的多少直接影响着水泥混凝土的工作性，而且大量的试验表明，当粗集料和细集料的种类和比例确定后，在一定的水灰比范围内（W/C＝0.4～0.8），水泥混凝土的坍落度主要取决于单位体积用水量，而受其他因素的影响较小，这一规律称为固定加水量定则，它为水泥混凝土的配合比设计提供了极大的方便。

2.2水泥特性水泥的品种、细度、矿物组成以及混合材料的掺量等都会影响需水量。

由于不同品种的水泥达到标准稠度的需水量不同，所以不同品种水泥配制成的混凝土拌合物具有不同的和易性。

通常普通水泥的混凝土拌合物比矿渣水泥和火山灰水泥的工作性好。

矿渣水泥拌合物的流动性虽大，但粘聚性差，易泌水离析。

火山灰水泥流动性小，但粘聚性最好。

此外，水泥细度对混凝土拌合物的工作性亦有影响，适当提高水泥的细度可改善混凝土拌合物的粘聚性和保水性，减少泌水、离析现象。

水泥对混凝土坍落度经时损失的影响主要体现在水泥细度和化学参数两个方面。

水泥的比表面积越小，颗粒形状越接近球形，混凝土的和易性将越好，坍落度经时损失也越小。

影响混凝土坍落度损失的水泥化学参数中，C3A和C4AF的含量、C3A的形态、硫酸钙含量及形态、碱含量等是影响混凝土坍落度经时损失的主要因素。

水泥的矿物组成不同会影响减水剂的坍落度损失，因为水泥中不同的矿物组成成分对减水剂的吸附能力有大有小。

水泥中几种主要矿物对减水剂的吸附能力有大有小。

水泥中几种主要矿物对减水剂（表面活性剂类外加剂）吸附能力顺序如下：

C3A＞C4AF＞C3S＞C2S在水泥加水搅拌后，外加剂随之被吸附到水泥颗粒表面。

按上述顺序减水剂很快被吸附到C3A及C4AF等表面，而水泥水化的顺序也是C3A＞C4AF＞C3S＞C2S。

C3A、C4AF水化很快，等到C3S、C4S开始水化时，液相中外加剂的浓度已变得很低。

随着水化时间的延续，水泥颗粒表面的电动电位值减小，因而混凝土和易性变差，坍落度下降。

水泥中的含碱量对减水剂的作用有很大的影响，因为水泥中的碱（Na2O·K2O）会加速水泥的早期水化速率，有明显的促凝和早强作用，导致需水量增大。

一般含碱量高的水泥使减水剂的流动性减小，且流动度的损失加快。

在混凝土坍落度上表现为用高碱量水泥的混凝土坍落度损失大。

C3A、C4AF含量高和高碱量的水泥，一般对水泥相容性不好，坍落度损失大是外加剂与水泥适应性不好的最常见现象。

减水剂在水泥颗粒上的吸附率和水泥水化速率受碱含量、细度、C3A、石膏等影响，它们控制混凝土流动性损失率。

水泥中碱含量过低对混凝土坍落度损失也有影响，使用可溶碱含量低的水泥时，当减水剂掺量不足时会损失坍落度，且当剂量稍高于饱和点时，会出现严重的离析与泌水。

生产实际中曾多次发现，一些低碱水泥使用硫酸钠含量在20%左右的低浓减水剂，其坍落度损失比较小。

水泥新标准实施后，水泥的生产与检验皆以水灰比为0.5为基准，但中高强度的混凝土低水灰比都比较小，一般都低于0.5，低水灰比时，混凝土所用水泥中硫酸钙溶解速度也是影响其流变行为的一个重要因素，因为溶解硫酸盐的水分很少，SO42-就少，使得有较多的C3A由于缺少硫酸根离子而与减水剂分子上的磺酸根基团键合，使液相中高效减水剂含量下降，加速坍落度损失。

试验表明，含半水石膏、二水石膏的水泥比含硬石膏、氟石膏的水泥有较少的工作度损失，原因是前者释放硫酸根离子比后者快。

2.3集料特性集料的特性包括集料的最大粒径、形状、表面纹理（卵石或碎石）、级配和吸水性等，这些特性将不同程度地影响新拌混凝土的和易性。

其中最为明显的是，卵石拌制的混凝土拌合物的流动性较碎石的好。

集料的最大粒径增大，可使集料的总表面积减小，拌合物的工作性也随之改善。

此外，具有优良级配的混凝土拌合物具有较好的和易性。

2.4集浆比集浆比就是单位混凝土拌合物中，集料绝对体积与水泥浆绝对体积之比，有时也用其倒数，称为浆集比。

水泥浆在混凝土拌合物中，除了填充集料间的空隙外，还包裹集料的表面，以减少集料颗粒间的摩阻力，使混凝土拌合物具有一定的流动性。

在单位体积的混凝土拌合物中，如水灰比保持不变，则水泥浆的数量越多，拌合物的流动性愈大。

但若水泥浆数量过多，则集料的含量相对减少，达一定限度时，就会出现流浆现象，使混凝土拌合物的粘聚性和保水性变差；同时对混凝土的强度和耐久性也会产生一定的影响。

此外水泥浆数量增加，就要增加水泥用量，提高了混凝土的单价。

相反，若水泥浆数量过少，不足以填满集料的空隙和包裹集料表面，则混凝土拌合物粘聚性变差，甚至产生崩坍现象。

因此，混凝土拌合物中水泥浆数量应根据具体情况决定，在满足工作性要求的前提下，同时要考虑强度和耐久性要求，尽量采用较大的集浆比。

2.5水灰比水灰比是指水泥混凝土中水的用量与水泥用量之比。

在单位混凝土拌合物中，集浆比确定后，即水泥浆的用量为一固定数值时，水灰比决定水泥浆的稠度。

水灰比较小，则水泥浆较稠，混凝土拌合物的流动性亦较小，当水灰比小于某一极限值时，在一定施工方法下就不能保证密实成型；反之，水灰比较大，水泥浆较稀，混凝土拌合物的流动性虽然较大，但粘聚性和保水性却随之变差。

当水灰比大于某一极限值时，将产生严重的离析、泌水现象。

因此，为了使混凝土拌合物能够密实成型，所采用的水灰比值不能过小，为了保证混凝土拌合物具有良好的粘聚性和保水性，所采用的水灰比值又不能过大。

由于水灰比的变化将直接影响到水泥混凝土的强度，因此在实际工程中，为增加拌合物的流动性而增加用水量时，必需保证水灰比不变，同时增加水泥用量，否则将显著降低混凝土的质量，决不能以单纯改变用水量的办法来调整混凝土拌合物的流动性。

在通常使用范围内，当混凝土中用水量一定时，水灰比在小的范围内变化，对混凝土拌合物的流动性影响不大。

2.6砂率砂率是指混凝土中砂的质量占砂、石总质量的百分率。

砂率表征混凝土拌合物中砂与石相对用量比例。

由于砂率变化，可导致集料的空隙率和总表面积的变化。

当砂率过大时集料的空隙率和总表面积增大，在水泥浆用量一定的条件下，混凝土拌合物就显得干稠，流动性小；当砂率过小时，虽然集料的总表面积减小，但由于砂浆量不足，不能在粗集料的周围形成足够的砂浆层起润滑作用，因而使混凝土拌合物的流动性降低。

更严重的是影响了混凝土拌合物的粘聚性与保水性，使拌合物显得粗涩、粗集料离析、水泥浆流失，甚至出现溃散等不良现象。

因此，在不同的砂率中应有一个合理砂率值。

混凝土拌合物的合理砂率是指在用水量和水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌合物获得最大流动性，且能保持粘聚性。

2.7环境条件引起混凝土拌合物工作性降低的环境因素，主要有时间、温度、湿度和风速。

对于给定组成材料性质和配合比例的混凝土拌合物，其工作性的变化，主要受水泥的水化速率和水分的蒸发速率所支配。

水泥的水化，一方面消耗了水分；另一方面，产生的水化产物起到了胶粘作用，进一步阻碍了颗粒间的滑动。

而水分的挥发将直接减少了单位混凝土中水的含量。

因此，混凝土拌合物从搅拌到捣实的这段时间里，随着时间的增加，坍落度将逐渐减小，称为坍落度损失。

同样，风速和湿度因素会影响拌合物水分的蒸发速率，因而影响坍落度。

在不同环境条件下，要保证拌合物具有一定的工作性，必须采取相应的改善工作性的措施。

在较短的时间内，搅拌得越完全越彻底，混凝土拌合物的和易性越好。

具体地说，用强制式搅拌机比自落式搅拌机的拌和效果好；高频搅拌机比低频搅拌机拌和的效果好；适当延长搅拌时间，也可以获得较好的和易性，但搅拌时间过长，由于部分水泥水化将使流动性降低。

温度升高也会使混凝土坍落度损失加大，这是水化速度加快的结果。

因此，夏天施工的混凝土特别需要控制坍落度的损失。

天气干燥，水分容易蒸发，也促使坍落度损失。

搅拌过程中气泡的外溢也会引起坍落度损失。

加入减水剂后，混凝土坍落度值对单位用水量的敏感性增强，加上大幅度减水使水灰比有较大的降低，同样蒸发量会使坍落度降低比基准混凝土大。

2.8外加剂在拌制混凝土时，加入很少量的外加剂能使混凝土拌合物在不增加水泥浆用量的条件下，获得很好的和易性，增大流动性，改善粘聚性，降低泌水性。

并且由于改变了混凝土结构，还能提高混凝土的耐久性。

对高效减水剂的掺加方法的研究表明，减水剂后掺法与同掺法相比，混凝土坍落度经时损失小。

当使高效减水剂与水同时掺入水泥时，水泥中的CaSO4溶出以前，C3A及C4AF吸附高效减水剂量多，溶液中高效减水剂的含量减少较多，在高效减水剂掺量相同的条件下，采用后掺法，可让水泥颗粒表面先形成一层水膜，表面能下降，C3A、C4AF对减水剂的吸附能力必然大大下降，溶液中的高效减水剂较多，因而可供C3S等塑化使用的高效减水剂便相对较多，混凝土坍落度经时损失便小。

同一高效减水剂的粉剂减水率小于液体，但坍落度经时损失小于液体减水剂。

2.9生产施工方面2.9.1混凝土原材料影响沙河水洗砂由于存料时间和批次不同，含水量不稳定，且通过试验确定含水量时局限性较大，粗骨料一般情况含水量比较稳定，但有时也会变化，原因是骨料厂多为开敞式存放，在雨后骨料含水量发生变化，拌制混凝土时骨料吸水率不同会造成混凝土坍落度不同程度的偏差。

2.9.2机械和搅拌时间影响混凝土搅拌时间长会造成骨料吸水量加大，使混凝土熟料中的自由水份减少，造成混凝土坍落度的损失。

混凝土搅拌机械计量系统误差也会造成混凝土坍落度损失，混凝土配和比是通过精确计算并经过多次试配调整得出来的，任何一种材料由于计量不准确，都会使单位内材料比表面积发生变化，材料比表面积变化越大，坍落度经时损失也越大。

2.9.3混凝土运输机械的影响混凝土搅拌运输车运输距离和时间越长，混凝土熟料由于发生化学反应、水份蒸发、骨料吸水等多方面原因，自由水份减少，造成混凝土坍落度经时损失，混凝土皮带运输机、串筒还会造成砂浆损失，这也是造成混凝土坍落度损失的重要原因。

2.9.4混凝土浇筑速度的影响混凝土浇筑过程中，混凝土熟料到达仓面内的时间越长，会因为发生化学反应、水份蒸发、骨料吸水等多方面原因使混凝土熟料中的自由水份迅速减少造成坍落度损失，特别是混凝土暴露在皮带运输机上时，表面与外界环境接触面积较大，水份蒸发迅速，对混凝土坍落度损失的影响最大。

根据实际测定当气温在25℃左右时混凝土熟料现场坍落度在半小时内损失可达100px。

2.9.5混凝土浇筑时间的影响混凝土浇筑时间不同，也是造成混凝土坍落度损失的一个重要原因。

早上和晚上影响较小，中午和下午影响较大，早上和晚上气温低，水份蒸发慢，中午和下午气温高水份蒸发快，水份损失越快混凝土坍落度损失越大，混凝土的流动性、粘聚性等越差，质量越难保证。

三、控制混凝土坍落度及其损失的方法

3.1混凝土材料方面在保证混凝土强度、耐久性和经济性的前提下，适当调整混凝土的组成配合比例以提高和易性。

1）应尽量避免选用C3A及C4AF含量高和细度大的水泥。

试验表明，C3A含量在5%～6%，C3S含量在50%～60%，水泥细度在280～300m2／kg时混凝土坍落度损失较小。

但随着水泥新标准的全面实施，如今的水泥多数是高C3S和C3A含量，比表面积达350m2／kg以上，比以往普遍提高，水泥与外加剂的相容性更加突出。

尽可能降低砂率，采用合理砂率，有利于提高混凝土的质量和节约水泥。

2）改善砂、石（特别是石子）的级配，好处同上，但要增加备料的工作量。

3）尽量采用较粗的集料，以减小需水量。

4）当混凝土拌合物坍落度太小时，维持水灰比不变，适当增加水泥和水的用量，或者加入外加剂等；当拌合物坍落度太大，但粘聚性良好时，可保持砂率不变，适当增加砂和石子。

5）使用外加剂也是调整混凝土性能的重要手段，常用的有减水剂、高效减水剂、流化剂、泵送剂（黄原胶）等，外加剂在改善新拌混凝土和易性的同时，还具有提高混凝土强度，改善混凝土耐久性，降低水泥用量等作用。

6）将高效减水剂两次添加，是一种有效地控制混凝土坍落度损失的方法。

第二次加入减水剂，可以弥补和恢复液相中被消耗掉的高效减水剂，从而使混凝土坍落度得到一定的恢复。

在我国几乎没有采用，主要是人员专业素质低、怕麻烦和配套装置跟不上，如总掺量过高，经济上也受影响。

7）在高效减水剂中复合一些其他外加剂是目前国内外控制掺有高效减水剂混凝土坍落度损失的一种最简便、最常用且效果显著的措施之一。

一般地，有高效减水剂与高效减水剂的复合；也有高效减水剂与缓凝剂的复合，可使混凝土的施工浇筑前不因水化而明显降低流动性，有助于解决坍落度的损失问题，但会增加泌水，掺量多时尤甚，也易造成凝结时间过长。

产生混凝土长时间不凝结的问题。

8）使用新型高效减水剂，比如氨基磺酸盐、聚羧酸盐减水剂和改性木质素磺酸盐减水剂，其自身具有一定的抑制坍落度损失的性能。

3.2混凝土生产施工方面混凝土原材料进场时，由质量控制人员进行控制，同时试验人员对骨料模数和级配进行试验，对超径、逊径、级配不良的粗骨料严禁进场，保证混凝土原材料合格；对进场细骨料按批次分类存放，放置一定时间后由试验人员进行含水量试验，稳定后投入使用；粗骨料在使用前采用喷淋洒水，保证在使用时达到饱合面十状态，严禁表面有明水，这样可有效解决由于骨料比表面积及含水量变化、骨料吸水率高造成的混凝土坍落度损失。

采用高效率的强制式搅拌机，可以提高水的润滑效率，采用高效振捣设备，也可以在较小的坍落度情况下，获得较高的密实度。

现代商品混凝土，在远距离运输时，为了减小坍落度损失，还经常采用二次加水法，即在拌和站拌和时只加入大部分的水，剩下少部分会在快到施工现场时再加入，然后迅速搅拌以获得较好的坍落度。

减少输送距离，加快施工速度，使用坍落度经时损失小的外加剂，都可以使新拌混凝土在施工时保持较好的和易性。

商品混凝土运到工地后，90min内要求用完，时间越长，坍落度损失越大，将影响混凝土质量。

因此施工单位在使用前必须做好施工准备工作。

商品混凝土搅拌车到达工地后，严禁往罐车内加水。

若到达后时间不长，混凝土坍落度小不符合交货验收要求，可由搅拌站试验室人员添加适量减水剂进行调整，搅拌均匀后可以继续使用。

若到达工地后混凝土坍落度过大超出交货验收的坍落度要求，施工单位有权进行退货，双方对坍落度有争议时以现场实测的坍落度值为准。

商品混凝土胶凝材料多、砂率较高、坍落度较大，特别是泵送混凝土坍落度均在14～450px以上，混凝土流动性好容易密实，所以在浇捣时不须强力振捣，振捣时间宜在10～20s，否则混凝土表面浮浆较多容易产生收缩裂缝。

若振捣后浮浆层厚，可于混凝土初凝前在表面撒一层干净的碎石，然后压实抹平。

如何利用现有技术对目前生产的聚羧酸高性能减水剂进行改进，是摆在我们面前一项迫切需要解决的问题。

一般来说，可以从以下几个方面进行改进。

1、通过聚羧酸减水剂生产工艺进行改进，对合成工艺进行优化，梳形聚羧酸高性能减水剂的分散机理有两种。

一是含有羧基等极性基因的主链，会通过静电斥力进行分散作用；二是含聚氧烷基醚类的侧链会与水分子形成强力的氢键，并形成溶剂化的主体保护膜，产生空间位阻作用，从而产生分散性和分散保持性。

聚氧乙烯链通常作为侧链共聚或接枝在主链上，它是产生空间位阻效应的主要来源，其链段的长短有一个最佳范围，聚氧乙烯支链段短，与水缔合的溶剂化水膜较薄，立体斥力也较弱；分子支链长，支链间的作用力增强，分散效果加强。

但支链太长，在水泥颗粒间会起架桥作用，导致絮凝作用增强。

具有长的接枝支链共聚物对早期流动性有利，但对流动性保持性能较差，因此，聚合物要有不同长度的侧链进行搭配，这就是我们说的分子设计。

2、应用不同聚羧酸母料混合，取长补短。

现在市场上聚羧酸系高性能减水剂种类繁多，每一类母料的具体性能不同，有的体现在减水率方面，有的体现在凝结时间方面，有的体现在坍落度保留值方面，可根据地材的不同特点，有选择性地将两种或两种以上的聚羧酸减水剂复合，使之优缺点互补，得到性能更全面的减水剂。

3、添加聚羧酸型保坍剂。

随着技术的发展，各种聚醚类聚羧酸型保坍剂也开发出来了，在工程应用中效果良好，不但保坍性能大大提高，而且抗压强度也得到提高。

4、添加非聚羧酸型保坍剂。

目前，聚羧酸外加剂厂常用的保坍剂是葡萄糖酸钠配合皂化松香类引气剂及敌泡类消泡剂联合使用效果良好，能满足一般性施工要求。

5、与其它类型外加剂复合使用。

聚羧酸类外加剂各项性能与其它类型外加剂相比性能更加优异。

但对中低标号混凝土，因混凝土总浆量太少，而聚羧酸类减水剂减水率太高易引起中低标号混凝土泌水，离析。

因此，在配制中低标号混凝土时，除适当调整粉煤灰等矿物掺合料和砂率大小、控制浆体总量外，还可与木质素、脂肪族类等外加剂复合使用，不但降低混凝土的综合成本，混凝土的工作性能也可大大提高。

聚羧酸高性能减水剂的改性途径：

一方面可应用现代化化学合成技术，对分子结构进行设计，对合成工艺进行优化，以满足不同类型混凝土的需要；另一方面，可利用现有产品，不同的品种与缓凝组分、消泡组分、引气组分、防冻组分进行复合。

因为环境条件、混凝土技术要求、其它原材料的质量、混凝土配合比设计以及施工工艺的差异，不可能用一种改性方法就能满足全部需求，应针对不同的环境条件、不同的原材料、不同的技术要求和不同的施工工艺进行切合实际的改性。

而混凝土的工作性能、力学性能、经济性能、耐久性能、包括混凝土的体积稳定性、抗氯离子渗透性、抗冻性、抗碱—骨料反应、抗碳化、抗硫酸盐侵蚀等，以及混凝土工作性能中的稠度、保塑性、易修饰性、充填性、可泵性、稳定性方面的性能，都可通过聚羧酸减水剂合成时的分子设计，工艺优化及各项复合技术中得到解决。