孫樹彬

1 概述

混凝土材料和結(jié)構(gòu)在廣泛使用的同時(shí),也面臨著許多的質(zhì)量問題。無論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外,混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中,安全性和耐久性方面問題層出不窮。各種因素引起的建筑物坍塌、嚴(yán)重?fù)p壞經(jīng)常發(fā)生,人們不得不考慮怎樣保證混凝土結(jié)構(gòu)的使用安全問題。當(dāng)水泥用量一定時(shí),加水少則會(huì)使混凝土拌合物干澀,成型質(zhì)量難以保證,混凝土成品中將出現(xiàn)較多的孔洞(蜂窩),表面形成麻面,不但影響美觀,而且強(qiáng)度和耐久性均降低。反之,加水過多,隨之帶來的后患是混凝土硬化后多余水分蒸發(fā)形成大的開孔,密實(shí)度降低,耐久性能差,強(qiáng)度顯著降低[1,3]。此外,用水量對(duì)混凝土的工作性能也具有極其重要的影響。本文對(duì)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量預(yù)控水量相關(guān)問題進(jìn)行探索,主要分析了混凝土工作性和均質(zhì)性問題。

2 混凝土工作性分析

工作性又稱和易性,是指混凝土拌合物在一定的施工條件和環(huán)境下,是否易于各種施工工序的操作,以獲得均勻密實(shí)混凝土的性能。工作性在攪拌時(shí)體現(xiàn)為各種組成材料易于均勻混合,均勻卸出;在運(yùn)輸過程中體現(xiàn)為拌合物不離析,稀稠程度不變化;在澆筑過程中體現(xiàn)為易于澆筑、振實(shí)、流滿模板;在硬化過程中體現(xiàn)為能保證水泥水化以及水泥石和集料的良好粘結(jié)?？梢娀炷恋墓ぷ餍允且豁?xiàng)綜合指標(biāo),保證混凝土良好的工作性對(duì)混凝土施工具有重要意義。新拌混凝土是指凝結(jié)硬化以前水泥混凝土的拌合料。目前,對(duì)混凝土拌合物的性質(zhì)用工作性(也稱施工和易性)來表征。主要包含流動(dòng)性、粘聚性、保水性。近年來,減水劑的大量運(yùn)用使拌合物的流動(dòng)性提高很多,相應(yīng)地也就出現(xiàn)了新型混凝土及施工工藝。然而拌合物流動(dòng)性的提高又可能導(dǎo)致其穩(wěn)定性的降低,從而出現(xiàn)工作性不良的新問題。目前對(duì)于工作性的研究方法主要有兩種:流動(dòng)法和流變學(xué)測(cè)試方法。

2.1 流動(dòng)法

流動(dòng)法的測(cè)試方法有:1)混凝土坍落度法。減水劑的適應(yīng)性是混凝土技術(shù)中的一個(gè)普遍性問題,這種適應(yīng)性一般都用混凝土坍落度來評(píng)價(jià),所用設(shè)備為坍落度筒。坍落度越大,則流動(dòng)性越好,混凝土的工作性也越好,說明相應(yīng)的減水劑與水泥的適應(yīng)性越好。2)微坍落度法。微坍落度法的原理與坍落度法原理基本相同,但所用試模形狀、尺寸和具體評(píng)價(jià)指標(biāo)與坍落度法有差異。微坍落度法的評(píng)價(jià)指標(biāo)有:漿體流動(dòng)度一流下漿體圓餅的平均直徑、流動(dòng)面積一流下漿體圓餅的面積或者用相對(duì)流動(dòng)面積一流下漿體擴(kuò)散的圓環(huán)面積(圓餅面積減去所用試模底面面積)與所用試模底面面積的比值。流動(dòng)度、流動(dòng)面積或相對(duì)流動(dòng)面積越大,則漿體的流動(dòng)性越好,說明相應(yīng)的減水劑與水泥的適應(yīng)性越好。3)漏斗法。測(cè)定方法:將一定體積的漿體裝入固定的漏斗,用一定體積漿體流下漏斗的時(shí)間來評(píng)價(jià)。流下時(shí)間越短,則漿體流動(dòng)性越好;相反,流下時(shí)間越長(zhǎng),則漿體流動(dòng)性越差。4)水泥漿體稠度法。國(guó)內(nèi)外常采用水泥漿體稠度法來評(píng)價(jià)水泥與減水劑之間的適應(yīng)性。該方法認(rèn)為:在水膠比和減水劑的摻量一定時(shí),水泥漿體的稠度越小,則表明漿體的流動(dòng)性越好。另外還有維勃稠度(工作度)試驗(yàn)方法、密實(shí)因素試驗(yàn)方法、工業(yè)粘度試驗(yàn)方法、L形流動(dòng)度儀試驗(yàn)方法、U形流動(dòng)度儀試驗(yàn)方法、V形流動(dòng)度儀試驗(yàn)方法等。

2.2 流變法

近年來,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)混凝土流變學(xué)方面的研究,其主要思想是通過研究水泥漿的流變學(xué)特性來評(píng)價(jià)混凝土的工作性。該方法大多都利用粘度計(jì)或流變儀測(cè)試水泥漿體的流變性能,包括流變類型、觸變性、屈服應(yīng)力和塑性粘度以及流變性能隨時(shí)間的變化過程?？蓽y(cè)得的主要參數(shù)有粘度、剪切應(yīng)力、剪切速率、屈服應(yīng)力等,并用這些參數(shù)來評(píng)價(jià)混凝土的流變性能。實(shí)際施工中,混凝土的工作性能主要依靠傳統(tǒng)的方法來評(píng)價(jià),如:坍落度法、坍落度—擴(kuò)展度法等。這些單點(diǎn)法(固定時(shí)間點(diǎn)測(cè)試)測(cè)試不能敏銳、實(shí)際地表征混凝土工作流動(dòng)性。流變學(xué)評(píng)價(jià)方法是將新拌的水泥漿體視為具有均勻連續(xù)流動(dòng)性能的兩相材料,一相為基體相,另一相為粒子相。用流變儀測(cè)試水泥漿體可采用兩點(diǎn)法(由間隔的兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)試),也可采用連續(xù)動(dòng)態(tài)的測(cè)試方法。與其他方法相比,該方法能更客觀更實(shí)際地評(píng)價(jià)混凝土的工作流動(dòng)性。

3 混凝土勻質(zhì)性分析

混凝土的勻質(zhì)性是指不同單位體積混凝土之間各組分分布的均勻程度。當(dāng)混凝土材料組成及摻量相同時(shí),其性能取決于勻質(zhì)性的好壞。混凝土的勻質(zhì)性對(duì)混凝土的性能具有重要的意義,不僅關(guān)系到混凝土的強(qiáng)度,也對(duì)耐久性有著重要的影響?；炷恋膭蛸|(zhì)性不良會(huì)帶來離析、泌水等現(xiàn)象的發(fā)生,進(jìn)而影響到混凝土的性能。公路橋梁混凝土施工中經(jīng)常出現(xiàn)混凝土離析、泌水等現(xiàn)象?；炷岭x析現(xiàn)象使混凝土結(jié)構(gòu)不均勻,出現(xiàn)孔洞、水影和蜂窩狀結(jié)構(gòu)。嚴(yán)重的離析使混凝土結(jié)構(gòu)明顯分層,大大降低了混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和使用性能?；炷恋拿谒苁剐掳杌炷羶?nèi)粗集料顆粒下沉水分上升致使表面浮漿或浮灰而導(dǎo)致形成一種水影,影響混凝土的表面質(zhì)量,并且水分在上升時(shí)形成“小噴口”以及集中在粗集料或鋼筋下的水囊等混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié),從而降低混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

此外,混凝土本身就是一個(gè)不勻質(zhì)體。混凝土界面過渡區(qū)是混凝土的薄弱環(huán)節(jié),它在混凝土內(nèi)部是一個(gè)不均勻體系,它能影響到整個(gè)混凝土構(gòu)件的宏觀力學(xué)性能。界面過渡區(qū)的不均勻性是由結(jié)構(gòu)內(nèi)部宏觀和微觀層面上的泌水共同作用引起的?；炷猎谥苽溥^程中微泌水作用引起了內(nèi)部集料界面過渡區(qū)的不均勻性,且單個(gè)集料不同方向上的界面過渡區(qū)也是不均勻的;表層混凝土是一個(gè)高度不均勻體系,該體系的形成是由混凝土制備過程中宏觀泌水引起的,表層混凝土的界面過渡區(qū)內(nèi)存在孔隙分布的梯度。因此,混凝土在制備過程中的泌水作用會(huì)導(dǎo)致混凝土表層和內(nèi)部集料以及單個(gè)集料的界面過渡區(qū)性能均存在較大差別。

外加劑的使用降低了混凝土的水膠比,改善新拌混凝土的工作性和控制混凝土的坍落度損失,并賦予混凝土優(yōu)良的施工性能及高密實(shí)性。混凝土的坍落度已從10年前的70 mm～90 mm發(fā)展到現(xiàn)在的180 mm～200 mm,甚至已經(jīng)開始應(yīng)用自密實(shí)混凝土。但是混凝土流動(dòng)性的增加常常導(dǎo)致勻質(zhì)性的下降,目前混凝土(尤其是泵送混凝土等)常摻加幾種外加劑和摻合料,各種組分之間的相容性不良問題也加重了勻質(zhì)性不良的趨勢(shì)。甚至造成嚴(yán)重的離析、泌水情況發(fā)生,影響工程質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)基建事業(yè)的蓬勃發(fā)展,混凝土材料的高性能化研究已進(jìn)入快速發(fā)展階段。水作為混凝土的重要原料組分,從與水泥、砂、石料按一定比例攪拌成新拌混凝土開始,到硬化混凝土完成服役壽命,直至完全破壞,一直發(fā)揮重要的作用。本文對(duì)用水量影響下的新拌混凝土的工作性和勻質(zhì)性進(jìn)行分析,對(duì)于進(jìn)一步設(shè)計(jì)高性能的混凝土材料具有一定作用。

[1]方國(guó)有.地下室混凝土施工裂縫的預(yù)防與處理[J].中國(guó)科技信息,2009(7):53-55.

[2]朱森林,侯朝霞.論超長(zhǎng)地下室混凝土裂縫的控制[J].山西建筑,2009,35(2):162-163.

[3]葛 勇,孫迎迎,袁 杰,等.混凝土水飽和程度影響因素的研究[J].低溫建筑技術(shù),2006(6):44-46.