混凝土的新拌性能

Fresh performance of Concrete

北京建筑大学宋少民

和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实）并能获得质量均匀、成型密实混凝土的性能。

和易性是一项综合的技术性质，包括有流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。

和易性的概念

和易性

流动性

粘聚性

保水性

和易性的三个方面混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能；

混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层和离析的现象；

混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。

混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性三者之间既互相联系，又互相矛盾。如粘聚性好则保水性一般也较好，但流动性可能较差；当增大流动性时，如果原材料或配合比不合适，粘聚性和保水性容易变差。因此，拌合物的和易性是三个方面性能的总和，直接影响混凝土施工的难易程度，同时对硬化后的混凝土性能影响很大。

相互关系

维勃稠度

维勃稠度

坍落度

坍落度

Dmax≯40mm

坍落度10mm

≥220mm

160-210

100-150

50-90

10-40

自密实混凝土大流动性混凝土流动性混凝土塑性混凝土低塑性混凝土

S5

S4

S3

S2

S110-5s

20-11

30-21

﹥31

半干硬性混凝土干硬性混凝土特干硬性混凝土超干硬性混凝土

V3

V2

V1

V0

泵送混凝土坍落度≥ 120mm

和易性的分级

结构种类 坍落度（ mm ）

1 ．基础或地面等的垫层、无配筋的大体积结构（挡土墙、基础等）或配筋稀疏的结构

10-30

2 ．板、梁和大型及中型截面的柱子等 30-50

3 ．配筋密列的结构（薄壁、斗仓、筒仓、细柱等） 50-70

4 ．配筋特密的结构 70-90

非泵送法施工：

泵送法施工：坍落度大于 120mm

坍落度（ slump）试验

在测定坍落度的同时，应观察新拌混凝土的粘聚性和保水性，从而全面地评价其和易性。

坍落度试验方法不适用于骨料最大粒径大于 40mm或坍落度值为小于 10mm的新拌混凝土。

坍落度试验

坍落度扩展度试验flowing extension value

当混凝土拌合物坍落度值大于220mm时，用钢尺测量混凝土拌合物扩展后最终的最大直径和最小直径，若两个直径之差小于 50mm的条件下，以其算术平均值作为混凝土坍落扩展度值，否则无效。

等级 扩展直径 (mm)

F1 340

F2 350~ 410

F3 420~ 480

F4 490~ 550

F5 560~ 620

F6 630

《混凝土质量控制标准》（ GB50164-2011 ）只对高强泵送混凝土和自密实混凝土提出坍落扩展度的要求，分别为 500mm 和600mm 。

维勃稠度测定

单位是秒，适用于坍落度小于 10mm混凝土拌合物

坍落度试验在一定程度上能反应新拌混凝土的流变特性，但所测定的指标是浆体的最终变形能力，反映的是浆体在自重作用下克服剪应力而流动的性能，不能反映浆体的变形速度。

倒坍落度桶排空时间

混凝土的塑性粘度 一般不影响坍落度的测定值，但影响混凝土的流动变形速度，目前用来表征新拌混凝土塑性粘度的方法是倒坍落度桶排空时间试验。由于高强混凝土粘性大，仅用坍落度难以表征其可泵性，这时结合倒坍落筒流出时间显得尤为重要。一般应控制在 20秒以内。

倒坍落度桶排空时间

　

离析是在运输浇筑过程中，水泥浆上浮，骨料下沉的现象。

离析导致混凝土拌和物泵送困难、堵管；硬化后表面蜂窝麻面，影响强度和耐久性

粗骨料有从拌合物中分离出来的倾向，多发生于水泥用量少的混凝土中。水泥浆有从拌合物中分离出来的倾向，多发生于水灰比比较大的混凝土中。

粗骨料有从拌合物中分离出来的倾向，多发生于水泥用量少的混凝土中。水泥浆有从拌合物中分离出来的倾向，多发生于水灰比比较大的混凝土中。

关于离析

蜂窝 孔洞

　

拌和物在浇筑与捣实以后、凝结之前（不再发生沉降）表面出现一层水分可以观察到，这些水或蒸发、或由于继续水化被吸回，伴随发生混凝土体积减小。

形成疏松的水化物结构，常称浮浆，降低耐磨性、强度；上升的水积存在骨料下方形成水囊，加剧水泥浆与骨料间过渡区的薄弱程度，明显影响硬化混凝土的强度；形成的泌水通道使硬化后的混凝土抗渗性、抗冻性下降。

关于泌水

　

骨料的级配不良，缺少 300μm以下的颗粒：调整砂率、使用引气剂增大粉煤灰用量。外加剂和水泥相容性。

骨料的级配不良，缺少 300μm以下的颗粒：调整砂率、使用引气剂增大粉煤灰用量。外加剂和水泥相容性。

如何避免泌水

混凝土泌水在钢筋下方形成水隙引起钢筋锈蚀

钢筋上方 钢筋下方

　

和易性好的混凝土

时 间温 度

时 间温 度

骨料颗粒表面水泥浆层

骨料颗粒表面水泥浆层

和 易 性和 易 性

胶浆的稠度胶浆的稠度

胶浆的数量、组成、砂率、外加剂

骨料性质骨料性质颗粒间内摩擦 颗粒间内摩擦

水泥浆的流变性能水泥浆的流变性能

骨料的级配、形状、表面特征

水胶比

和易性影响因素

　

在胶凝材料用量不变的情况下，水胶比愈小，浆体就愈稠，混凝土拌合物的流动性便愈小。

过去通常是维持水胶比不变，调整胶凝材料浆量来满足工作度要求；现在因考虑到胶凝材料浆体多会影响耐久性，多以外加剂掺量来调整和易性，满足施工需要。

和易性影响因素胶凝材料浆体和水胶比

　

因为骨料的空隙需要浆体填充，骨料表面需要浆体包裹，因此必要的浆体是必要的，对于拌合物和易性影响大

尤其对于中低强度等级混凝土要保证合理的浆体以保证良好的和易性。

和易性影响因素胶凝材料浆体和水胶比

和易性影响因素砂率砂率的变动会使骨料的空隙率和骨料的总表面积有显著改变，因而对混凝土拌合物的和易性产生显著影响。

在最佳砂率时，胶凝材料用量最少

普通塑性混凝土砂率的经验取值《普通混凝土配合比设计规程》 JGJ/T55-2011

适用于坍落度为 10-60mm 的混凝土

和易性影响因素

水胶比 卵石最大公称粒径（mm） 碎石最大公称粒径（mm）

10.0 20.0 40.0 16.0 20.0 40.0

0.40 26-32 25-31 24-30 30-35 29-34 27-32

0.50 30-35 29-34 28-33 33-38 32-37 30-35

0.60 33-38 32-37 31-36 36-41 35-40 33-38

0.70 36-41 35-40 34-39 39-44 38-43 36-41

坍落度大于 60mm的混凝土，其砂率可经试验确定，也可在表 6-11的基础上，按坍落度每增大 20mm，砂率增大 1%的幅度予以调整。

坍落度大于 60mm的混凝土，其砂率可经试验确定，也可在表 6-11的基础上，按坍落度每增大 20mm，砂率增大 1%的幅度予以调整。

砂率也可以采用计算法确定 砂率是指混凝土中砂的用量占砂、石总用量的百分率。

ｍ g0——每立方米混凝土的粗骨料用量（ kg）； ｍ s0——每立方米混凝土的细骨料用量（ kg）； βs——砂率（％）； P_______粗骨料的空隙率（％） ρ0s , ρ0g

_______砂、石堆积密度（ kg/m3)

gs

s

ggss

ss

gs

sos P

P

VV

V

mm

m

00

0

0000

00

00

和易性影响因素

还需要乘一个富裕系数

和易性影响因素组成材料性质

外加剂

水泥及掺和料

集料

水泥品种、水泥细度和水泥的需水量

骨料的品种、级配、颗粒形状、表面特征及粒径等性质对新拌混凝土和易性的影响较大

外加剂对新拌混凝土的和易性有较大影响

和易性影响因素组成材料性质

时间环境温度 时间、温度也会对新拌混凝土坍落度和流动性产生较大影响

施工工艺 搅拌方式、搅拌时间长短

采用合理砂率

改善集料粒形与级配

掺加化学外加剂与优质矿物掺和料

坍落度小时，保持水胶比不变，适当增加水与胶凝材料用量

改善和易性措施

使用引气剂，适当提高拌合物含气量可以提高和易性

对于大流态混凝土首先调整坍落度的技术手段是化学外加剂掺量。

　

【案例 4-4】水泥温度太高 , 造成混凝土坍落度损失过快概况： 某工程在 6 月份浇注 C30梁板过程中，发现混凝土坍落度损失很快 , 造成滚筒内混凝土结料。

案例

经查所进水泥温度达 80℃，且水泥普遍偏细，造成需水量增大，容易吸附外加剂。当用水量不足时产生坍落度损失过快。

　混凝土的匀质性（ uniformity ）

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。混凝土是高度不匀质材料，良好匀质性是高性能混凝土应该追求的目标。

　混凝土的匀质性（ uniformity ）

混凝土的坍落度已从 20年前的 70-90mm发展到现在的 180-200mm,甚至已经开始应用自密实混凝土。但流动性增加的同时，加大了混凝土匀质性下降。 泵送混凝土等常掺加几种外加剂和掺和料 , 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。甚至造成新拌混凝土离析、泌水情况发生，影响工程质量。

良好的匀质性可以使混凝土强度提高20%。匀质性不好，混凝土结构不同部位强度差别上下可达 30%以上。

提高匀质性的技术措施

对于掺加大量矿物掺和料的混凝土不应一味要求高流动性，和易性满足施工要求即可追求高坍落度、扩展度易导致匀质性不良。

对于中低等级混凝土，外加剂中增加增粘组分也就是开发即要有高减水率，又具有足够粘度的复合外加剂

提高匀质性的技术措施

有的掺和料比表面积大 ( 如硅灰 ,比表面积达 2000m2/kg左右 ),有的表面疏松多孔 ( 如沸石粉、偏高岭土 ) ，润湿颗粒表面所需水量远高于水泥粒子，所以，这类掺和料的掺入会消耗更多的自由水，增加浆体的粘度 , 一定掺量下对抑制浆体的离析、泌水有利

提高匀质性的技术措施

骨料的级配和粒形良好时，骨料间的空隙小，内阻力小。较少量的浆体易充分包裹集料并赋予混凝土良好的流动性和匀质性。

混凝土配合比设计时应避免砂率过低；应控制胶凝材料与单位体积用水量；应该注意避免减水剂掺加过量，尤其对于聚羧酸减水剂应该充分稀释后使用。

提高匀质性的技术措施

采用正确的混凝土浇注顺序，见下图

提高匀质性的技术措施

控制混凝土胶凝材料用量在适度范围，中低强度混凝土不要过低，高强混凝土不要过高。

混凝土施工时应注意根据不同混凝土选择适当的振捣方式和时间，注意不同拌和物振捣棒影响半径和振捣时间，恰当但不过振。禁止用振捣棒水平拖动，以防止匀质性不好造成的开裂。

　

坍落度损失是指新拌混凝土的稠度随着时间的流失而逐渐减小，坍落度损失是所有混凝土的一种正常现象。它是水泥孰料水化形成钙矾石和 水化硅酸钙等水化产物的同时，逐渐变稠、凝结的结果。

通常情况下，要求混凝土拌合物在初始的30-60min 内不产生较大的坍落度损失，来满足混凝土拌合物正常的运输、浇筑、振捣、抹面等工序。

坍落度损失

坍落度经时损失不宜大于 30mm/h

　

会使搅拌车的鼓筒的力矩增大，鼓筒的内壁会有混凝土粘挂，导致出搅拌车的混凝土拌合物浆量减少，影响混凝土的泵送和浇筑

坍落度损失的影响

当拌合物的坍落度损失较大时，在施工现场往往以加水的方式来调整坍落度，严重影响匀质性，造成混凝土强度、耐久性降低。

水泥中矿物成分的种类及其含量，关键是控制 C3A 的含量

坍落度损失的原因与控制

水泥中石膏的形态及掺加量

石膏的作用

石膏的匹配

• 水泥中有 C3A 、 R2O 和 SO3 的匹配问题

• 碱的硫酸盐化程度影响水泥的流变性能• SO3 对不同品种减水剂的影响不同• 对萘系减水剂和对聚羧酸减水剂的影响不同

　

凝结是混凝土拌合物固化的开始，由于各种因素的影响，混凝土的凝结时间与配制混凝土所用水泥的凝结时间不一致。（指凝结快些的水泥配制出的混凝土拌合物，在用水量和水泥用量不一样的情况下，未必比凝结慢些的水泥配出的混凝土凝结时间短）。

混凝土的凝结时间

　

混凝土拌合物的凝结时间通常是用贯入阻力法进行测定的。先用 5mm筛孔的筛从拌合物中筛取砂浆，按一定方法装入规定的容器中以贯入阻力 3.5 及 28.0MPa划两条平行于时间坐标的直线，直线与曲线交点的时间即分别为混凝土的初凝和终凝时间。

混凝土的凝结时间

流变学是考虑了时间因素研究材料在受力状态下的流动和变形性质的科学。也是研究物体弹性、塑性、粘性演变的科学。

流变学的概念

流变学是一门综合研究气体、液体、固体，以及各形态混合体系的流动和变形性能的科学。

　

屈服值 用宾汉姆体描述新拌混凝土流变学特性时，屈服值（屈服应力）是最重要的参数。屈服值是使材料发生变形所需的最小应力。坍落度值越小，表明混凝土拌合物的屈服值越大，在较小的应力作用下越不易变形。

屈服值 用宾汉姆体描述新拌混凝土流变学特性时，屈服值（屈服应力）是最重要的参数。屈服值是使材料发生变形所需的最小应力。坍落度值越小，表明混凝土拌合物的屈服值越大，在较小的应力作用下越不易变形。

新拌混凝土流变学参数

　

屈服值 用宾汉姆体描述新拌混凝土流变学特性时，屈服值（屈服应力）是最重要的参数。屈服值是使材料发生变形所需的最小应力。坍落度值越小，表明混凝土拌合物的屈服值越大，在较小的应力作用下越不易变形。

屈服值 用宾汉姆体描述新拌混凝土流变学特性时，屈服值（屈服应力）是最重要的参数。屈服值是使材料发生变形所需的最小应力。坍落度值越小，表明混凝土拌合物的屈服值越大，在较小的应力作用下越不易变形。

新拌混凝土流变学参数

高效减水剂、粉煤灰可以有效降低屈服值，但对粘性影响不大。

　

塑性黏度 是反映作用应力与流动速度之间关系的参数。坍落度大致相同，塑性黏度大，混凝土拌合物流动和变形速度慢。

塑性黏度 是反映作用应力与流动速度之间关系的参数。坍落度大致相同，塑性黏度大，混凝土拌合物流动和变形速度慢。

新拌混凝土流变学参数

引气剂、石灰石粉可以有效降低塑性黏度

　

可泵性是反映混凝土拌合物采用泵送施工时被压送的难易程度的性质。

可泵性取决于混凝土拌合物的抗分离性、在管内的流动阻力以及配管条件等因素。被压送混凝土的组分分离表现为在压力作用下的脱水、含气量减少和骨料的分离等现象，这些都可能导致泵管堵塞。

可泵性

可泵性试验方法成熟的只有压力泌水试验。

可泵性

高效减水剂和矿物掺和料的使用赋予了混凝土拌和物浓分散体系的特性，也就构成了现代混凝土拌和物的特征。

现代混凝土拌和物特性

较低水胶比混凝土拌和物主要特性是较大的黏聚性以及在泵送时表现出的触变性和剪胀性

属于浓分散体系的现代混凝土拌和物表观粘度大但具有触变性。触变性是胶体悬浮液中常见的现象，胶凝材料浆体中由于有絮凝结构的存在，在剪切速率增大的情况下，伴随着絮凝结构遭到破坏，阻力减小，粘度下降，触变性也称剪切稀薄性。

现代混凝土的触变性

低水胶比混凝土拌和物表现是表观粘度大但具有触变性；静态坍落度已不能表示其拌和物施工的性能，需要动态的测定；下图是德国使用的动态流动性测定装置。

现代混凝土的触变性

泵前流动性好，入模后流动性损失很大。搅拌几十秒时坍落度达 15～ 20cm，继续搅拌出机后就只有几公分了；

搅拌 60秒比搅拌 30秒流动性大，继续搅拌到 90秒后流动性就变差。

发生剪胀性的条件是一定浓度的均匀胶体。

现代混凝土的剪胀性

浓分散胶体体系表观粘度随剪变速率增加而增大的剪切稠化作用 : 静止时，粒子完全散开；搅动时，粒子重排而形成混乱的空间结构。会大大增大流动阻力，使表观粘度上升。表现在在混凝土，拌和物在过泵入模后完全丧失流动性，而无法振捣。

现代混凝土的剪胀性

条件一是一定的浓度：体系分散浓度低时是牛顿流体，浓度高时是具有触变性塑性流体。出现胀性流型的浓度介于二者之间，最低浓度称为临界浓度，但是范围很窄；

形成胀流体系的条件

条件二是体系分散良好：使用分散剂 ( 减水剂 ) 的胶凝材料浆体，颗粒分散很好。

解决剪胀性问题的技术就是调整拌和物的浓度 , 拌和物的浆骨比、砂石比、水胶比和掺和料品种及掺量都会影响拌和物的浓度。

解决剪胀现象的对策

高粘性液相可减缓颗粒间的相互作用，与颗粒一起平滑地流动，使颗粒的剪切变形局部化；同时，可大大地约束由颗粒碰撞引起的颗粒的变形，减少颗粒的接触应力。因此尽管高粘性液相可增大抗剪切能力，却可减少骨料想总体的抗剪切能力，从而能阻止颗粒的离析与堵塞。。

高粘性拌和物具有可泵性的机理