關(guān)于混凝土和易性及耐久性的探究

劉永恒 鄭子豪 李德亮

山東魯碧建材有限公司

1 前言

目前，混凝土大規(guī)模集中預(yù)拌的模式取代了傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)小批量拌和模式，因此，改善混凝土和易性能夠有效提升生產(chǎn)施工效率，進(jìn)而為施工企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。而混凝土的耐久性作為衡量混凝土使用壽命的重要指標(biāo)，在混凝土施工當(dāng)中始終是施工單位關(guān)注的焦點(diǎn)話題。尤其對(duì)于高寒、高溫地區(qū)來說，只提高混凝土的耐久性，才能抵御凍融以及碳化等外界因素的干擾，對(duì)混凝土工程整體質(zhì)量的提高也將起到?jīng)Q定性作用。

2 影響混凝土和易性的主要因素

2.1 砂率的影響因素

砂率一般是指混凝土當(dāng)中砂的質(zhì)量與添加砂石的總質(zhì)量的百分比，如果砂率變化區(qū)間大，混凝土中的骨料縫隙就會(huì)增大，這時(shí)，混凝土的整體結(jié)構(gòu)將受到嚴(yán)重影響，和易性也將失去控制。比如砂率過大，混凝土骨料的空隙率也隨之增大，在這種情況下，骨料的總表面積也將與空隙率成正比例擴(kuò)大，如果水泥漿的摻量為定值，那么骨料之間就會(huì)產(chǎn)生較大的摩擦阻力，而使混凝土拌和物流動(dòng)性大幅降低。如果砂率過小，骨料中砂的質(zhì)量就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于石子的質(zhì)量，這時(shí)，混凝土的密實(shí)度和整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度將受到嚴(yán)重影響，自身的黏聚性也將大幅降低，甚至極易發(fā)生崩散現(xiàn)象。

2.2 骨料性質(zhì)與水灰比的影響因素

用于拌和混凝土的骨料主要包括卵石、級(jí)配碎石以及各種不同規(guī)格的砂子，如果施工單位選用細(xì)砂作為拌和骨料，混凝土將具有良好的粘聚性與保水性，如果選取河沙與卵石作為拌和骨料，混凝土將具有良好的流動(dòng)性。另外，在預(yù)拌混凝土?xí)r，合理控制水灰比也能夠有效改善混凝土的和易性。如果水灰比過大，混凝土的坍落度以及粘聚度將受到嚴(yán)重影響，如果水灰比過小，混凝土的流動(dòng)性也將與標(biāo)準(zhǔn)要求相悖。

2.3 外加劑的影響因素

在拌和混凝土?xí)r，施工單位為了改善混凝土的和易性，常常在拌和物當(dāng)中添加減水劑、引氣劑、泵送劑等外加劑，比如在水泥用量保持不變的情況下，要想獲得良好的和易性，需要向混凝土拌和料當(dāng)中添加減水劑，以保證混凝土強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。因此可以看出，是否添加外加劑，也是決定混凝土和易性的一個(gè)必要條件。添加減水劑前后混凝土拌和料的對(duì)比效果如圖1所示。

圖1

2.4 時(shí)間與溫度的影響因素

隨著土木工程項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模的日漸擴(kuò)大，工程對(duì)混凝土的需求量也越來越大，因此，施工單位常常采取購置成品混凝土的方式，來供給工程建設(shè)所需，在這種情況下，混凝土就需要事先拌和，而成品混凝土在運(yùn)輸過程中，如果運(yùn)輸距離較遠(yuǎn)，擱置時(shí)間過長，混凝土中的水分將大量散失，無形當(dāng)中就降低了混凝土的流動(dòng)性，這種混凝土一旦使用在工程施工當(dāng)中，則極易引發(fā)崩散現(xiàn)象，進(jìn)而引發(fā)質(zhì)量與安全事故。另外，如果混凝土長時(shí)間暴露在高溫環(huán)境下，混合料內(nèi)部的水分蒸發(fā)速度也會(huì)飆升，這時(shí)，混凝土表面就會(huì)出現(xiàn)干裂現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土成品將無法投入使用。

3 影響混凝土耐久性的主要因素

3.1 水灰比的影響因素

在混凝土拌和過程中，如果水灰比過高，用水量過大，混凝土內(nèi)部的孔隙率就會(huì)增大，甚至孔隙的分布面積能夠達(dá)到混凝土總面積的25%以上，這其中，毛細(xì)孔占據(jù)了較大比例，在這種情況之下，外界的有害離子、二氧化碳等物質(zhì)通過毛細(xì)孔滲透到混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)中，使得混凝土碳化速度加劇，耐久性也將受到嚴(yán)重影響[1]。

3.2 水泥品種與外加劑的影響因素

碳化是影響混凝土耐久性的一種最為常見的表現(xiàn)形式，不同品種、不同強(qiáng)度等級(jí)的水泥，其碳化速度也存在明顯差異，同時(shí)，是否使用外加劑也會(huì)給混凝土的耐久性造成嚴(yán)重影響。水泥品種與外加劑對(duì)混凝土碳化速度的影響數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 水泥品種與外加劑對(duì)混凝土碳化速度的影響數(shù)據(jù)

3.3 水泥水化物穩(wěn)定性的影響因素

水泥發(fā)生水化反應(yīng)以后，主要生成水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣、水化矽酸鈣等堿性相對(duì)較高的化合物，而且在這種情況下，水泥中還殘留著大量的游離狀態(tài)的石灰，這些物質(zhì)本身穩(wěn)定性極差，強(qiáng)度極低，如果受到外界有害物質(zhì)的侵蝕，這些高堿度水化物將首當(dāng)其沖受到影響，由此可見，水泥水化物的穩(wěn)定性與組分也是影響混凝土耐久性的一個(gè)重要因素。

4 提高混凝土和易性的有效策略

4.1 合理控制砂率

砂率的大小將直接影響混凝土流動(dòng)性與粘聚性等和易性指標(biāo)，因此，在拌和混凝土?xí)r，首先需要對(duì)砂率進(jìn)行合理控制，不宜過大，也不宜過小。比如以泵送混凝土的流動(dòng)性指標(biāo)為例，其砂率應(yīng)當(dāng)控制在40%～50%之間，如果混凝土中的含砂率為40%，而選取的石子與砂的用量為2000kg，那么砂的用量應(yīng)當(dāng)為800kg，而石子的用量則為1200kg。對(duì)于泵送混凝土來說，砂率越大，泵送流動(dòng)性越好，但是，混凝土的強(qiáng)度值也將隨之下降，為了中和這兩項(xiàng)指標(biāo)，拌和混凝土過程中，應(yīng)當(dāng)盡量實(shí)現(xiàn)合理砂率。即在用水量與水灰比一定的前提下，混凝土拌和物能夠獲得最大的流動(dòng)性，且保持良好粘聚性與保水性的最小砂率。

4.2 有效控制水灰比

水灰比作為影響混凝土和易性的重要因素，施工單位應(yīng)當(dāng)予以高度重視，但是，在拌和混凝土?xí)r，不能隨意向混凝土拌和物增加用水量，如果水量過大，混凝土內(nèi)部的水泥漿就會(huì)呈現(xiàn)出過稀狀態(tài)，這時(shí)，混凝土的流動(dòng)性雖然得到有效改善，但是，極易出分層離析或者沁水現(xiàn)象。因此，施工單位絕不能以單純加水的方式來增加混凝土的流動(dòng)性，而應(yīng)當(dāng)在保持水灰比恒定不變的情況下，通過調(diào)節(jié)水泥漿量來有效控制混凝土的和易性。

4.3 有效控制混凝土坍落度

坍落度是衡量混凝土和易性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是否能夠得到有效控制是保障混凝土整體質(zhì)量一條有效路徑。通常情況下，混凝土的坍落度指標(biāo)與運(yùn)輸距離、拌和方式以及運(yùn)輸設(shè)備有著直接關(guān)聯(lián)。因此，施工單位應(yīng)當(dāng)盡量就近選擇成品混凝土的供應(yīng)方，以減少運(yùn)輸距離，同時(shí)在運(yùn)輸距離不變的情況下，可以適當(dāng)增加運(yùn)輸車輛的數(shù)量，增加運(yùn)輸頻次，這樣能夠大幅降低混凝土內(nèi)部的水分散失速度。

4.4 嚴(yán)把材料質(zhì)量關(guān)

從管理角度出發(fā)，施工單位在采購水泥、砂石過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格把控材料的質(zhì)量關(guān)，在供應(yīng)方的資質(zhì)、生產(chǎn)能力滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，應(yīng)當(dāng)遵循“優(yōu)中選優(yōu)”的原則，確定最終的材料供應(yīng)商。另外，施工單位應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加大對(duì)混凝土預(yù)拌材料質(zhì)量的監(jiān)督管理力度，對(duì)不合格的材料嚴(yán)禁進(jìn)入施工場(chǎng)地，并利用現(xiàn)代化監(jiān)控設(shè)備對(duì)混凝土的拌和全過程進(jìn)行全方位監(jiān)督，以保證混凝土的和易性能夠滿足工程施工需要。

5 提高混凝土耐久性的有效策略

5.1 優(yōu)化水灰比

混凝土強(qiáng)度的大小與耐久性這一指標(biāo)有著密切關(guān)聯(lián)，而混凝土強(qiáng)度與水灰比也息息相關(guān)，因此，為了提高混凝土的耐久性，技術(shù)人員首先應(yīng)當(dāng)考慮混凝土的水灰比，如果適當(dāng)降低水灰比，混凝土本身的孔隙率也會(huì)隨之降低，在這種情況之下，混凝土的強(qiáng)度值將不斷升高，而且也會(huì)表現(xiàn)出優(yōu)越的抗?jié)B性能。目前，許多施工單位為了增加混凝土的強(qiáng)度，往往向混凝土當(dāng)中添加減水劑等外加劑，這些材料不僅提高了混凝土的強(qiáng)度值，而且也使耐久性得到有效改善，混凝土抵御外部環(huán)境以及有害離子的能力也得以增強(qiáng)。

5.2 添加高效活性礦物質(zhì)

水泥水化物穩(wěn)定性不足是影響混凝土耐久性的一個(gè)重要因素，為了提高水化物的穩(wěn)定性，除去混凝土當(dāng)中的游離石灰，在拌和水泥過程中，可以向混凝土拌和物當(dāng)中添加高效活性礦物質(zhì)，比如矽灰、礦渣或者粉煤灰等，由于這些物質(zhì)當(dāng)中含有大量的活性二氧化硅以及三氧化二鋁等物質(zhì)，因此，與混凝土中的高堿性物質(zhì)能夠快速發(fā)生二次化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而生成強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的低堿性水化矽酸鈣，與此同時(shí)，混凝土中的游離石灰含量也大幅降低，這就延長了混凝土的使用壽命。

5.3 選擇優(yōu)質(zhì)砂石骨料

保障混凝土耐久性指標(biāo)的一個(gè)必要條件是選擇技術(shù)條件合格、質(zhì)量品相無缺陷的砂石骨料，因此，在拌和混凝土之前，首先應(yīng)當(dāng)改善粗細(xì)骨料的級(jí)配，在允許的最大粒徑范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇粒徑較大的粗骨料，這樣能夠有效降低骨料中的空隙率以及比表面積，這對(duì)提升混凝土的耐久性將起到關(guān)鍵性作用[2]。

5.4 加強(qiáng)施工質(zhì)量管理

混凝土施工是建筑施工以及道路橋梁施工中的一道關(guān)鍵工序，而混凝土拌和、澆筑以及振搗質(zhì)量將直接決定混凝土的耐久性與使用壽命。因此，對(duì)于施工單位而言，現(xiàn)場(chǎng)管理人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加大對(duì)混凝土施工質(zhì)量的監(jiān)管力度，以確?；炷恋膹?qiáng)度、坍落度等指標(biāo)滿足施工標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，在混凝土養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格掌控養(yǎng)護(hù)時(shí)間，并對(duì)混凝土的養(yǎng)護(hù)溫度與濕度進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以防止混凝土出現(xiàn)開裂或者蜂窩等質(zhì)量問題。

6 結(jié)束語

通過對(duì)混凝土和易性與耐久性的探究發(fā)現(xiàn)，在拌和混凝土之前，如果準(zhǔn)確查找出影響和易性與耐久性指標(biāo)的主要因素，施工單位就可以及時(shí)制訂出行之有效的解決方案，以避免混凝土的功能性受到影響。而混凝土作為土木工程的重要原材料，只有不斷提升和改善自身的和易性與耐久性，才能確保土木工程的整體質(zhì)量滿足國家及行業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而為社會(huì)奉獻(xiàn)出更多的優(yōu)質(zhì)工程與精品工程。