含水率對預(yù)拌混凝土性能的影響研究

渠永全 渠永鶴

（青島大成基礎(chǔ)工程有限公司，山東 青島 266300）

預(yù)拌混凝土中的水分含量對其性能有重要影響，含水率過高或過低都會導(dǎo)致預(yù)拌混凝土強(qiáng)度下降。含水率過高會使預(yù)拌混凝土變得松散，縮小混凝土中顆粒的接觸面積，降低混凝土強(qiáng)度；含水率低會使混凝土難以流動，阻礙氣泡逸出，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部應(yīng)力增加，影響其抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等力學(xué)性能。在耐久性方面，含水率也有一定的影響。含水率高會導(dǎo)致混凝土中的鋼筋銹蝕，進(jìn)而降低混凝土的結(jié)構(gòu)性能；含水率低會導(dǎo)致混凝土中的氣泡被困在混凝土中，這些氣泡可能會在混凝土中膨脹或收縮，導(dǎo)致混凝土龜裂。這些研究主要包括對混凝土強(qiáng)度、耐久性、抗?jié)B性能、龜裂風(fēng)險等方面的影響進(jìn)行探討。研究表明，當(dāng)混凝土含水率在某一范圍內(nèi)時，混凝土的強(qiáng)度和耐久性可達(dá)到最大化，但是，超過這個范圍后，混凝土的性能會下降。另外，含水率還會影響混凝土內(nèi)部的氣孔結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步影響混凝土的抗?jié)B性能和龜裂風(fēng)險。在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，本文深入研究含水率對預(yù)拌混凝土性能的影響。

1 試驗方案

1.1 試驗原材料及其配合比

與天然材料不同，混凝土是一種人工合成的建筑材料，其中含有大量不同的原材料，由于各種材料的性能存在差異，在制備混凝土試件時需要充分考慮材料的特點，分析其對混凝土性能的影響。因此，在混凝土制備過程中，正確選擇和使用原材料非常重要。

預(yù)拌混凝土的配合比設(shè)計要綜合考慮具體的工程要求、材料性質(zhì)、施工條件等多種因素。本文試驗所用混凝土為C25 混凝土，其抗壓強(qiáng)度等級為25MPa，預(yù)拌混凝土的原材料包括骨料、砂子、水、水泥等。其中，水泥選擇P·O 42.5R 普通硅酸鹽水泥，砂子選用粗砂，骨料采用棕黑色花崗巖碎石。根據(jù)C25 混凝土的特點以及具體的工程要求設(shè)計了配合比，具體見表1。

表1 預(yù)拌混凝土配合比

其中，減水劑摻量的設(shè)置可根據(jù)施工條件進(jìn)行調(diào)整，通過優(yōu)化配合比，可以保證混凝土的流動性、坍落度、強(qiáng)度等性能達(dá)到設(shè)計要求。

由此可知，在選擇混凝土原材料時，需要從水泥、骨料、水、摻合料等方面進(jìn)行考慮，保證原材料質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 預(yù)拌混凝土試件制備

根據(jù)設(shè)計的預(yù)拌混凝土配合比進(jìn)行混凝土試件制備，其制備過程如下：

（1）材料準(zhǔn)備：水泥、骨料、砂料和混凝土外加劑的配合比例應(yīng)按照表1 中的設(shè)計要求進(jìn)行準(zhǔn)備。

（2）攪拌：混凝土攪拌機(jī)應(yīng)具備充分的運轉(zhuǎn)能力，以保證混凝土材料在攪拌過程中充分混合，選用JZC 系列移動式攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，該攪拌機(jī)的實際生產(chǎn)能力為0.25～1.8m3/h，在試件制備中具體攪拌時間為5min。

（3）輸送：混凝土輸送泵的流量為62.3m3/h、壓力為8.7MPa。

（4）運輸：負(fù)責(zé)混凝土運輸?shù)墓捃嚾萘繛?.5m3。在卸載混凝土?xí)r，要確保施工現(xiàn)場的平整度和坡度，以避免混凝土流失或傾斜。

（5）現(xiàn)場施工：混凝土在模具中的澆注量應(yīng)按照設(shè)計要求計算得出，以確?；炷恋拿軐嵍群蛨怨绦??；炷猎谀＞咧械臐沧⒘恳话阌靡韵鹿絹碛嬎悖?/p>

其中，V是混凝土的澆注量（m3）、（A是模具底面積（mm2）、h）是混凝土的高度（mm）。

（6）養(yǎng)護(hù)：混凝土養(yǎng)護(hù)時間為28d。在養(yǎng)護(hù)過程中，混凝土表面要保持濕潤，如果過于干燥會造成混凝土開裂。

根據(jù)上述流程完成對預(yù)拌混凝土試件的制備，將制備后的試件進(jìn)行標(biāo)號，作為后續(xù)試驗測試試件。

1.3 含水率測試方法

混凝土含水率的測試方法有多種，本文主要采用烘干法進(jìn)行測試，該方法是比較常用的混凝土含水率測試方法，其可以為混凝土性能研究提供重要的參考數(shù)據(jù)。在開始測試之前要選取代表性試件，為了確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和代表性，需進(jìn)行多次測試，該方法的具體步驟如下：

（1）取1 塊混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行稱重，記為M1。

（2）將試塊放入烤箱，溫度設(shè)置在80℃～110℃之間，烘干24h。

（3）再次稱重，得到試塊干重M2。

混凝土的含水率就可以通過公式（2）進(jìn)行計算：

其中，M0為試塊的空氣干重。

（4）測試數(shù)據(jù)的記錄：測試完成后，要將測試數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并妥善保存，以備后續(xù)數(shù)據(jù)比對和參考。

在預(yù)拌混凝土含水率測試過程中，要注意下列事項：①烘干后的混凝土試塊要在室溫下進(jìn)行稱重，以避免溫度對結(jié)果的影響。②烘干的溫度和時間應(yīng)根據(jù)混凝土中原材料的性質(zhì)和含水率而定。③試驗過程中應(yīng)注意安全，避免烤箱過熱引發(fā)火災(zāi)等意外事件。④在測試時，要保證樣品的重量準(zhǔn)確、測試時間和溫度穩(wěn)定，并按照測試儀器的要求進(jìn)行操作。測試結(jié)束后，要對測試結(jié)果進(jìn)行判斷，以確定其是否滿足使用要求。

2 試驗結(jié)果分析

通過上述環(huán)節(jié)完成了對預(yù)拌混凝土試件的制備以及含水率的測定，為了給實際工程施工提供技術(shù)依據(jù)，接下來測試含水率對混凝土抗壓強(qiáng)度和耐久性的影響，根據(jù)測試結(jié)果分析含水率與混凝土性能之間的關(guān)系。隨著混凝土含水率的增加，其抗壓強(qiáng)度呈逐漸下降趨勢，且下降速度逐漸加快。當(dāng)混凝土含水率為0%時，其抗壓強(qiáng)度為58.17MPa；當(dāng)混凝土含水率達(dá)到8%時，其抗壓強(qiáng)度已下降到48.83MPa。這是由于水分會影響混凝土中水泥的硬化過程和骨料與水泥的結(jié)合程度，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而影響混凝土的力學(xué)性能。因此，在混凝土生產(chǎn)和施工過程中應(yīng)盡量控制混凝土的含水率，以確保混凝土的質(zhì)量和性能符合設(shè)計要求。碳化深度是評估混凝土耐久性的一個重要指標(biāo)，因為它可以反映混凝土中鋼筋銹蝕程度以及其對混凝土耐久性的影響。表2 為具體的測試結(jié)果。

表2 不同含水率下混凝土的耐久性測試結(jié)果

混凝土長期暴露在自然環(huán)境中，受到水分、二氧化碳等因素的影響，會形成表面腐蝕等問題，隨著腐蝕程度的加深，會造成內(nèi)部擴(kuò)散，這就是混凝土的碳化效應(yīng)。碳化深度越小，混凝土受到損傷的程度越低，即可以保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命。分析表2 中的數(shù)據(jù)可知，隨著預(yù)拌混凝土的含水率逐漸增加，其碳化深度也隨之增加。具體來說，含水率每增加3%，碳化深度就可能增加約0.1mm。當(dāng)含水率為2%時，碳化深度為0.23mm；當(dāng)含水率為14%時，碳化深度達(dá)到了0.67mm。由此可知，含水率會增加混凝土的碳化深度。進(jìn)一步測試含水率對混凝土耐久性的影響，以相對動彈模量作為測試指標(biāo)，相對動彈模量是一種描述混凝土材料剛性變化的指標(biāo)，它是混凝土在凍融循環(huán)過程中受到變形后回彈的能力與原始剛度的比值。相對動彈模量可以反映混凝土在低溫環(huán)境下的變形特性及其對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。不同含水率下混凝土耐久性測試結(jié)果見表3。

表3 不同含水率下混凝土的耐久性測試結(jié)果

以上數(shù)據(jù)表明，隨著混凝土含水率的增加，混凝土的相對動彈模量逐漸下降。也就是說，混凝土的含水率與相對動彈模量之間存在著一種負(fù)相關(guān)關(guān)系。含水率每增加3%，相對動彈模量可能會降低約4%。當(dāng)含水率為2%時，相對動彈模量降低至94.5%；當(dāng)含水率為14%時，相對動彈模量已降低至76.1%。這種關(guān)系能夠反映混凝土的結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能以及所承受的載荷等特征。因此，在混凝土的設(shè)計、施工和維護(hù)過程中，控制其含水率是十分重要的。

3 結(jié)語

根據(jù)上文分析可知，當(dāng)含水率較高時，混凝土強(qiáng)度和耐久性會相應(yīng)降低；反之，當(dāng)含水率較低時，混凝土強(qiáng)度和耐久性會增加，由此說明，含水率與混凝土強(qiáng)度和耐久性之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。在設(shè)計混凝土配合比時，要根據(jù)具體情況確定最佳含水率范圍，此外，生產(chǎn)和施工過程中也要控制混凝土的含水率，以確?；炷恋馁|(zhì)量穩(wěn)定?？傊炷林械乃趾繎?yīng)控制在適當(dāng)范圍內(nèi)。雖然本文研究從不同角度分析了含水率對混凝土性能的影響，但由于沒有將其應(yīng)用到實際工程中，因此，還需進(jìn)一步驗證其結(jié)論的有效性。