混凝土坍落度影响因素的试验研究

混凝土坍落度影响因素的试验研究
邓初首，夏勇。

【摘要】研究了在用水量一定时，砂率、水灰比、粉煤灰对混凝土坍落度的影响，并分析了粗集料最大粒径对坍落度的影响。

结果表明：砂率有一个最佳值，此值下坍落度最大；不同水灰比的混凝土拌合物，通过适当增减砂率，可保持坍落度基本不变；与基准混凝土(不掺粉煤灰)相比，内掺II级粉煤灰的混凝土坍落度增大，内掺III级粉煤灰的混凝土坍落度减小。

【关键词】砂率；水灰比；粉煤灰；坍落度
0前言
混凝土一个重要技术指标是拌合物的和易性，和易性(又称工作性)是指混凝土拌合物易于施工操作(拌和、运输、浇筑和捣实)并能获得质量均匀、成型密实的性能。

它包括三方面含义：流动性、粘聚性和保水性。

流动性是指混凝土拌合物在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。

对于大量使用的塑性混凝土来说，其拌合物流动性用坍落度表征。

如何准确快速地配制出坍落度符合要求的混凝土?这就需要了解引起坍落度变动的影响因素。

不容置疑，用水量是决定坍落度的主要因素。

本文着重研究了在固定单位用水量的情况下，砂率、水灰比和粉煤灰掺合料对混凝土坍落度的影响，并分析了粗集料最大粒径的影响。

1 试验用原材料和试验方法
1.1 水泥海螺牌P.O3
2.5级水泥。

1.2 粗集料
马鞍山市葛羊山产石灰岩质人工碎石，最大粒径分别取25mm、40mm两种规格。

1.3细集料
江砂(中砂)，细度模数2．6。

1.4粉煤灰
经检验，选用马鞍山二电厂提供的II级和III级粉煤灰，检验结果如表l所示。

注：细度为45~rr-方孔筛筛余。

1.5试验方法
执行GB／T50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》。

按标准规定，测得的坍落度值均精确到1mm，修约至5mm。

2结果与讨论
2.1砂率对混凝土坍落度的影响
采用两种研究途径：(1)固定单位用水量和水灰比不变，分别用粗集料最大粒径为25mm、40rnm的碎石混凝土拌合物试验，结果见图1。

(2)固定单位用水量和粗集料最大粒径不变，分别取水灰比为0．45、0.55的凝土拌合物试验，结果见图2。

由图1知：（1）比较同一规格的粗集料混凝土拌合物，坍落度随着砂率的增大呈现先增后减的变化趋势，即存在一个最佳砂率值，在此砂率下，拌合物流动性最大。

也就是说，在此最佳砂率下，获得相同坍落度的拌合物所需的水泥用量最少。

（2）随着粗集料最大粒径的减小（由40mm 减至25mm ），其最佳砂率值增大（由35％增至37％）。

（3）在相同用水量情况下，混凝土坍落度随着粗集料最大粒径的减小而降低，且在各级砂率下均有不同程度的下降，最佳砂率下，坍落度最大值由 75mm 降至 45mm 。

分析原因，笔者认为：（1）在相同用水量和水灰比下，水泥用量一定，若砂率过小，则浆体不足，不能保证粗集料间有足够的砂浆填充润滑，粗集料颗粒间的摩擦阻力较大，拌合物流动性较小，坍落度较低；若砂率过大，细集料比表面积和空隙率增大，在用水量和水泥用量一定时，需要润湿细集料表面的水分和包裹细集料的水泥浆体显得不足，水泥浆的润滑作用减弱，细集料间的摩擦阻力增加，拌合物流动性下降。

只有砂率适宜时，砂子不但较好地填充了粗集料间隙，保证石子间有一定厚度的砂浆层润滑，而且也能在水泥浆体一定时，细集料有充足的水泥浆包裹润滑，使混凝土拌合物有较好的流动性，所以存在一个最佳砂率值。

（2）粗集料最大粒径减小，集料间空隙率增大，需要填充石子间隙的砂浆需求量增加，所以最佳砂率值会随着石子粒径的减小而增大。

（3）粗集料最大粒径减小，比表面积增加，需要润湿其表面的水量增加，而在用水量一定时，会使最大粒径较小的粗集料润湿水分相对不足，所以在相同用水量下，混坍落度较小，也就是说，要获得相同坍落度的混凝土拌合物，最大粒径较大的粗集料需水量较少。

由图2可看出：不同水灰比的混凝土拌合物，其最佳砂率随着水灰比的减小而减小。

分析认为：用水量一定，当水灰比较小时，水泥用量较多，水泥浆较稠，较小的砂率即可使混凝土拌合物含有丰富的浆体，填充集料间隙，包裹并润湿集料，此时，若砂率过大，会造成混凝土拌合物过于干涩粘稠，流动性急剧下降，如图2显示：水灰比为0.45的混凝土拌合物，在较大的砂率下(37％和39％)，坍落度显著降低。

2.2水灰比对混凝土坍落度的影响
研究思路：固定用水量不变，随着水灰比的减小，即水泥用量的增加，适当减小砂率，以扣除同体积(增加的水泥体积)的砂重。

试验配合比与结果如表2所示。

由表2知：不同水灰比的混凝土拌合物坍落度基本不变。

这是因为适当增减的砂率，可使不同水灰比的混凝土拌合物砂浆浆体基本维持在同一水平，拌合物的流动性基本不变。

因此，配制不同强度，相同坍落度的普通混凝土时，可固定用水量，通过调节
注：粗集料最大粒径D一=40㎜
砂率的大小来满足相同流动性的要求。

但是，如果用水量一定，而水灰比过大，即使增加砂率，也不能保持混凝土拌合物流动性不变，坍落度将会有减小的趋势，如前所述，这是因为：此时的水泥用量太少，水泥浆体严重不足，其润滑作用大大减弱，而砂子的表面又缺少够的水泥浆体包裹润滑，细集料间的摩擦阻力增加，拌合物流动性下降。

2.3粉煤灰对混凝土坍落度的影响
粉煤灰是最常用的混凝土掺合料，试验分别取II级灰和III级灰内掺于混凝土中，等量取代水泥，在同一用水量下，与基准混凝土(不掺粉煤灰)进行对比试验，混凝土配合比及试验结果见表3。

由表3知：用水量一定时，掺II级灰的混凝土拌合物流动性大于基准混凝土；而掺III级灰的混凝土流动性小于基准混凝土。

分析认为：II级灰的颗粒较细，含有大量的具有滚珠轴承作用和润滑作用的球状微细颗粒，减少了浆体与集料间的界面摩擦，提高了拌合物的流动性。

同时，由于微细的粉煤灰颗粒能填充到水泥颗粒之中，降低了胶凝材料空隙率，相应地填充于固体颗粒中的水量减少，增加了颗粒表面的水膜层水量，对浆体的流动性有利。

一般而言，II级以上的粉煤灰具有一定的减水作用。

III级灰因颗粒较粗，细小致密的球形玻璃微珠少，滚珠轴承作用和润滑作用弱，同时III级灰的烧失量较大(烧失量表示的是粉煤灰在高温燃烧过程中未燃尽碳的含量)，未燃尽碳含量多，而碳颗粒表面粗糙，蓄水孔多，易吸水，造成混凝土拌合物流动性下降。

3 结论
(1)用水量和水灰比一定时，砂率对混凝土坍落度的影响存在一个最佳值，在此最佳砂率下，混凝土坍落度最大。

(2)用水量一定，通过适当增减砂率，可保持不同水灰比的混凝土拌合物坍落度基本不变。

(3)用水量一定，掺II级粉煤灰可提高新拌混凝土的流动性；III级灰则降低了混凝土坍落度，要达到相同的流动性，掺III级粉煤灰的混凝土需水量增加。

(4)用水量一定，新拌混凝土坍落度随着粗集料最大粒径的增大而增大。