影響混凝土“工作度試驗(yàn)”的因素分析

馮志輝

（鶴崗市現(xiàn)代建材科技有限公司，黑龍江 鶴崗 154100）

0 引言

預(yù)拌混凝土的工作度檢測(cè)是最常規(guī)的試驗(yàn)。在混凝土的配合比設(shè)計(jì)、混凝土的出廠檢驗(yàn)、原材料對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，都會(huì)用到此項(xiàng)試驗(yàn)。可以說混凝土的坍落度及經(jīng)時(shí)損失試驗(yàn)，是每個(gè)試驗(yàn)人員應(yīng)知應(yīng)會(huì)的。然而最常規(guī)的試驗(yàn)，卻還是有許多技術(shù)人員操作不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，往往導(dǎo)致許多試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性差，導(dǎo)致技術(shù)人員誤判，錯(cuò)誤地指導(dǎo)生產(chǎn)，出現(xiàn)質(zhì)量事故。

對(duì)比 GB/T 50080—2002 與 GB/T 50080—2016 兩本標(biāo)準(zhǔn)中更新的條文可以發(fā)現(xiàn)，新標(biāo)準(zhǔn)中增加了對(duì)原材料取樣的要求，對(duì)原材料投放順序的要求，增加了對(duì)混凝土拌合物攪拌時(shí)間等要求。說明試驗(yàn)方法在一直不斷更新，許多平時(shí)不注意的細(xì)節(jié)，往往會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果。

下文中從原材料的溫度、混凝土的攪拌方式、原材料的計(jì)量方式、原材料投放順序、混凝土攪拌時(shí)間、混凝土攪拌量等多種角度分析因?yàn)殄e(cuò)誤的試驗(yàn)方法，對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果影響。

1 試樣的制備對(duì)試驗(yàn)影響

1.1 水泥溫度對(duì)試驗(yàn)的影響

GB/T 50080—2016 中要求，試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)原材料的溫度宜與試驗(yàn)室溫度保持一致。但許多預(yù)拌混凝土企業(yè)面臨著進(jìn)廠水泥溫度過高的問題，在高溫季節(jié)甚至許多水泥進(jìn)廠時(shí)溫度高達(dá)到 100℃ 以上。試驗(yàn)人員往往使用高溫水泥進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響頗大。在其他材料、配合比等影響因素不變的情況下，分別將同一批次中不同溫度的水泥進(jìn)行混凝土試拌，觀察混凝土的坍落度及坍落度損失情況，見表 1。

根據(jù)表 1 的試驗(yàn)結(jié)果可以看出同一批次的水泥，水泥溫度越高，混凝土的初始坍落度越小，混凝土坍落度損失越大。一方面是因?yàn)楦邷厮嘀械臒崃?，加快了水泥水化凝結(jié)，致使混凝土坍落度變小，另一方面是因?yàn)樗鄿囟冗^高，導(dǎo)致水泥中的石膏脫水，從二水石膏變成半水石膏甚至無水石膏。三氧化硫不足以抑制硅酸三鈣水化。水泥與外加劑相容性變差。甚至出現(xiàn)急凝、假凝的情況，混凝土短時(shí)間之內(nèi)失去塑性。圖 1 和 圖 2是高溫水泥及高溫水泥拌制的混凝土外觀。

表 1 水泥溫度對(duì)試驗(yàn)的影響

圖 1 92℃的水泥

圖 2 92℃的水泥拌制的混凝土

1.2 攪拌方式對(duì)試驗(yàn)的影響

GB/T 50080—2016 中要求，混凝土拌合物性能試驗(yàn)應(yīng)使用機(jī)械攪拌，但許多企業(yè)試驗(yàn)室卻依然使用人工攪拌的攪拌方式。究竟人工攪拌與機(jī)械攪拌對(duì)試驗(yàn)效果有沒有區(qū)別，不同的攪拌方式對(duì)試驗(yàn)有多大的影響呢？

每組試驗(yàn)選擇相同的原材料、相同的配合比、分別按兩種攪拌方式進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比試驗(yàn)效果分析攪拌方式對(duì)試驗(yàn)的影響，詳見表 2。

通過表 2 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，人工攪拌的混凝土與機(jī)械攪拌的混凝土區(qū)別很大，人工攪拌的混凝土初始坍落度小，坍落度損失小，當(dāng)使用粉態(tài)萘系減水劑或聚羧酸減水劑時(shí)，會(huì)出現(xiàn)混凝土沒有坍損，甚至坍落度后擴(kuò)的情況。主要是因?yàn)槿斯嚢钑r(shí)，很難做到無死角地均勻攪拌，膠凝材料、骨料不能充分與外加劑發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)靜置 30min、60min 后重新進(jìn)行攪拌，這時(shí)候未充分?jǐn)嚢璧臏p水劑再與膠凝材料進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)試驗(yàn)效果有很大的影響。有的混凝土初始坍落度不大，靜置 60min 后甚至?xí)霈F(xiàn)離析泌水的現(xiàn)象。人工攪拌與機(jī)械攪拌的混凝土外觀見圖 3 和圖 4。

表 2 攪拌方式對(duì)試驗(yàn)的影響

圖 3 人工攪拌混凝土

圖 4 機(jī)械攪拌混凝土

1.3 水的計(jì)量方法對(duì)試驗(yàn)的影響

GB/T 50080—2016 中規(guī)定混凝土拌合物試驗(yàn)時(shí)，原材料的計(jì)量方法應(yīng)按質(zhì)量法去計(jì)量。但許多人在平時(shí)計(jì)量水的用量時(shí)，喜歡用體積法，認(rèn)為體積法較方便，那么體積法計(jì)量與質(zhì)量法計(jì)量會(huì)不會(huì)有區(qū)別呢？選取不同廠家的不同規(guī)格的量筒、燒杯，倒入 (20±2)℃ 的蒸餾水或飲用水，稱量質(zhì)量，計(jì)算誤差值，詳見表 3。

通過多個(gè)廠家的多個(gè)規(guī)格量筒、燒杯對(duì)比，發(fā)現(xiàn)量筒、燒杯，誤差在±0.2% 以內(nèi)的僅有 7 組，無論用蒸餾水還是用飲用水進(jìn)行校正，都出現(xiàn)了誤差值偏大的情況。主要是因?yàn)槭袌錾显S多廠家的產(chǎn)品質(zhì)量低劣，出廠的器具不符合標(biāo)準(zhǔn)，圖 5 為某廠家中 1000mL 的燒杯，裝滿蒸餾水，其質(zhì)量為 1047.9g，可見該燒杯準(zhǔn)確度之差，誤差達(dá)到了 4.79%。

所以在進(jìn)行拌合物工作度試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按照 GB/T 50080—2016 的要求，以質(zhì)量法進(jìn)行稱量，且骨料的精度為±0.5%，其他材料的稱量精度為±0.2%。

表 3 26 個(gè)廠家量筒、燒杯校正試驗(yàn)

圖 5 校正試驗(yàn)中的圖片

1.4 原材料投放順序?qū)υ囼?yàn)的影響

GB/T 50080—2016 較 GB/T 50080—2002 增加了對(duì)混凝土原材料投放順序的規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)要求按粗骨料、膠凝材料、細(xì)骨料、水和外加劑，依次加入攪拌機(jī)。說明不同的投放順序?qū)υ囼?yàn)有一定的影響。采用單因素變量法，以相同的原材料、相同的配合比，改變投料順序來進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)。

根據(jù)表 4 的試驗(yàn)效果可以看出，不同投料順序?qū)Π韬衔镌囼?yàn)結(jié)果影響很大，外加劑與膠凝材料接觸的時(shí)間越早，外加劑被吸附得越多，混凝土坍落度越小。若不按標(biāo)準(zhǔn)中的投料順序，攪拌出的混凝土代表性差，不能有效的模擬生產(chǎn)過程，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與生產(chǎn)相關(guān)性差。

表 4 原材料投放順序?qū)υ囼?yàn)的影響

1.5 混凝土拌合物攪拌時(shí)間、攪拌量對(duì)試驗(yàn)的影響

GB/T 50080—2016 中要求混凝土拌合物宜攪拌2min 以上，混凝土拌合物一次攪拌量不宜少于攪拌機(jī)公稱容量的1/4，不應(yīng)大于攪拌機(jī)公稱容量，且不應(yīng)少于 20L。

為驗(yàn)證攪拌時(shí)間與攪拌量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，以相同的配合比原材料等其他條件及因素不變的情況下，改變混凝土的攪拌時(shí)間與攪拌量，將混凝土拌合后，檢測(cè)混凝土的坍落度及坍落度損失，見表 5。

表 5 混凝土的攪拌時(shí)間與攪拌量對(duì)試驗(yàn)的影響

根據(jù)表 5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，混凝土攪拌量越小，攪拌時(shí)間越短，混凝土的坍落度損小。這是因?yàn)樾嚢枇康幕炷?，攪拌不均勻所致，原材料反?yīng)不完全。

混凝土攪拌量越大、混凝土攪拌時(shí)間越長，混凝土拌合物越均勻，試驗(yàn)也就越有代表性。

2 拌合物取樣對(duì)試驗(yàn)的影響

GB/T 50080—2016 中要求混凝土拌合物取樣宜采用多次采樣的方法。在同一車混凝土中的 1/4 處、1/2處和 3/4 處分別取樣，并攪拌均勻。

那么同一車的混凝土，在不同部位進(jìn)行取樣，混凝土的拌合物狀態(tài)是否有區(qū)別呢？

選取五車配合比、原材料等因素相同的混凝土。從每車的罐口處、1/4 處、1/2 處、3/4 處和灌尾處分別取樣，觀察混凝土的拌合物狀態(tài)區(qū)別，檢測(cè)混凝土的坍落度。其中將 1/4 處、1/2 處、3/4 處進(jìn)行攪拌均勻在進(jìn)行檢測(cè)混凝土拌合物性能。并將拌合物試樣裝入密封良好的塑料桶，靜置 60min 后檢測(cè)混凝土的經(jīng)時(shí)損失，見表6。不同部位取樣的混凝土見圖 6 和圖 7。

表 6 取樣方法對(duì)試驗(yàn)的影響

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來看，混凝土在攪拌罐車不同部位的取樣差異性較大，罐口與罐尾的混凝土和易性較差，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)粗骨料聚堆而漿體較少的情況，但往往從 1/4至 3/4 處的混凝土拌合物狀態(tài)較好，罐口與罐尾的混凝土并不能有效地代表混凝土的拌合物性能。所以為了使試驗(yàn)更有代表性，在進(jìn)行混凝土檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將按照標(biāo)準(zhǔn)從多個(gè)部位取樣，并攪拌均勻。

圖 6 罐口混凝土

圖 7 1/2 處混凝土

3 坍落度試驗(yàn)

3.1 底板對(duì)試驗(yàn)的影響

GB/T 50080—2016 增加了試驗(yàn)中對(duì)底板的規(guī)定，對(duì)底板的尺度、厚度、撓度、以及材質(zhì)有一定的要求。不同材質(zhì)的底板吸水率不同、光滑度不同，吸水率越大的底板，混凝土的坍落度越小，光滑度越差，混凝土的流動(dòng)性越差。同時(shí)撓度對(duì)試驗(yàn)的影響也是較大的，撓度越大的底板平整度越差，對(duì)試驗(yàn)的影響也就越大。

3.2 測(cè)試時(shí)間對(duì)試驗(yàn)的影響

GB/T 50080—2016 細(xì)化了對(duì)于試驗(yàn)中測(cè)試時(shí)間的要求。標(biāo)準(zhǔn)中提到“當(dāng)試樣不再繼續(xù)坍落或坍落時(shí)間達(dá)30s 時(shí)，用鋼尺測(cè)量出筒高與坍落后混凝土試體最高點(diǎn)之間的高度差，作為該混凝土拌合物的坍落度值”。

粘度較大，流速較慢的混凝土，判斷其試樣不再坍落，有一定的困難。不能量化的去判斷混凝土的工作性。所以一般更多的采取混凝土坍落時(shí)間。

配制 C30、C40、C60 混凝土試樣各一組，C50 混凝土試樣兩組。每個(gè)測(cè)量時(shí)間分別進(jìn)行三次測(cè)量試驗(yàn)，混凝土該時(shí)間的坍落度值取三次結(jié)果的算術(shù)平均值，詳見圖 8。

圖 8 測(cè)試時(shí)間對(duì)試驗(yàn)的影響

根據(jù)曲線可以看出強(qiáng)度等級(jí)為 C30～C50 的混凝土，坍落時(shí)間為 20s 時(shí)，此時(shí)測(cè)量混凝土坍落度，已經(jīng)可以反映出混凝土的真實(shí)坍落度值，因?yàn)?20s 之后混凝土的坍落度值變化不大。而強(qiáng)度等級(jí)為 C60 的混凝土，則需要混凝土的坍落時(shí)間到達(dá) 30s 時(shí)，混凝土的坍落度值才達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

不同強(qiáng)度等級(jí)、不同原材料、不同配合比的混凝土，測(cè)量時(shí)間的影響是不一樣的，主要是受混凝土粘聚性、流速和混凝土漿骨比等因素的影響。

但各類型的混凝土，坍落時(shí)間到達(dá) 30s 時(shí)進(jìn)行測(cè)量已經(jīng)可以準(zhǔn)確的反映出混凝土坍落度值。所以坍落度試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格的按照 GB/T 50080—2016 的要求，保證混凝土的坍落時(shí)間到達(dá) 30s 時(shí)進(jìn)行測(cè)量。

4 結(jié)論

混凝土硬化前主要以混凝土的拌合物試驗(yàn)，來檢驗(yàn)混凝土的質(zhì)量。無論是在混凝土出廠檢驗(yàn)時(shí)，還是在原材料進(jìn)廠對(duì)比試驗(yàn)中，或是在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，混凝土的坍落度及坍落度損失試驗(yàn)，都是反映拌合物性能很重要的一個(gè)試驗(yàn)。許多技術(shù)人員，往往按照自己的經(jīng)驗(yàn)、習(xí)慣去做試驗(yàn)，事實(shí)證明這是不可取的。本文列舉了諸多影響試驗(yàn)結(jié)果的因素，要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法去進(jìn)行試驗(yàn)，切忌不可麻痹大意，以免出現(xiàn)質(zhì)量事故。