混凝土坍落度试验流程和评测方法

4．3．1 和易性的概念

混凝土各组成材料按一定比例配合、拌制而成的尚未凝结硬化的塑性状态拌合物，称为混凝土拌合物，也称新拌混凝土。混凝土拌合物的性能有和易性、凝结时间、泌水性能、表观密度、含气量等，工程中主要考虑其和易性和凝结时间。

混凝土易于施工操作（拌和、运输、浇注、捣实等）并能获得质量均匀、成型密实的性能，称为混凝土拌合物和易性，也称工作性。和易性是一项综合性技术指标，主要包括流动性、黏聚性、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。流动性好的混凝土施工方便、易于捣实和成型。

黏聚性是指混凝土拌合物在施工过程中，其组成材料之间具有一定黏聚力，不致产生分层和离析的现象。在外力作用下，混凝土拌合物各组成材料的沉降不相同，如配合比例不当，黏聚性差，则施工中易发生分层和离析等情况，致使混凝土硬化后产生“蜂窝”“麻面”等缺陷，影响混凝土强度和耐久性。混凝土分层，是指混凝土拌合物各组分出现层状分离现象；混凝土离析，是指混凝土拌合物内某些组分分离、析出现象。

保水性是指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重泌水的现象。混凝土泌水是指混凝土拌合物中部分水从水泥浆中泌出来的现象。保水性不良的混凝土易出现泌水，水分泌出后会形成连通孔隙，影响混凝土密实度；泌出的水还会聚集到混凝土表面，引起表面酥松；泌出的水积聚在集料或钢筋的下表面会形成孔隙，从而削弱了集料或钢筋与水泥石的黏结力，影响混凝土质量。

由此可见，混凝土拌合物的流动性、黏聚性和保水性是相对独立又相互联系的，但常存在矛盾。工程应用中，就是在某种具体工程条件下使和易性这三方面的性质达到矛盾的统一。

4．3．2 和易性测试方法

混凝土拌合物和易性的测试方法，又称稠度试验，在工地和实验室常用的有两种方法，一种是坍落度与坍落扩展法，另一种是维勃稠度法。

《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB／T50080—2016）、《预拌混凝土》（GB／T 14902—2012）和《混凝土质量控制标准》（GB50164—2011）规定，混凝土拌合物的稠度可采用坍落度、维勃稠度或扩展度表示。坍落度检验适用于集料最大粒径不大于40mm、坍落度不小于10mm的混凝土拌合物稠度测定；维勃稠度检验适用于集料最大粒径不大于40mm，维勃稠度为5～30s的混凝土拌合物稠度测定；扩展度检验适用于泵送高强混凝土和自密实混凝土。坍落度、扩展度和维勃稠度的等级划分应分别符合表4．9的规定。

表4．9 混凝土拌合物和易性等级划分

1）坍落度与扩展度

坍落度试验是将混凝土拌合物按规定方法装入坍落度筒内，装满刮平后，垂直向上将坍落度筒提起放在一旁，测量筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差，即为该混凝土拌合物的坍落度值。坍落度测定示意图如图4．2所示，具体测试方法见《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB／T50080—2016）。

图4．2 坍落度测定示意图

黏聚性的检查方法是，用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，如果锥体逐渐下沉，则表示黏聚性良好；如果锥体倒塌、部分崩裂或出现离析现象，则表示黏聚性不好。

保水性以混凝土拌合物稀浆析出的程度来评价，坍落度筒提起后如有较多的稀浆从底部析出，锥体部分的混凝土也因失浆而集料外露，则表明此混凝土拌合物的保水性能不好；如坍落度筒提起后无稀浆或仅有少量稀浆自底部析出，则表示此混凝土拌合物保水性良好。

当混凝土拌合物的坍落度大于220mm时，用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，在这两个直径之差小于50mm的条件下，用其算术平均值作为坍落扩展度。

混凝土拌合物坍落度和坍落扩展度值以mm为单位，测量精确至1mm，结果修约至5mm。

另外，混凝土拌合物间隙通过性试验是用扩展度与J环扩展度的差值作为性能指标。J环扩展度与扩展度的测量方法类似，只是加上J环阻碍其通过，其他与扩展度的方法一样。

2）维勃稠度法

维勃稠度法是在坍落度筒提起后，施加一个振动外力，测试混凝土在外力作用下完全填满面板所需时间（单位：s），来代表混凝土流动性，如图4．3所示。填满时间越短，流动性越好；时间越长，流动性越差。

图4．3 维勃稠度试验仪

1—容器；2—坍落度筒；3—圆盘；4—滑棒；5—套筒；6—螺栓套；7—漏斗；8—支柱；9—定位螺丝；10—荷重；11—元宝螺丝；12—旋转架；13—螺栓

3）倒置坍落度筒排空法

倒置坍落度排空法是指混凝土拌合物在倒置坍落度筒中排空所需时间的测定方法。试验步骤如下：将倒置坍落度筒支撑在台架上，润湿筒内壁，关闭密封盖；将混凝土拌合物按规定方法装入倒置坍落度筒内，装满刮平；打开密封盖，用秒表测量自开盖至坍落度筒内混凝土拌合物全部排空的时间tsf，即为倒置坍落度筒排空法的排空时间，精确至0．1s。类似的试验方法还有漏洞试验法。

4）坍落度经时损失和扩展度经时损失

坍落度经时损失是指混凝土拌合物的坍落度随静置时间的变化；扩展度经时损失是指混凝土拌合物的扩展度随静置时间的变化。

试验步骤如下：先测量出机时的混凝土拌合物的初始坍落度值H0和初始扩展度值L0；将全部混凝土拌合物试样装入塑料桶或不被水泥腐蚀的金属桶内，用桶盖或塑料薄膜密封静置；自搅拌加水开始计时，静置60min后将桶内混凝土拌合物试样全部倒入搅拌机内，搅拌20s，进行坍落度和扩展度试验，测出60min混凝土坍落度值H60和扩展度值L60；计算初始坍落度值与60min坍落度值的差值，即为60min混凝土坍落度经时损失；计算初始扩展度值与60min扩展度值的差值，即为60min混凝土扩展度经时损失。当工程要求调整静置时间时，则按实际静置时间测定并计算混凝土坍落度经时损失和扩展度经时损失。

5）坍落度的选择

实际施工时采用的坍落度大小根据下列条件选择：

①构件截面尺寸大小。截面尺寸大，易于振捣成型，坍落度适当选小些，反之亦然。

②钢筋疏密。钢筋较密，则坍落度选大些，反之亦然。

③捣实方式。人工捣实，则坍落度选大些，机械振捣则选小些。

④运输距离。从搅拌机出口至浇捣现场运输距离较远时，应考虑途中坍落度损失，坍落度宜适当选大些，特别是商品混凝土。

⑤气候条件。气温高、空气相对湿度小时，因水泥水化速度加快及水分挥发加速，坍落度损失大，坍落度宜选大些，反之亦然。

总之，混凝土拌合物应在满足施工要求的前提下，尽可能采用较小的坍落度；泵送混凝土拌合物坍落度设计值不宜大于180mm；泵送高强混凝土的扩展度不宜小于500mm；自密实混凝土的扩展度不宜小于600mm。混凝土拌合物应具有良好的和易性，并不得离析或泌水。

4．3．3 和易性影响因素

混凝土拌合物和易性影响因素主要包括以下几方面：

1）水泥品种及细度

水泥品种不同时，达到相同流动性的需水量不同，从而影响混凝土流动性。另一方面，不同水泥品种对水的吸附作用不同，从而影响混凝土的保水性和黏聚性，如火山灰水泥、矿渣水泥配制的混凝土流动性比普通水泥小。在流动性相同的情况下，矿渣水泥的保水性能较差，黏聚性也较差。同品种水泥越细，流动性越差，但黏聚性和保水性越好。

2）集料的品种和粗细程度

卵石表面光滑，碎石粗糙且多棱角，因此，卵石配制的混凝土流动性较好，但黏聚性和保水性则相对较差。河砂与山砂的差异与上述卵石和碎石的相似。对级配符合要求的砂石集料来说，粗集料粒径越大，砂子的细度模数越大，则流动性越大，但黏聚性和保水性有所下降。特别是砂的粗细，在砂率不变的情况下，影响更加显著。

3）水泥浆数量

浆集比是指水泥浆用量与粗细集料用量之比值，通常用来衡量水泥浆数量。在混凝土凝结硬化之前，水泥浆主要赋予流动性；在混凝土凝结硬化以后，主要赋予黏结强度。在水灰比一定的前提下，浆集比越大（即水泥浆量越大），混凝土流动性越大。通过调整浆集比大小，既可以满足流动性要求，又能保证良好的黏聚性和保水性。浆集比不宜太大，否则易产生流浆现象，使黏聚性下降。浆集比也不宜太小，否则因集料间缺少黏结物，拌合物易发生崩塌现象。因此，合理的浆集比是混凝土拌合物和易性的良好保证。

4）水灰比

水灰比即用水量与水泥用量之比。在水泥用量和集料用量不变的情况下，水灰比增大，相当于单位用水量增大，拌合物流动性也随之增大，反之亦然。用水量增大带来的负面影响是严重降低混凝土保水性，增大泌水，同时使黏聚性和硬化后强度显著降低。但水灰比也不宜太小，否则因流动性过低影响混凝土振捣密实，易产生麻面和孔洞。合理的水灰比是混凝土拌合物流动性、保水性和黏聚性的良好保证。

配制混凝土时常掺加粉煤灰、矿渣粉等辅助胶凝材料，因此常用水胶比代替水灰比。水胶比是指用水量与胶凝材料总用量之比。

5）砂率

砂率是指混凝土中砂的质量占砂石总质量的百分率，其表达式为：

式中 Sp——砂率；

S——砂子用量，kg；

G——石子用量，kg。

砂率过大时，集料的总表面积及空隙率都会增大，在水泥浆含量不变的情况下，水泥浆量相对少了，减弱了水泥浆的润滑作用，使混凝土拌合物的流动性减少。砂率过小时，在石子间起润滑作用的砂浆层不足，也会降低混凝土拌合物的流动性，而且会严重影响其黏聚性和保水性，容易造成离析、流浆等现象。

图4．4（a）是水与水泥用量一定时，砂率对坍落度的影响曲线，其中能使混凝土拌合物获得最大坍落度且黏聚性和保水性良好时的砂率，称为合理砂率。图4．4（b）是保证坍落度不变时，砂率对水泥用量的影响曲线，其中能获得所要求的坍落度及良好的黏聚性与保水性，水泥用量最小时的砂率，称为合理砂率。

一般情况下，建议采用合理砂率；混凝土中水泥浆较稠时，由于混凝土拌合物的粘聚性较易保证，故可采用较小砂率；施工要求流动性较大时，粗集料易出现离析，故为保证混凝土的黏聚性，宜采用较大砂率；通常情况下，在保证拌合物不离析，能很好地浇注、捣实的条件下，应尽量选用较小砂率，节约水泥。

图4．4 砂率与混凝土流动性和水泥用量的关系

6）外加剂

改善混凝土和易性的外加剂主要有减水剂和引气剂（必要时加入保水剂），它们能使混凝土在不增加用水量的条件下增加流动性，并具有良好的黏聚性和保水性。掺加高效外加剂是有效改善混凝土和易性、可泵送性的主要措施，是制备自密实混凝土、大流动性混凝土等不可缺少的外加组分。

7）时间和温度

拌合物拌制后，随着时间的延长逐渐变得干稠，流动性减小，这是因为水分损失和水泥水化。水分损失的原因是水泥水化消耗掉一部分水、集料吸收了一部分水及水分蒸发。

拌合物和易性也受温度的影响，随着温度升高，水分蒸发和水泥水化都加快，坍落度损失也变快。时间长、气温高、湿度小、风速大将加速流动性的损失。因此，工程施工中应尽可能减小混凝土搅拌到浇筑的时间间隔，同时注意环境温度变化并采取相应的措施。

4．3．4 和易性改善措施

分析和易性影响因素，目的是为了控制和调整混凝土和易性，以适应具体的结构和施工条件。当决定采取某项措施调整和易性时，还必须同时考虑对混凝土其他性质（如强度、耐久性等）的影响。在实际工程中，调整混凝土拌合物和易性，可采取以下措施：

①尽可能选用合理砂率（最佳砂率）。当黏聚性不足时可适当增大砂率。

②改善集料级配、特别是粗集料级配，既可增加混凝土流动性，也能改善黏聚性和保水性。在允许范围内，尽可能采用较粗砂石。

③有条件时掺加适当外加剂和掺和料。掺减水剂或引气剂，是改善混凝土和易性的最有效措施。

④当混凝土流动性小于设计要求时，为了保证混凝土的强度和耐久性，不能单独加水，否则强度显著下降，必须保持水灰比不变，增加水泥浆用量。但需要注意的是，水泥浆用量过多，则混凝土成本提高，且将增大混凝土的收缩和水化热，混凝土的黏聚性和保水性也可能下降。

⑤当混凝土流动性大于设计要求时，可在保持砂率不变的前提下增加砂石用量，实际上相当于减少水泥浆数量。

4．3．5 拌合物凝结时间

水泥的水化反应是混凝土凝结的主要原因，但是混凝土的凝结时间与配制该混凝土所用水泥的凝结时间并不一致，这是因为水泥浆体的凝结和硬化过程要受到水化产物在空间填充情况的影响。因此，水灰比的大小会明显影响混凝土凝结时间，水灰比越大、凝结时间越长。一般配制混凝土所用的水灰比与测定水泥凝结时间规定的水灰比是不同的，所以这二者的凝结时间通常有所不同。而且，混凝土的凝结时间还会受到其他各种因素的影响，如水泥品种和细度、掺和料、环境温湿度及风速等气候条件的变化，特别是混凝土中掺入的外加剂（缓凝剂、速凝剂等），将会明显影响混凝土的凝结时间。

混凝土拌合物的凝结时间，通常采用贯入阻力仪按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB／T50080—2016）中规定的方法测定：先用5mm（或4．75mm）筛孔的筛从新拌混凝土拌合物中筛取砂浆，按一定方法装入规定的容器中，然后每隔一定时间测定砂浆贯入到一定深度时的贯入阻力，绘制贯入阻力与时间曲线，从而确定凝结时间。从水泥与水接触瞬间到贯入阻力达到3．5MPa的时间称为初凝时间，从水泥与水接触瞬间到贯入阻力达到28MPa的时间称为终凝时间。