混凝土工作性的含义及其影响因素

混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。它具有原材料来源广泛，成本低，适用性广，易于施工，性能良好等优点，已成为世界上使用量最大、使用范围最广的土木工程材料。近二三十年来，由于社会经济的发展，对混凝土的性能提出了更高的要求，同时随着测试技术的发展，水泥混凝土材料科学在基础理论方面的重大突破，特别是水泥浆与新拌混凝土的微观结构和物理化学性质的一些新的研究成果，混凝土组分和技术都产生了重大的变革，进入了高科技时代。

新拌混凝土的工作性能作为混凝土一种十分重要的性能，已有不少学者进行研究，并对其涵义作出了多种阐述，但迄今为止还没有一个公认的确切定义。目前得到大多数研究者认同的观点是认为工作性与混凝土自身因素及施工工艺有关。冯乃谦认为：工作性是反映新拌混凝土性质的概念，是指混凝土拌合物从搅拌开始到抹平，整个施工过程中易于运输、浇注、振捣、不产生组分离析，容易抹平，并获得体积稳定、结构密实的混凝土的性质。黄大能等认为，工作性的定义应该是：混凝土混合物在拌和、输送、浇灌、捣实、抹平一系列操作过程中，在消耗一定能量情况下达到稳定和密实的程度。这就是说，一种混凝土混合物，如果在消耗最少能量下，在整个操作过程中能达到最稳定和密实的程度，就是最佳工作性能。因此，新拌混凝土的工作性能的涵义应该包括流动性、粘聚性、可塑性、稳定性、易密性等，是混凝土拌合物运输、浇捣、抹面等主要操作工序能够顺利地进行的保证，故又称和易性。流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模型的性能。流动性的大小，反映拌合物的稠度，它直接影响施工的难易和混凝土的质量。粘聚性则是指混凝土拌合物内部组分之间具有一定的粘聚力，在运输和浇注过程中不会发生分层离析现象，能使混凝土保持整体均匀性。高强、泵送混凝土己逐渐在工程中普遍应用，在这些新的混凝土工程中，混凝土的流动性，特别是混凝土中水泥浆的流动性引起人们的高度重视。

影响新拌混凝土工作性的因素主要有：材料组成、外观形态及其用量，施工条件和环境条件等几个方面。

（一）各组成材料的性质

（1）水泥

水泥在混凝土中是一种胶凝材料，起着胶结作用，包裹骨料的表面并填充骨料的空隙，使混合物有利于施工的工作性，确保硬化混凝土具有所需的强度、耐久性等。而水泥的品种、细度，矿物组成及在混合物中的掺量都会影响混合物的施工和易性。通常普通水泥的混凝土拌合物比矿渣和火山灰水泥的工作性好；矿渣水泥混合物的流动性虽然大，但粘聚性差，易泌水离析；火山灰水泥流动性差，但粘聚性好。此外水泥的细度对拌合物的工作性亦有一定得影响，在相同用水量情况下水泥的细度越细其新拌混凝土流动性越小，但可改善混凝土拌合物的粘聚性、保水性、减少泌水和离析现象。因此在实际工作中应根据实际情况对水泥和品种进行选择。

（2）砂

砂在混凝土中是一种细骨料，起次要骨架作用。优质的混凝土用砂具有高的密实度和小的比表面，既能保证硬化后混凝土的强度、耐久性满足要求，又能达到在施工中具有适宜的工作性，同时又节约水泥的目的。砂的级配反映大小砂粒的搭配情况，级配影响砂的空隙率的大小，为节约水泥和提高混凝土的密实度，应该使用级配良好的砂以达到最小的空隙率。砂的粗细程度也会影响混凝土的工作性。如用粗砂，拌制混凝土时其内摩阻力较大，保水性差，适宜配制水泥用量多的富混凝土或低流动混凝土；中砂宜先选用以配制不同等级混凝土；细砂，配制的混凝土粘性较大，保水性能好，易插捣成型，但因其比表面积大，使用时宜降低砂率。

（3）石

石在混凝土中是一种粗骨料，起主要骨架作用。石料的最大粒径、形状和表面特征与形态、级配等，都不同程度的影响混凝土的拌合质量。新拌混凝土随着石料最大粒径的增加，单位用水量相应减少，在固定用水量和水灰比的条件下，加大粒径，可获得较好的工作性，或减少水灰比而提高混凝土的强度和耐久性。在选择石料时，用卵石比用碎石拌制而成的混凝土流动性大，但采用表面光滑的骨料拌制的混凝土其强度将受到较大的影响。此外具有优良级配的骨料拌制的混凝土流动性大，粘聚性和保水性较好。

（4）外加剂与掺合料

混凝土外加剂是在拌制混凝土过程中掺入用以改善混凝土性质的物质。掺量一般不大于水泥质量的5%。凝土拌合物的工作性能受混凝土外加剂的类型、品质和掺量等因素影响。掺合料是拌制混凝土时，为改善性能、节省水泥、降低成本而掺加的矿物质粉状材料。掺合料的种类、品质和掺量会影响新拌混凝土的工作性。混凝土大都掺用粉煤灰、矿渣等掺合料，如果矿物掺合料的颗粒形态好，能有效地减少用水量，改善新拌混凝土的工作性。在水胶比基本相同的情况下，掺量不同对混凝土拌合物工作性的影响也有所不同。

（二）配合比参数对混凝土工作性影响

（1）水胶比

水胶比是指混凝土中水的质量与水泥（胶凝材料）的质量之比。水胶比是调节水泥浆稠度的一个指标。在保持用水量不变的情况下，若增加水泥用量，即水胶比减小时，会使水泥浆变稠，拌合物流动性较小，而粘聚性和保水性较好；但当混凝土水泥用量过多时，在一定施工条件下难以密实成型，同时会使混凝土的设计强度达不到预期的要求，而且浪费过多的水泥。若水泥用量太少，即水胶比过大，此时过稀的水泥浆导致混凝土拌合物流动性过大，拌合物的粘聚性和保水性差，从而产生严重的离析和泌水现象，影响混凝土强度，因此，一定要选用科学合理的水胶比以确保混凝土的质量。

（2）浆骨比

浆骨比是指水泥浆质量与骨料质量(包括砂和石)之比。混凝土拌合物中的水泥浆，除了填充骨料间的空隙外，包裹在骨料表面并稍有富余，以减少骨料之间的摩擦力，使拌合物具有一定得流动性。在水胶比不变的条件下，水泥浆用量越多，浆骨比越大，则拌合物的流动性越大，但水泥浆过多拌合物的粘聚性和保水性就会变差，不仅浪费水泥，同时对混凝土的强度和耐久性能会产生一定得影响；若水泥浆量过少，即浆骨比过小时，则不能完全地填充其空隙及包裹骨料表面，拌合物粘聚性就会很差，失去稳定性。因此在配制混凝土时，应根据实际情况确定水泥浆的用量，在满足工作性的要求的前提下，兼顾强度、经济性和耐久性。

（3）砂率

砂率是指砂的质量占砂、石总量的百分比，它对混凝土骨料间的空隙和总比面积影响较大。一般在砂石总量不变的情况下，砂率越小的，总比表面积越小，空隙越大，反之亦然。砂率对混凝土拌合物的工作性影响很大，一方面是砂形成的砂浆在粗骨料间起润滑作用，在一定砂率范围内随砂率的增大，润滑作用愈明显，流动性将提高；另一方面，在砂率增大的同时，骨料的总表面积随之增大，需要的水泥浆量增多，在水泥浆用量一定的条件下，拌合物流动性降低，所以当砂率超过一定范围后，流动性反而随砂率的增大而降低。另外当砂率过小时，虽然骨料的总比表面积减少，但由于砂浆不足，不能在粗骨料周围形成足够的砂浆层达到润滑作用，从而降低拌合物的流动性，更严重的将影响混凝土拌合物的粘聚性和保水性。因此，应在水灰比、集浆比不变的情况下，选取保证流动性、粘聚性和保水性的合理砂率。

（三）施工条件和环境条件

新拌混凝土的工作性在不同的施工、环境条件下往往会发生变化。影响新拌混凝土工作性的施工条件包括搅拌方式、搅拌时间等。若搅拌时间不足，混凝土的工作性就越差，质量也不均匀。影响新拌混凝土工作性的环境条件包括温度、湿度、风速。混凝土从拌合物到振捣密实这段时间里，随着温度的升高，水泥的水化率、水分蒸发量将增大，同时水泥浆的流动性将会降低。同样风速和湿度也会影响拌合物的水分蒸发率，从而会影响混合物的坍落度。

祝雯，王龙海，研究了原材料组分（高效减水剂、矿物掺合料）和配合比参数（砂率、水胶比、胶凝材料用量）对自密实混凝土工作性能的影响。结果表明：砂率是影响自密实混凝土拌合物匀质性和填充性的重要因素。聚羧酸系高性能减水剂是配制自密实混凝土的理想外加剂；水胶比的增加将降低浆体的黏度，在较高水胶比体系下，可通过适当掺加硅粉或者增黏剂以满足浆体的黏聚性；硅粉在低胶凝材料用量体系中能起到较好的稳定作用。

马烨红等，通过Marsh筒、胶砂流动度及实测混凝土和易性等方法，研究了石灰石粉作掺合料对混凝土工作性能的影响，并与粉煤灰的效果相对比，试验结果表明：一定颗粒分布的石灰石粉能改善新版混凝土的流动性能，减少泌水率及缩短凝结时间。

单彦贤等研究了不同种类的减水剂、早强剂、膨胀剂对混凝土工作性能和力学性能的影响，结果表明减水剂的掺入提高了混凝土的流动性。其中，萘系和聚羧酸系的扩展度显著增加，流动性较好，而木该类与对比组分相比提高不大，掺膨胀剂的混凝土扩展度有较大提高，而早强剂的扩展度提高很少。其中掺聚羧酸系减水剂的混凝土性能最佳，初始坍落度大且保坍性好，泌水状况改善，强度也有提高。

陈友治等研究了粉煤灰、化学外加剂单掺和双掺后对商品混凝土工作性能及强度的影响。研究表明：萘系高效减水剂对混凝土具有增塑作用，但商品混凝土坍落度和扩展度经时损失大。葡萄糖酸盐混凝剂降低混凝土早期强度，但明显减少商品混凝土坍落度和扩展度经时损失。缓凝型减水剂在混凝土中具有减水增塑作用又有缓凝保塑作用。粉煤灰中含有硫、磷，在商品混凝土中缓慢释放，具有明显降低混凝土坍落度和扩展度经时损失作用。

综上所述，大量学者将研究重点放在外加剂及矿物掺合料的使用对高性能混凝土工作性有何影响上，对不同类型减水剂与混凝土工作性能关系的研究还不够系统。