4.3 混凝土拌和物的和易性

混凝土在凝结硬化以前称混凝土拌和物（或称混合物、新拌混凝土等）。混凝土拌和物的性质在很大程度上决定了混凝土结构和构件的未来质量，硬化后混凝土的性能如何，与混凝土拌制、浇筑和密实成型过程密切相关。

4.3.1 和易性的概念

混凝土拌和物最重要的性能是和易性（工作性）。和易性指混凝土拌和物易于施工操作（拌和、运输、浇筑和振捣）并能获得质量均匀与成型密实的性能，包括流动性、黏聚性和保水性三个方面的含义。和易性是反映混凝土拌和物易于流动但组分间又不分离的一种性能，是一项综合技术性能。

流动性是指混凝土拌和物在自重或施工机械（振捣）的作用下，能产生流动，并均匀密实地充满模板的性能。流动性反映出拌和物的稀稠程度。如混凝土拌和物过于干稠，就会难以振捣密实；如拌和物过稀，振捣后容易出现砂浆和水分上浮及石子下沉的分层离析现象，影响混凝土的质量。

黏聚性是指混凝土拌和物内部各组分间具有一定的黏聚力，在运输和浇筑过程中不致产生分层离析，使混凝土保持整体均匀的性能。黏聚性不好的混凝土拌和物，砂浆与石子容易分离，振捣后容易出现蜂窝、空洞等现象。

保水性是指混凝土拌和物具有保持内部水分不流失，不致产生严重泌水现象的性能。泌水会导致混凝土内部形成透水通路，从而影响混凝土的密实性，降低混凝土的强度和耐久性。

由此可见，混凝土拌和物的流动性、黏聚性和保水性有其各自的内涵，但这三者既相互联系又相互矛盾。当流动性大时，往往黏聚性和保水性差，反之亦然。因此，所谓和易性，就是这三方面的性质在具体条件下达到良好的统一。

4.3.2 和易性的检测

混凝土和易性内涵较复杂，目前尚无技术指标来全面反映混凝土拌和物和易性的方法。通常是测定混凝土拌和物的流动性，辅以其他方法或直接观察（结合经验）评定混凝土拌和物的黏聚性和保水性，然后综合评定混凝土拌和物的和易性。

测定流动性的方法目前有数十种，最常用的的有坍落度试验和维勃稠度试验方法。

1.坍落度试验

坍落度试验是最早使用的一种方法，主要设备是一个坍落度筒（空心截头圆锥体）。试验时将混凝土拌和物分三层（每层装料约1/3筒高）装入坍落度筒内，每层用φ16的光圆铁棒插捣25次，待装满刮平后将坍落度筒垂直提起，混凝土拌和物在自重作用下将会产生坍落变形，测量拌和物锥体坍落的高度（mm），即为该混凝土拌和物的坍落度值，如图4.4所示。坍落度作为流动性指标，其值越大，表明混凝土拌和物的流动性越好。

测定混凝土拌和物坍落度后，轻轻敲击坍落后的混凝土拌和物，观察其形态变化，用以判断拌和物的黏聚性和保水性。黏聚性的检查方法是，用捣棒在已坍落的拌和物锥体侧面轻轻击打，如果锥体逐渐下沉，表示黏聚性良好；如果突然倒坍，部分崩裂或石子离析，即为黏聚性不良。保水性的检查方法是查看提起坍落度筒后，地面上是否有较多的稀浆流淌，骨料是否因失浆而大量裸露，存在上述现象表明保水性不好，反之，则表明保水性良好。

图4.4 混凝土拌和物坍落度测试示意

图4.5 维勃稠度仪

坍落度试验只适用于骨料最大粒径不大于40mm的非干硬性混凝土（指混凝土拌和物的坍落度值大于10mm的混凝土）。根据坍落度大小，将混凝土拌和物分为四级：低塑性混凝土（坍落度为10～40mm）、塑性混凝土（坍落度为50～90mm）、流动性混凝土（坍落度为100～150mm）、大流动性混凝土（坍落度大于160mm）。

2.维勃稠度试验

维勃稠度仪（图4.5）研制于1940年，被认为是目前测量干硬性混凝土拌和物和易性最适当的方法，被广泛采用。试验时先将坍落度筒置于圆形容器中，再将容器固定在规定的振动台上，按规定的方法在坍落度桶内装满混凝土拌和物后垂直提起坍落度筒，在拌和物试件顶面放一透明圆盘，开启振动台，同时用秒表计时，到透明圆盘的下表面完全布满胶凝材料浆体时停止秒表，关闭振动台，此时认为混凝土拌和物已密实，所读秒数即为维勃稠度。该试验适用于骨料最大粒径不大于40mm，维勃稠度在5～30s之间的混凝土拌和物的稠度测定。根据维勃稠度，将混凝土拌和物分为四级，见表4.17。

4.3.3 流动性（坍落度）的选择

选择混凝土拌和物的坍落度，应根据结构构件截面尺寸的大小、配筋的疏密、施工捣实方法和环境温度来确定。当构件截面尺寸较小时或钢筋较密，或采用人工插捣时，坍落度可选择大些。反之，如构件截面尺寸较大或钢筋较疏，或者采用振动器振捣时，坍落度可选择小些。按《普通混凝土拌合物性能试验方法》（GB/T 50080—2002）规定，当环境温度在30℃以下时，可按表4.18确定混凝土拌和物坍落度值；当环境温度在30℃以上时，由于水泥水化和水分蒸发的加快，混凝土拌和物流动性下降加快，在混凝土配合比设计时，应将混凝土拌和物坍落度提高15～25mm。

4.3.4 影响和易性的主要因素

1.混凝土拌和物的单位用水量

混凝土拌和物单位用水量增大，其流动性随之增大，但用水量过大，会使混凝土拌和物黏聚性和均匀性变差，产生严重泌水、分层或流浆，并有可能使混凝土强度和耐久性严重降低。混凝土拌和物的单位用水量应根据骨料品种、粒径及施工要求的混凝土拌和物坍落度或稠度选用。

根据试验，在配制混凝土时，当所用粗、细骨料的种类及比例一定时，如果单位用水量一定，即使水泥用量有所变动（对于1m³混凝土，水泥用量增减50～100kg）时，混凝土的流动性大体保持不变，这一规律称为恒定需水量法则。这一法则意味着如果其他条件不变，即使水泥用量有某种程度的变化，对混凝土的流动性影响不大。这一法则用于混凝土配合比设计是相当方便的，即可通过固定单位用水量，变化水灰比，得到既满足拌和物和易性要求，又满足混凝土强度要求的混凝土。

2.水泥浆的数量

混凝土拌和物中的水泥浆赋予拌和物一定的流动性。在水灰比不变的情况下，单位体积拌和物内，如果水泥浆数量愈多，则拌和物的流动性愈大。但若水泥浆过多，将会出现流浆现象，黏聚性变差；若水泥浆过少，则骨料之间缺少黏结物质，易使拌和物发生离析和崩坍。水泥浆数量的增减实际是单位用水量的变化。

3.水灰比

水泥浆黏聚力大小主要取决于水灰比。在水泥用量、骨料用量均不变的情况下，水灰比增大，拌和物流动性增大，反之则减小。但水灰比过大，会造成拌和物黏聚性和保水性不良；水灰比过小，会使拌和物流动性过低，影响施工。故水灰比不能过大或过小，一般应根据混凝土强度和耐久性要求合理地选用。在此情况下，水灰比的变化实际上也是单位用水量的变化。

总之，无论是水泥浆数量的影响还是水灰比的影响，实际上都是用水量的影响。因此，影响混凝土和易性的决定性因素是混凝土单位体积用水量的多少。

4.砂率的影响

砂率是指混凝土中细骨料的重量占骨料总重量的百分比，即

式中 S_p——砂率，%；

S、G——砂、石子的用量，kg。

试验证明，砂率对混凝土拌和物的和易性有很大的影响。砂率过小，砂浆不能够包裹石子表面、不能填充满石子间隙，使拌和物黏聚性和保水性变差，产生离析和流浆等现象。当砂率在一定范围内增大，混凝土拌和物的流动性提高，但是当砂率增大超过一定范围后，流动性反而随砂率增加而降低。因为随着砂率的增大，骨料的总表面积必随之增大，润湿骨料的水分需增多，在单位用水量一定的条件下，混凝土拌和物的流动性降低。由此可见，在配制混凝土时，砂率不能过大，也不能过小，应有合理砂率。砂率对混凝土拌和物坍落度的影响如图4.6所示。

图4.6 坍落度与砂率的关系（水和水泥用量一定）

图4.7 砂率与水泥用量的关系（达到相同的坍落度）

图4.7表明，在用水量及水泥用量一定的情况下，合理砂率能使混凝土拌和物获得最大的流动性（且能保持黏聚性及保水性能良好）；在保持混凝土拌和物坍落度基本相同的情况下，且能保持黏聚性及保水性能良好，合理砂率能使胶凝材料浆体的数量减少，从而节约水泥用量。

5.组成材料性质的影响

（1）水泥。水泥对拌和物和易性的影响主要反映在水泥的需水性上。不同品种的水泥、不同细度的水泥、不同的水泥矿物组成及掺和料，其需水性不同。在其他条件相同的情况下，需水量大的水泥比需水量小的水泥配制的拌和物流动性要小，但其黏聚性和保水性较好。如矿渣水泥或火山灰水泥拌制的混凝土拌和物，其流动性比用普通水泥时为小。

（2）骨料。骨料对拌和物和易性的影响主要是骨料总表面积、骨料的空隙率和骨料间摩擦力大小的影响，具体地说是骨料级配、颗粒形状、表面特征及粒径的影响。骨料由于在混凝土中占据的体积最大，因此它的特性对混凝土拌和物和易性的影响也较大。一般说来，级配好的骨料，其拌和物流动性较大，黏聚性与保水性较好；表面光滑的骨料，如河砂、卵石，其拌和物流动性较大；骨料的粒径增大，由于其表面积减小，拌和物流动性就增大。

（3）外加剂。外加剂对混凝土拌和物的和易性有较大影响。如混凝土拌和物中掺入减水剂或引气剂可大幅度提高拌和物的流动性，改善黏聚性，降低泌水性。

（4）温度和时间的影响。混凝土拌和物的流动性随温度的升高而降低。随环境温度的升高，混凝土拌和物的坍落度损失加快（即流动性降低速度加快）。据测定，温度每增高10℃，拌和物的坍落度约减小20～40mm。这是由于温度升高，水泥水化加速，水分蒸发加快。

此外，混凝土拌和物随时间的延长而变干稠，流动性降低，这是由于拌和物中一些水分被骨料吸收，一些水分蒸发，一些水分与水泥水化反应变成水化产物结合水。由于混凝土拌和物流动性会随时间而变化，因此浇筑时的和易性更具有实际意义，所以在施工中测定和易性的时间，应以搅拌完成后15min为宜。夏季施工时，为了保持一定的流动性应适当提高拌和物的用水量。

4.3.5 混凝土拌和物的凝结时间

水泥与水之间的反应是混凝土产生凝结的主要原因，但是由于各种因素，混凝土拌和物的凝结时间与其所用水泥的凝结时间并不一致。水泥的凝结时间是水泥净浆在规定的温度和稠度条件下测得的，而混凝土拌和物的存在条件与水泥凝结时间测定条件不一定相同。混凝土的水灰比、环境温度和外加剂的性能等均对混凝土的凝结快慢产生很大影响。水灰比增大，水泥水化产物间的间距增大，水化产物粘连及填充颗粒间隙的时间延长，凝结时间越长。环境温度升高，水泥水化和水分蒸发加快，凝结时间缩短；缓凝剂会明显延长凝结时间，速凝剂会显著缩短凝结时间。故水泥浆体凝结时间与混凝土拌和物凝结时间不同。一般情况下，水灰比越大，混凝土拌和物凝结时间越长。

通常采用贯入阻力仪来测定混凝土拌和物的凝结时间，但此凝结时间并不标志着混凝土中水泥浆体物理化学的某一特定变化，仅只是从实用意义的角度人为确定的两个特定点，初凝时间和终凝时间，初凝时间表示施工时间的极限，终凝时间表示混凝土力学强度的开始发展。具体做法是先用5mm的圆孔筛从混凝土拌和物中筛取砂浆，按一定的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的贯入阻力，绘制贯入阻力与时间的关系曲线，以贯入阻力3.5MPa和28MPa划两条平行于时间坐标的直线，直线与曲线交点的时间分别为混凝土拌和物的初凝时间和终凝时间。

值得注意的是，这些人为选择的特定点并不表示混凝土的强度。实际上，当贯入阻力达到3.5MPa时，混凝土还没有抗压强度，而贯入阻力达到28MPa时，混凝土的抗压强度也只不过0.7MPa，通常情况下，混凝土需要6～10h凝结，但水泥的组成、环境温度和缓凝剂等都会对混凝土的凝结时间产生影响。