混凝土是當(dāng)今使用量最大、使用面積最廣的建筑材料，己普遍應(yīng)用于各類建筑工程中。隨著建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)混凝土的要求也越來越高。混凝土坍落度損失是商品混凝土使用過程中經(jīng)常遇到的一個(gè)問題，特別是泵送混凝土問題更加突出，已嚴(yán)重影響施工質(zhì)量。因此，有必要對(duì)預(yù)拌混凝土坍落度的損失進(jìn)行深入分析。

造成混凝土坍落度損失的原因是多方面的，且這些因素相互關(guān)聯(lián)。主要包括五個(gè)方面：

一是水泥方面，如水泥中的礦物組分種類、不同礦物成分的含量、堿含量、細(xì)度、顆粒級(jí)配等；

二是摻合料方面，如燒失量等；

三是集料方面，如級(jí)配、含泥量、吸水率等；四是化學(xué)外加劑方面，如高效減水劑的化學(xué)成分、分子量、硫化程度、平衡離子濃度以及用量等；

五是環(huán)境條件，如溫度、濕度、運(yùn)輸時(shí)間等。

1、水泥對(duì)混凝土坍落度損失的影響

1.1水泥的基本組成

硅酸鹽水泥熟料主要由四種氧化物組成。這四種最基本的氧化物為氧化鈣（CaO）、氧化硅（SiO₂）、氧化鋁（Al₂O₃）和氧化鐵（Fe₂O₃）。經(jīng)過高溫煅燒，形成硅酸三鈣（3CaO·SiO₂）簡稱為C₃S；硅酸二鈣（2CaO·SiO₂）簡稱為C₂S；鋁酸三鈣（3CaO·Al₂O₃）簡稱為C₃A；鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃）簡稱為C₄AF。

1.2各組分含量、特性及對(duì)坍落度的影響

近年來，由于煅燒條件大大改善，在硅酸鹽水泥熟料中的C₃S含量明顯提高，含量大約為32％～64％。C₃S的水化速度比C₂S快，但比C₃A和C₄AF慢些。它是決定硅酸鹽水泥強(qiáng)度的最主要礦物之一，它不僅影響水泥的早期強(qiáng)度，也影響水泥的后期強(qiáng)度，是決定水泥水化熱的最主要礦物。C₃S與水作用時(shí)，生成水化硅酸鈣及氫氧化鈣。其反應(yīng)式為：2（3CaO·SiO₂）＋6H₂O→3CaO·2SiO₂·3H₂O＋3Ca（OH）₂，生成的水化硅酸鈣幾乎不溶于水，而立即以膠體微粒析出，并逐漸聚而成為凝膠。水化硅酸鈣凝膠又稱托勃莫來石凝膠或稱C—S—H凝膠。由它構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有很高的強(qiáng)度。在硅酸鹽水泥熟料中，C₂S含量大約14％～28％。它是水泥熟料中水化速度最慢，水化熱最小的一種礦物，它影響水泥的后期強(qiáng)度，其早期強(qiáng)度較低。

C₂S與水作用時(shí)，其水化產(chǎn)物與C₃S相同，但數(shù)量不同。其反應(yīng)式為：2（2CaO·SiO₂）＋4H₂O→3CaO·2SiO₂·3H₂O＋Ca（OH）₂。在硅酸鹽水泥熟料中，C₃A含量大約為2.5％～15％。這是水泥熟料礦物中水化速度最快，水化熱最大的一種礦物。由于其具有水化速度很快這一特點(diǎn)，因此對(duì)水泥的凝結(jié)特性起著決定性作用，它對(duì)水泥強(qiáng)度的貢獻(xiàn)主要在早期，對(duì)后期強(qiáng)度的貢獻(xiàn)不大。

C₃A與水作用時(shí)，生成水化鋁酸三鈣。其反應(yīng)式為：3CaO·Al₂O₃＋6H₂O→3CaO·Al₂O₃·6H₂O，水化鋁酸三鈣為晶體，易溶于水，它在石灰飽和溶液中，能與氫氧化鈣Ca（OH₂）進(jìn)一步反應(yīng)。生成水化鋁酸四鈣（4CaO·Al₂O₃·12H₂O），兩者的強(qiáng)度都低，且耐硫酸鹽腐蝕性很差。

C₃A對(duì)新拌漿體性能的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是C₃A具有較好的保水性；二是C₃A含量對(duì)水泥的凝結(jié)時(shí)間有較顯著的影響。由于C₃A水化較快，當(dāng)有足夠的石膏存在時(shí)，能在較短時(shí)間內(nèi)生成一定數(shù)量的水化產(chǎn)物，形成凝聚結(jié)構(gòu)（此結(jié)構(gòu)稱為鈣釩石）。這一反應(yīng)一方面結(jié)合了大量的水，使新拌漿體失去流動(dòng)性，特別是當(dāng)水泥中石膏含量不合適時(shí)，C₃A含量高的水泥凝結(jié)更快，另一方面由于鈣釩石為一種針狀晶體，在外力作用下較難運(yùn)動(dòng)，而且易于其他顆粒交叉搭接，因此，對(duì)新拌混凝土的坍落度損失影響較大。

在硅酸鹽水泥熟料中，C₄AF含量大約為10％～19％。它的水化速度較快，僅次于C₃A。因此，對(duì)水泥強(qiáng)度的貢獻(xiàn)也主要在早期，一般來說，Ｃ₄AF含量增加，水泥的水化放熱量變化不大，甚至可能略有降低。但放熱速率可能加快。

C₄AF與水作用時(shí)，生成水化鋁酸三鈣及水化鐵酸鈣凝膠，其反應(yīng)式為：

4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃＋７H₂O→3CaO·Al₂O₃·6H₂O＋CaO·Fe₂O₃·H₂O

除了上述四組分以外，水泥熟料中還存在著其它一些成分。主要有游離CaO、MgO、SO₃和堿。雖然這些組分含量很少，但對(duì)水泥和混凝土的性能有著不可忽視的影響。

在水泥熟料中，游離CaO是在水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生，這種游離狀態(tài)的CaO可以與水反應(yīng)，形成Ca(OH)₂。但速度較慢，在水泥凝結(jié)硬化后產(chǎn)生膨脹，導(dǎo)致水泥體積安定性不良。

在水泥熟料中，大部分MgO以固溶形態(tài)存在于熟料礦物中。但熟料礦物固溶MgO的數(shù)量是有限的。當(dāng)熟料中的MgO含量較高時(shí)，部分MgO則以游離態(tài)存在于熟料礦物中，當(dāng)水泥凝結(jié)后，MgO與水反應(yīng)生成Mg(OH)₂，也會(huì)產(chǎn)生膨脹，導(dǎo)致水泥體積安定性不良。

在水泥熟料中，SO₃主要來自水泥粉磨時(shí)摻入的石膏。SO₃含量極少，水泥中SO₃的含量影響著水泥與外加劑的適應(yīng)性。

石膏是一種傳統(tǒng)的膠凝材料，它是以硫酸鈣為主要化學(xué)成分的氣硬性膠凝材料，它也是一種緩凝劑?？梢哉{(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間延長，但當(dāng)石膏摻量達(dá)到一定程度后，凝結(jié)時(shí)間不僅不延長，甚至還可能縮短。盡管對(duì)石膏的緩凝作用機(jī)理說法不一，但一般認(rèn)為石膏的緩凝作用是與C₃A作用的結(jié)果。當(dāng)C₃A含量與石膏摻量都較低時(shí)，水泥漿體需要較長時(shí)間才能凝結(jié)。當(dāng)C₃A含量與石膏摻量都較高時(shí)，水泥漿體也能有一個(gè)正常的凝結(jié)時(shí)間。當(dāng)C₃A含量較高而石膏摻量較低或C₃A含量較低而石膏摻量較多時(shí)水泥漿體則表現(xiàn)出較快的凝結(jié)。一般來說水泥凝結(jié)速度越快越容易引起混凝土較快的坍落度損失。

需要注意的是石膏對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響與石膏的狀態(tài)有關(guān)，通常用二水石膏(或稱生石膏)其化學(xué)式為CaSO₄·2Ｈ₂O作為水泥的調(diào)凝劑。也有些水泥廠采用硬石膏，其化學(xué)式為CaSO₄。在水泥粉磨過程中，如果磨機(jī)溫度在110℃～170℃時(shí)，二水石膏將部分脫水形成半水石膏，其反應(yīng)式為：CaSO₄·2H₂O，110℃～170℃CaSO₄·1/2H₂O，由于半水石膏水化很快，水泥與水拌和后很快形成強(qiáng)度不高的二水石膏網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使?jié){體很快變硬或失去流動(dòng)性，造成假凝。

石膏又是礦渣等活性混合材的激發(fā)劑。在普通硅酸鹽水泥中，通常摻入一些活性或非活性的混合材，如礦渣，石灰石等，但是，這些混合材的活性通常都是潛在的，需要在一定的條件下才能發(fā)揮出來，石膏恰恰可以激發(fā)混合材的這種潛在的活性，使其充分發(fā)揮出來。

石膏是引起水泥石膨脹的重要組成部分。在水泥的水化過程中，石膏可以與水泥熟料中鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽的水化產(chǎn)物反應(yīng)，形成鈣礬石。這一反應(yīng)將會(huì)產(chǎn)生體積膨脹。石膏摻量也是影響水泥與外加劑適應(yīng)性的重要因素。

在水泥熟料中，堿固溶在熟料礦物中，堿含量較高的水泥，通常水化較快。也正是這一特性，使得用高堿水泥配制的混凝土坍落度損失可能較快，水泥熟料水化時(shí)放出的堿可以與集料中的一些活性組分發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生膨脹，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致混凝土的開裂，甚至破壞游離狀態(tài)的堿，還可能與一些外加劑作用影響水泥與外加劑的適應(yīng)性。

1.3細(xì)度、顆粒級(jí)配對(duì)坍落度的影響

水泥的細(xì)度也將影響混凝土坍落度的損失，在相同條件下，水泥越細(xì)，水化速度越快，造成坍落度損失也就越大。另一方面，水泥越細(xì)，水泥顆粒數(shù)量越多，在相同水灰比時(shí)水泥顆粒之間的距離也就越小，當(dāng)水泥水化時(shí)，所形成的水化產(chǎn)物很容易將這些較小的顆粒連接起來，故而造成混凝土坍落度的損失較大。試驗(yàn)研究中在水泥水化過程中，3～30μm的熟料顆粒主要起強(qiáng)度增長作用，而大于60μm的顆粒則對(duì)強(qiáng)度不起作用。小于10μm的顆粒主要起早強(qiáng)作用，而小于l0μm的顆粒需水量大。流動(dòng)性好的水泥l(xiāng)0μm以下顆粒應(yīng)少于10%。顆粒越細(xì)，需水量越大，早期強(qiáng)度越高，這必將加劇混凝土坍落度損失。

2、礦物摻合料對(duì)混凝土坍落度損失的影響

礦物摻合料對(duì)新拌混凝土的坍落度損失有著三方面的影響。

一是影響膠凝材料的水化速度；

二是影響水泥漿體的保水性能；

三是影響水泥漿體的粘度如礦物摻合料對(duì)水有緩慢的吸附作用，緩慢吸附過程本身就是一個(gè)使液態(tài)水減少的過程，摻入這種礦物摻合料可使混凝土的坍落度損失增大。

如一些燒失量較大的粉煤灰，如果是原狀灰的話，所含的炭主要是在顆粒的內(nèi)部，未燃盡的炭雖具有較強(qiáng)的吸水性，但水分從顆粒表面到達(dá)炭粒表面需要一定的時(shí)間。固此，可能表現(xiàn)出持續(xù)吸水現(xiàn)象，引起混凝土坍落度的損失。

3、集料對(duì)混凝土坍落度損失的影響

1.3集料有害雜質(zhì)對(duì)混凝土坍落度損失的影響

集料中的有害雜質(zhì)有三類：

（1）妨礙水泥水化的物質(zhì)；

（2）妨礙集料與水泥漿很好粘結(jié)的物質(zhì)；

（3）集料中本身性能較差或不安定的顆粒。

在細(xì)集料方面：一方面含泥量的增加，使其集料的比表面積隨之增加，另一方面，含泥中粘土類礦物通常有較強(qiáng)的吸水性。固此，當(dāng)混凝土用水量不變時(shí)，含泥量增加，混凝土坍落度損失將增加。在泥土包裹其集料的表面的情況下，當(dāng)含泥量為1%～3%時(shí)對(duì)新拌混凝土坍落度的影響不明顯。但當(dāng)含泥量超過4%時(shí)，對(duì)新拌混凝土坍落度的影響明顯增加。

在粗集料方面：石粉含量對(duì)混凝土的坍落度影響相對(duì)小些。如果保持混凝土用水量不變時(shí)，石粉含量每增加2%，坍落度損失1cm。另一方面針狀、片狀集料對(duì)混凝土的流動(dòng)性及坍落度有著十分顯著的影響。針狀、片狀集料越多，混凝土的流動(dòng)性越差。在相同混凝土用水量時(shí)流動(dòng)性也就越小。

針片狀集料對(duì)混凝土流動(dòng)性的影響可以歸結(jié)為三方面原因：

（1）含針狀片狀顆粒的集料一般孔隙率較大，使得集料的堆積密度降低。

（2）針狀片狀集料的比表面積較大，必然增加與水泥漿體的接觸面積及表面需水量。

（3）針狀片狀集料在新拌漿體的運(yùn)動(dòng)阻力較大，在新拌漿體中由于針狀片狀集料相互支撐作用，阻礙其它集料顆粒的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，常常受到其他集料顆粒的阻礙。

3.2集料的吸水率對(duì)混凝土坍落度損失的影響

混凝土在拌制時(shí)如采用干集料，而且集料的吸水率較大的話，它可以從混凝土中吸取大量水分，使混凝土中的自由水分減少，導(dǎo)致混凝土坍落度減小。例如：在普通混凝土中，細(xì)集料用量大約為700kg/m³，粗集料用量大約為1100kg/m³。如集料的吸水率為1%，則細(xì)集料可吸取7kg水，粗集料可吸取11kg的水。若這一吸水過程在1h內(nèi)完成，細(xì)集料就有可能使混凝土的坍落度在1h內(nèi)損失20～30mm，對(duì)于粗集料也可作同樣的考慮，他的吸水作用可使混凝土的坍落度損失達(dá)到40～50mm。若拌制混凝土?xí)r，粗細(xì)集料均為干料，可使混凝土的坍落度損失達(dá)到60～80mm甚至更多。由此可見，集料的吸水作用對(duì)混凝土的坍落度損失有不可忽略的影響。

3.3集料吸水速度對(duì)混凝土坍落度損失的影響

如果集料吸水速度很快，吸水過程在攪拌階段就已經(jīng)基本完成，混凝土制成后，集料不表現(xiàn)出明顯的吸水作用，因而也就不表現(xiàn)出明顯的坍落度損失。此現(xiàn)象影響到的是混凝土單位用水量。如果集料的吸水速度很慢，在遇水后的短時(shí)間內(nèi)僅吸附很少的水，大量的水分是在以后的一個(gè)較長時(shí)間內(nèi)逐漸吸附的。此現(xiàn)象不僅影響到混凝土單位用水量，對(duì)混凝土坍落度損失也有影響，如集料的吸水主要集中在拌水后的1～2小時(shí)內(nèi)，則會(huì)顯著地影響混凝土坍落度的損失。

在通常情況下，集料不與水反應(yīng)，但它也可以由液體性質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w性質(zhì)。這就是集料顆粒對(duì)水的吸附性。由于集料表面吸附了一定數(shù)量的水，這部分水轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w性質(zhì)，使具有液體性質(zhì)的水減少，混凝土的流動(dòng)性也就隨之減小。因此，集料顆粒對(duì)水的吸附作用也導(dǎo)致混凝土坍落度損失。

4、化學(xué)外加劑對(duì)混凝土坍落度損失的影響

化學(xué)外加劑對(duì)混凝土坍落度損失的影響主要表現(xiàn)為與膠凝材料的適應(yīng)性方面。如有些化學(xué)外加劑用于某種水泥時(shí)混凝土坍落度損失較大，用于其他水泥時(shí)混凝土坍落度損失則較小。因此化學(xué)外加劑與膠凝材料之間有一個(gè)相互適應(yīng)的問題。

(1)化學(xué)外加劑與水泥不適應(yīng)時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一些具有特征的表現(xiàn)形式

①選擇性：水泥與化學(xué)外加劑配合時(shí)是否出現(xiàn)不適應(yīng)現(xiàn)象是有選擇的。也就是說，對(duì)于某一種水泥，并非是與所有的化學(xué)外加劑配合時(shí)都會(huì)出現(xiàn)相同的現(xiàn)象。或?qū)τ谀骋环N化學(xué)外加劑并非與所有品種水泥配合時(shí)都會(huì)出現(xiàn)相同的現(xiàn)象，正因?yàn)楸憩F(xiàn)出這種選擇性才表明水泥與化學(xué)外加劑之間有一個(gè)相互適應(yīng)的問題

②獨(dú)立性：水泥與化學(xué)外加劑不適應(yīng)所表現(xiàn)出來的各種現(xiàn)象是相互獨(dú)立的。也就是說，某一現(xiàn)象的出現(xiàn)不能決定其他現(xiàn)象的出現(xiàn)與否。在各種現(xiàn)象之間，目前還沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)在的聯(lián)系。

③相互性：水泥與化學(xué)外加劑的適應(yīng)性是相互的。當(dāng)表現(xiàn)出不適應(yīng)的現(xiàn)象時(shí)不能單純的將問題歸于某一方，而應(yīng)從兩個(gè)方面考慮，另一方面，雙方所追求地應(yīng)該是盡可能寬的適應(yīng)范圍，而不是某一個(gè)具體的產(chǎn)品。

(2)目前，對(duì)水泥與化學(xué)外加劑不適應(yīng)而影響混凝土坍落度損失的原因并不是十分清楚的，但也有了一些研究。

從水泥方面來看，有以下觀點(diǎn)：

①認(rèn)為混凝土坍落度損失與水泥對(duì)減水劑的吸附有關(guān)，不同水泥礦物對(duì)減水劑的吸附能力是不同的，研究表明水泥中主要礦物對(duì)減水劑吸附能力的順序是：C₃A＞C₄AF＞C₃S＞C₂S。如果吸附能力較強(qiáng)，加水拌和時(shí)，較多的減水劑的濃度顯著下降，導(dǎo)致對(duì)水泥起分散作用的減水劑量漸顯不足，因而，引起混凝土坍落度損失，在研究中也曾發(fā)現(xiàn)，使用摻有燒失量較大的粉煤灰時(shí)，混凝土的坍落度損失較大。

②認(rèn)為水泥中的堿和SO₃含量是影響化學(xué)外加劑適應(yīng)性的重要參數(shù)。根據(jù)試驗(yàn)研究表明：

1）高可溶性SO₃和高堿含量的水泥，這種水泥對(duì)外加劑的適應(yīng)性較好。

2）中等可溶性硫酸鹽和堿含量的水泥，這種水泥對(duì)外加劑的適應(yīng)性較差。

3）可溶性硫酸鹽少的低堿水泥，這種水泥對(duì)外加劑的適應(yīng)性很差。

也有人用熟料的硫化度來反應(yīng)熟料中SO₃與堿的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥的硫化度高時(shí)，混凝土坍落度的經(jīng)時(shí)性損失小，水泥的硫化度低時(shí)，混凝土坍落度的經(jīng)時(shí)性損失大。

（3）水泥的細(xì)度與級(jí)配也會(huì)影響與化學(xué)外加劑的適應(yīng)性。水泥越細(xì)時(shí)化學(xué)外加劑的吸附也就越大，從而使化學(xué)外加劑的作用效果減弱。同時(shí)，較細(xì)的水泥水化速度較快，因此，混凝土坍落度損失較大。

從化學(xué)外加劑方面來看，也提出一些觀點(diǎn)：

①大分子量的高效減水劑對(duì)C₃S水化的延遲作用較強(qiáng)，因此對(duì)C₃S含量較高的水泥有較好的適應(yīng)性。

②SO₃含量較高的減水劑適應(yīng)SO₃含量較低的水泥，SO₃含量較低的減水劑適應(yīng)SO₃含量較高的水泥。原因是SO₃含量對(duì)凝結(jié)時(shí)間有著較大的影響。隨著SO₃含量的增加，凝結(jié)時(shí)間延長。但當(dāng)SO₃含量超過一定值后，凝結(jié)時(shí)間則隨SO₃含量的最佳而縮短。也就是說，當(dāng)SO₃含量較少時(shí)，體系中的SO₃起緩凝作用；當(dāng)SO₃含量超過一定值后，體系中的SO₃則起促凝作用。當(dāng)水泥中的SO₃含量較少時(shí)，減水劑帶入的SO₃是對(duì)水泥中SO₃不足的一個(gè)補(bǔ)充，可以使水泥的水化反應(yīng)進(jìn)一步地延緩。因此，可以減小混凝土坍落度的損失。當(dāng)水泥中的SO₃含量較多時(shí)，減水劑帶入的SO₃使SO₃總量超過臨界值，從而由緩凝轉(zhuǎn)變?yōu)榇倌?。因此，使混凝土坍落度的損失最大。

③對(duì)于正常水泥來說，石膏的摻入量是合適的，不會(huì)出現(xiàn)SO₃不足的"欠硫化"現(xiàn)象。但對(duì)于摻入大量混合材的水泥，特別是摻入大量礦渣的水泥，由于礦渣中鋁酸鹽礦物較多，需要更多的石膏，因而可能出現(xiàn)"欠硫化"現(xiàn)象，而運(yùn)用中的化學(xué)外加劑不能給予補(bǔ)充，從而導(dǎo)致緩凝不足，造成混凝土坍落度損失較大。

5、環(huán)境條件對(duì)混凝土坍落度的影響

一般來講，環(huán)境溫度越高，水泥水化速度越快；濕度越小，混凝土對(duì)外失水相對(duì)較多；天氣干燥，水分蒸發(fā)；攪拌過程中氣泡的外溢等，均導(dǎo)致混凝土坍落度的損失。相同條件下，強(qiáng)度越高，水灰比越小的混凝土坍落度損失越大。

眾所周知，商品混凝土本身是一種半成品，混凝土質(zhì)量的優(yōu)劣，首先從混凝土坍落度表現(xiàn)出來。在通常情況下用坍落度評(píng)定商品混凝土的流動(dòng)性，因此，對(duì)影響混凝土坍落度損失的分析尤為重要。以上分析了影響混凝土坍落度損失的各種因素，但實(shí)際情況是復(fù)雜的，混凝土坍落度損失可能是某一種原因引起的，也可能是幾種原因綜合作用的結(jié)果。只有掌握了引起坍落度損失的原因，才能有的放矢地采取相應(yīng)的技術(shù)措施，取得好的效果。

在運(yùn)用與使用相應(yīng)的技術(shù)時(shí)，還需注意兩點(diǎn)：

（1）對(duì)癥下藥，引起混凝土坍落度損失的原因很多，必須結(jié)合具體情況，認(rèn)真地分析產(chǎn)生原因，采取相應(yīng)的措施。

（2）注意適度，控制減少混凝土坍落度損失的許多措施可能帶來一些負(fù)面的影響，因此，必須把握好度，這樣才能很好地控制硅坍落度的損失，降低負(fù)面影響。（來源：《商品混凝土》）