從宏觀的角度看，水在混凝土中的存在形式大致有三種：第一種是結(jié)晶水，又稱(chēng)化學(xué)結(jié)合水，參與水泥及膠凝材料的化學(xué)反應(yīng)，成為水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)組成的一部分；結(jié)晶水可隨外界溫度及濕度的變化而發(fā)生微小變化，從而引起混凝土某些物理性質(zhì)的變化。第二種是吸附水，不參與組成水化物的晶體結(jié)構(gòu)，是在吸附效應(yīng)或毛細(xì)現(xiàn)象的作用下被機(jī)械地吸附于固相粒子表面或混凝土孔隙中，所以又可分為凝膠水和毛細(xì)水兩種，主要起擴(kuò)散和溶解水泥顆粒作用。第三種是自由水，是指為了改善混凝土和易性的游離水，大量存在于混凝土的孔隙中，含量不穩(wěn)定，結(jié)合力弱，與一般的水性質(zhì)相同。結(jié)晶水是保證水泥顆粒水化的必要條件；吸附水是保證水泥顆粒充分?jǐn)U散，逐步完成水化反應(yīng)的必需條件；而自由水則為結(jié)晶水、吸附水充分發(fā)揮作用提供外部條件。

 

與水泥進(jìn)行水化反應(yīng)形成水化產(chǎn)物的混凝土用水全部屬于有效用水，它對(duì)混凝土的強(qiáng)度、耐久性等起到保證作用，這部分用水大約是水泥用量的23%～28%。而為了改善混凝土和易性的拌和用水，如果在用水量上控制不好，則對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性有副作用。

 

1水對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

 

影響混凝土強(qiáng)度的因素較多，單從混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)看，與水泥水化產(chǎn)物顆粒本身的強(qiáng)度、比表面積以及混凝土的密實(shí)性等因素有關(guān)，而水泥水化產(chǎn)物的多少則取決于水泥水化的完全程度和漿體孔隙的大小。因此，在水泥用量一定的情況下，水灰比和水化程度對(duì)混凝土強(qiáng)度的形成起著決定性的作用。

 

水泥漿體的拌和用水量通常超過(guò)水泥充分水化反應(yīng)所需的水量很多，以保證混凝土拌合物施工的和易性。為了確定水泥混凝土拌合物用水量對(duì)強(qiáng)度等性能的影響，進(jìn)行了混凝土配合比的試配試驗(yàn)，試配結(jié)果見(jiàn)表1。

 

由表1可以看出，混凝土坍落度隨著用水量的增加而增大，強(qiáng)度隨著用水量的增加而降低。用水率增加越多，則混凝土強(qiáng)度降低越多。混凝土中的水泥水化時(shí)需要的結(jié)合水為水泥用量的23%～28%，而為了滿(mǎn)足混凝土的施工性能，實(shí)際用水量為水泥用量的40%～100%，這些多余的游離水在水泥硬化時(shí)逐漸蒸發(fā)，從而在混凝土中留下許多微小的孔洞，水灰比越大，漿體內(nèi)產(chǎn)生的毛細(xì)孔隙越多，混凝土的密實(shí)度越差，強(qiáng)度越低。

 

因此，在滿(mǎn)足混凝土施工和易性的前提下，降低混凝土的用水量則成為提高混凝土強(qiáng)度和耐久性的關(guān)鍵。

 

2影響混凝土用水量的因素

 

影響混凝土用水量的主要因素包括：水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度、粉煤灰需水量、礦粉用水量、骨料吸水率和外加劑減水率等。

 

2.1水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

 

水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量是反映水泥漿體達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度時(shí)需水量的多少。一般情況下，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量與水泥品種、細(xì)度及原材料有關(guān)。

 

選用不同品種的水泥(比表面積大致相當(dāng))進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表2。

 

由表2可以看出，地域相近、比表面積相等的火山灰水泥用水量較大，采用相同熟料的粉煤灰水泥、礦渣水泥、普通水泥的用水量依次降低。

 

采用不同比表面積的同一種水泥進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥的比表面積在達(dá)到420m2/kg時(shí)，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量最低。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，隨著水泥比表面積的增加，水泥的抗壓強(qiáng)度也有明顯的變化，3d抗壓強(qiáng)度有所提高，28d抗壓強(qiáng)度則有所降低。

 

水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量對(duì)混凝土的用水量和強(qiáng)度有較大的影響。試驗(yàn)證明，當(dāng)其他條件不變時(shí)，混凝土的用水量隨著水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的增大而增大；水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量越大，水泥凈漿達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)稠度的用水量、水泥砂漿達(dá)到規(guī)定的流動(dòng)度的用水量以及混凝土達(dá)到一定坍落度要求的用水量也會(huì)越大；對(duì)于普通混凝土而言，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量每增加1%，混凝土要達(dá)到相同要求的坍落度，則用水量至少會(huì)增加3～5kg/m3。

 

因此，在配制混凝土?xí)r，宜選擇強(qiáng)度相同、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較低的水泥，這樣能有效地降低混凝土拌和用水量，降低水灰比，從而大大提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。同時(shí)也可以降低單位體積混凝土的水泥用量，降低混凝土施工成本。

 

2.2粉煤灰的需水量

 

粉煤灰可分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)三個(gè)等級(jí)，粉煤灰需水量比是指摻30%粉煤灰膠砂用水量與基準(zhǔn)水泥砂漿用水量之比，是影響粉煤灰活性的主要物理因素。粉煤灰的需水量比會(huì)直接影響粉煤灰替代水泥的比例，也直接影響到混凝土的拌和用水量，進(jìn)而影響混凝土的強(qiáng)度與耐久性。采用相同品質(zhì)而需水量不同的粉煤灰等量替代水泥(粉煤灰的摻量一般為膠凝材料的25%)拌制混凝土進(jìn)行試驗(yàn)比較，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

 

由表3可以看出，隨著粉煤灰需水量比的增加，混凝土拌合物要達(dá)到相同的坍落度，拌和用水量也會(huì)相應(yīng)增加，而混凝土強(qiáng)度卻隨之降低。

 

對(duì)水泥砂漿的流動(dòng)度試驗(yàn)表明，在混凝土中摻加粉煤灰不但不會(huì)增加混凝土的用水量，反而可能降低用水量。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，凡是含碳量較高(燒失量較大)的粉煤灰，會(huì)明顯增加用水量。

 

因此，在混凝土中摻加需水量比適宜的粉煤灰，不僅可以節(jié)約大量的水泥和細(xì)骨料，而且還可以減少拌和用水量，改善混凝土拌合物的和易性，增強(qiáng)混凝土的可泵性。同時(shí)也減少了混凝土的徐變，減少了水化熱，提高了混凝土的抗?jié)B力和耐久性。

 

2.3礦粉對(duì)混凝土用水量的影響

 

礦粉是經(jīng)過(guò)粉磨工藝制成的，其顆粒形狀比較接近卵石，因此，在流動(dòng)性相同的情況下，可減小標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。

 

礦粉一般是以等量代換形式摻入混凝土中替代部分水泥，由于礦粉要比水泥細(xì)，可以增強(qiáng)混合料的顆粒級(jí)配組合，提高水泥的密實(shí)度。試驗(yàn)表明，在混凝土中摻入一定數(shù)量的礦粉后，可減小混凝土拌合物坍落度損失，降低水化熱，增加混凝土拌合物的流動(dòng)性，提高可泵性，增強(qiáng)混凝土的耐久性。需要特別引起注意的是，當(dāng)?shù)V粉的比表面積＜400m2/kg時(shí)，對(duì)減少混凝土自收縮有利，隨著礦粉摻量的增加，混凝土自收縮減少。同時(shí)還需要注意的是，由于摻入礦粉會(huì)降低混凝土的早期強(qiáng)度，因此，在冬季施工時(shí)應(yīng)調(diào)整礦粉摻量，以減少不利影響。

 

礦粉對(duì)混凝土用水量的影響是由礦粉的需水量比與活性指數(shù)決定的。礦粉的需水量比對(duì)混凝土用水量的影響與粉煤灰相近。礦粉的活性指數(shù)同時(shí)受礦粉需水量比和礦粉中二氧化硅含量影響，但二氧化硅含量只影響混凝土的強(qiáng)度，與混凝土用水量無(wú)關(guān)。礦粉中二氧化硅含量越高，混凝土的強(qiáng)度越高。

 

2.4骨料吸水率對(duì)混凝土用水量的影響

 

在混凝土配合比試配研究中，骨料的吸水率對(duì)混凝土用水量的影響是不能忽視的，它對(duì)混凝土的拌和用水量有著很大的影響。

 

骨料的吸水率是指骨料處于飽和狀態(tài)下的含水率。試驗(yàn)證明，骨料表面粗糙度越大，其吸水率越高。一般來(lái)講，天然砂的表面較為圓滑，人工砂的表面多呈棱角狀態(tài)，因此人工砂較天然砂的吸水率大，人工軋制碎石較卵石的吸水率大，骨料表面毛細(xì)孔率大的石料較毛細(xì)孔率小的石料吸水率大，例如花崗巖的吸水率較青石的吸水率大。試驗(yàn)還證明，表面較粗糙的骨料在混凝土拌合物中流動(dòng)性差，要達(dá)到相同的流動(dòng)度，需水量較大。

 

不同吸水率的骨料配制的混凝土拌合物性能和混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比見(jiàn)表4。

 

由表4可以看出，混凝土采用吸水率較大的骨料時(shí)，雖抗壓強(qiáng)度較高，但混凝土的流動(dòng)性較差，和易性、可泵性也有所下降。

 

2.5外加劑減水率對(duì)混凝土用水量的影響

 

混凝土外加劑的減水率對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性起著至關(guān)重要的作用，隨著混凝土外加劑生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，拌制高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土已成為現(xiàn)實(shí)。例如聚羧酸外加劑的產(chǎn)生和使用，使得混凝土行業(yè)發(fā)生了一場(chǎng)革命，聚羧酸外加劑的減水率最高可達(dá)60%，使得C60混凝土已成為普通混凝土，C100混凝土在工程中也得到了使用?；炷镣饧觿p水率對(duì)混凝土拌和用水量的影響見(jiàn)表5。

 

由表5可以看出，隨著外加劑減水率的提高，混凝土用水量、水灰比大幅降低，在混凝土流動(dòng)性滿(mǎn)足規(guī)范要求的前提下，混凝土強(qiáng)度有了較大幅度的提高。

 

但混凝土外加劑的減水率也不是越高越好，隨著混凝土減水率的提高，其拌合物的性能也會(huì)發(fā)生巨大的變化，雖然坍落度可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但其黏度較大，這就給混凝土的現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工帶來(lái)了一定的難度。因此，在配制高強(qiáng)度混凝土?xí)r，解決混凝土拌合物的強(qiáng)度及黏度問(wèn)題都是核心和關(guān)鍵。

 

3結(jié)語(yǔ)

 

在確定混凝土拌合物用水量時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮以下內(nèi)容：

 

(1)宜選用強(qiáng)度高、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量低的水泥。

 

(2)宜選用需水量比低、活性指數(shù)高的摻合料。

 

(3)宜選用吸水率低即孔隙率低的骨料。

 

(4)選用減水率適宜的外加劑。需要注意的是，普通混凝土不能采用減水率過(guò)高的外加劑，否則混凝土可能產(chǎn)生質(zhì)量過(guò)?；蚝鸵仔圆畹痊F(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)加大施工成本。

 

混凝土的每個(gè)組成部分都會(huì)直接影響混凝土的用水量，影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性，從而影響混凝土的施工成本和施工性能。因此，要科學(xué)計(jì)算混凝土配合比，合理選擇原材料，精心調(diào)配試拌，提高混凝土強(qiáng)度對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，合理地選用原材料，可以降低混凝土用水量最高達(dá)15kg/m3。