混凝土坍落度关键影响因素及检测技术的研究分析.pdf

广东建材2023年第8期0 引言混凝土作为最大宗的土木建筑材料，因具有取材方便、价格低廉、容易成型、强度高等优点而被广泛运用于工程建设中。混凝土是由水泥、砂、石、水等原材料搅拌而成，砂、石是混凝土中主要组成材料，约占总体积的70%80%，在混凝土中发挥骨架作用，水泥作为胶凝材料，与水反应形成水泥浆，水泥浆一方面包裹砂子在其表面形成水泥浆层，从而形成砂浆，而砂浆包裹碎石在其表面形成砂浆层，由于水泥浆层、砂浆层的存在，改善了混凝土拌合物的工作性能，另一方面水泥浆填充砂、石之间微小空隙，提升密实度，待水泥浆硬化以后便形成了具有一定强度的混凝土构件1,2。坍落度作为预拌混凝土的一项常规检测项目，工程建设中使用的商品混凝土在搅拌站搅拌过程中以及运输至施工现场后均需要进行坍落度检测，只有达到规范要求才能投入使用。在检测坍落度过程中能够清晰地观察到混凝土拌合物是否存在泌水、泌浆、离析等情况，同时，坍落度检测结果能够反映混凝土的和易性、可泵性等性能，可作为表征混凝土质量的一项重要参数3。因此，关于坍落度关键控制因素的研究以及检测技术的研发对于混凝土行业的发展具有重要意义，鉴于此，本文将对坍落度的关键影响因素以及检测技术的发展现状展开叙述，并对坍落度检测技术的发展进行了展望。1 混凝土坍落度的关键影响因素分析1.1原材料的影响混凝土坍落度往往受到集料的颗粒级配、颗粒形状、原材料的比例等因素影响，合理的颗粒级配能够有效减少颗粒之间的空隙，提高混凝土拌合物的密实度，降低坍落度；相同条件下卵石混凝土的坍落度大于碎石混凝土，这是因为集料形状不规则、针片状含量较多时，混凝土的坍落度则愈小。此外，有学者利用统计分析软件研究了混凝土中原材料的组成比例对坍落度的影响，结果如表1所示，结果显示水对混凝土坍落度的影响最大，其次是砂、石，而水泥的影响最小2。1.2集料裹浆层厚度的影响单位用水量决定了混凝土拌合物中水泥浆的体积，水灰比决定了水泥浆的稀稠程度，而砂率的高低则决定了水泥浆的润滑作用，当砂率过小时，混凝土拌合物中的水泥浆与砂组成的水泥砂浆不足以包裹全部的粗集料，导致坍落度较小，当砂率过大时，由于集料比表面积增大，集料表面包裹的水泥浆层厚度较小，拌合物十分混凝土坍落度关键影响因素及检测技术的研究分析廖金梅（广东省建筑材料研究院有限公司）【摘要】混凝土坍落度是反映拌混凝土质量的一项关键指标，混凝土坍落度关键影响因素的研究以及检测技术的研发对准确评价预拌混凝土质量具有重要意义。本文归纳了混凝土坍落度的影响因素，阐述了坍落度检测技术的发展现状，对坍落度检测技术的发展进行了展望，以期为相关人员提供参考。【关键词】混凝土；坍落度；裹浆层厚度；影响因素；检测技术表1 混凝土原材料与坍落度相关性原材料水泥中砂石子水相关性值-0.043-0.560-0.3450.948结论弱相关性中度相关低度相关高度相关注：相关性值的绝对值小于0.3为弱相关，大于0.3小于0.5为低度相关，大于0.5小于0.8为中度相关，大于0.8为高度相关.质量控制与检测-43广东建材2023年第8期黏稠，导致坍落度较小。由此可见，单位用水量、原材料的比例以及集料的比表面积是坍落度的重要影响因素，因此，有学者综合考量单位用水量、集料的比表面积，量化出集料的裹浆层厚度，经过理论分析认为裹浆层厚度与坍落度之间具有相关性，采取一系列试验进行验证，结果显示集料的裹浆层厚度与混凝土坍落度之间存在数学函数关系且相关性良好，因此可将集料的裹浆层厚度作为坍落度的关键影响因素4-6。2 混凝土坍落度的检测技术2.1人工检测人工检测混凝土坍落度是目前高等院校、科研院所、检测机构等单位内相关检测人员必须掌握的一项技术，主要依据 GB/T 50080-2016 普通混凝土拌合物性能试验方法标准 中规定的方法进行检测。主要步骤包括：放置坍落度筒；向筒内装料、插捣；刮平筒口、抹平；提筒、测量、读数。但在检测过程中需要注意以下事项：坍落度筒应放置在水平底板中并固定，因此检测人员通常脚踩坍落度筒两端的脚踏板使其固定；在装料时应分三层装入，每层装完需用捣棒由外到内按螺旋式均匀插捣25次，且捣棒应插至上一层的表面；提筒时应竖直向上、平稳地提起，然后将其放置在试样旁边测量拌合物下降高度；整个操作过程应在150s内完成。人工检测坍落度示意图如图1所示。采用人工检测的方式比较简单、快速、易于操作，但是检测过程比较费力，往往需要两人相互配合进行检测，并且容易由于检测人员的操作不规范以及在读数过程中存在人为主观因素影响，导致测量误差。2.2自动检测设备随着机械制造、自动化技术的高速发展，有大量科研人员、工程人员研制出各种式样的混凝土坍落度自动检测设备，在一定程度上替代了检测人员的工作。焦平文等7设计了一种混凝土坍落度测试车，如图2所示，该测试车对场地要求不高，通过调整测试平台的水平度，进而提高测量精度，适用于在施工现场测量，但是需要人工进行装料、刮平及提筒，在一定程度上减少了检测人员的工作量。方哲形等3设计了一种新型混凝土坍落度自动检测装置，如图3所示，该装置能够避免因提筒后筒内残留拌合物的滴落而影响检测结果，并且该装置具有自动清洗功能，缓解了检测人员的工作量，提升了工作效率，但该装置也需人工进行装料。李长春等8研发了全自动六工位混凝土坍落度测量仪，如图 4所示，该测量仪包括下料工位、插捣工位、刮平工位、提筒工位、测量工位和卸料工位，实现混凝土坍落度的全自动检测，无需检测人员进行操作，通过多次自动下料、传感器称重、多次捣插、提筒、激光传感器测量以及自动卸料等技术，实现了实时测量商品混凝土坍落度的目的，该测量仪具有检测过程时间短、检测结果精度高、操作简单等优点，适用于混凝土搅拌站、建筑施工单位、混凝土企业、科研院所等单位。图1 人工检测坍落度示意图图2 混凝土坍落度测试车7图4 全自动六工位混凝土坍落度测量仪8图3 混凝土坍落度自动检测装置3质量控制与检测-44广东建材2023年第8期2.3其他检测技术混凝土是利用搅拌机对原材料进行搅拌而成，不同标号下混凝土坍落度发生变化时，搅拌机的主机电流亦会随之发生改变，根据此规律，周求文等9设计开发出一种混凝土坍落度检测控制系统，通过在搅拌机中安装霍尔传感器，测量不同坍落度下主机的稳定电流值，建立电流值与坍落度值之间的数据库，以此通过监测控制系统中电机的电流值对混凝土的坍落度进行预测。表2以C20混凝土为例，揭示了不同坍落度与电机电流值的对应关系9。郑少鹏等10研究发现屈服应力是混凝土坍落度的主要影响因素，而塑性黏度是次要因素，据此提出测量混凝土的实时屈服应力和塑性黏度可预测混凝土的坍落度，但由于测量实时屈服应力和塑性黏度较为困难，因此采取了测量混凝土拌合物的实时扭矩来预测混凝土坍落度的方法。为此，设计了一款试验用双卧轴搅拌机，该搅拌机装有变频器和扭矩功率测试仪，能够实时测量混凝土拌合物的扭矩，分析混凝土坍落度与扭矩之间的关系，得出坍落度与扭矩之间的经验关系表，如表3所示，为混凝土坍落度的实时监测提供了新思路，然而由于混凝土坍落度的影响因素太多，表3的适用范围仍需进一步研究与验证10。除了采取检测电流、扭矩的方法之外，有混凝土搅拌站采用湿度检测控制系统来监测搅拌机内混凝土的坍落度，该系统需要在搅拌机内安装湿度微波传感器Hydro-Mix，利用传感器检测搅拌机内拌合物的实时湿度，根据湿度与坍落度之间的对应关系，获取实时坍落度值。表4展示了搅拌机内湿度值与实测坍落度的对应值，可据此关系表在混凝土搅拌过程中添加适量的水，使混凝土拌合物达到目标坍落度11。3 混凝土坍落度检测技术的展望人工检测混凝土坍落度是通过测量混凝土拌合物下降的高度直接获取坍落度值，在检测过程中由于操作不规范、读数时容易因为人为因素影响产生测量误差，降低检测结果的准确性，因此，需要检测人员规范操作、勤加练习、细心检测。自动检测设备能够全部或部分代替检测人员的工序号12345678910111213141516坍落度/mm32302826252422212019181714131211电流值/A24.029.533.439.541.545.449.051.553.656.565.560.569.071.573.276.5表2 C20混凝土坍落度与电机电流之间的关系序号1234567坍落度/mm0020206060100100150150220220扭矩/N m4040303025252020101055表3 混凝土坍落度与扭矩之间的关系采集数量44232033142135152423坍落度区间/mm45554555455545554050405040504555405080100均值50.1149.4350.5049.7918.2148.1047.1449.6447.9194.13湿度值区间/%17.718.717.718.717.918.912.813.512.613.812.913.613.013.613.113.612.212.817.718.7均值18.218.318.418.313.013.213.213.213.312.6表4 混凝土坍落度与湿度值的关系质量控制与检测-45广东建材2023年第8期作，且同样是直接测量混凝土拌合物下降的高度，因此，提升测量读数的精确度应作为自动检测设备的重点研发方向。随着计算机图像处理技术、视觉处理技术等技术的发展，利用此类技术来提升测量读数的精确度具有可行性。通过监测其他指标（电流、扭矩、湿度等）来检测混凝土坍落度，此类检测技术不是直接测量混凝土拌合物下降的高度，因此获取的坍落度值是预测值而非准确测量值，因此在准确性方面具有一定地缺陷，但是此类检测技术能够快速获取混凝土实时坍落度，可达到实时在线监测的目的。所以，完善相关监测的指标值与混凝土坍落度之间的关系表，提升关系表的科学性、准确性，减少在准确性方面的缺陷是此类检测技术发展的重中之重。4 结论混凝土坍落度是评估预拌混凝土质量的一项重要指标，探索坍落度的影响因素对于制备高质量混凝土具有重要意义，原材料中对坍落度的影响排序依次是水、砂、石和水泥，而集料的裹浆层厚度可作为混凝土坍落度则有关键影响因素。坍落度检测技术主要有人工检测、自动检测以及通过监测其他指标间接来反应混凝土坍落度值，人工检测方法比较简单、快速，但比较费力，且需要检测人员相互配合工作；自动检测设备则减少了部分或全部的人工操作步骤，在一定程度上提高了检测效率、测量精度且缓解了检测人员的工作量；而通过监测其他指标来预测混凝土的坍落度，此方法效率最高、操作最简便，但需要提前建立相应的关系表。【参考文献】1 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