流态混凝土
出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第168页（11146字）
所谓流态混凝土，即在预拌的坍落度为8～12cm的基体混凝土中，在浇筑之前掺入适量的流化剂，经过1～5min的搅拌，使混凝土的坍落度立刻增大至20～22cm，能像水一样地流动，这种混凝土称为“流态混凝土”。在美、英、加拿大等国称为超塑性混凝土或流动混凝土，在德国和日本称为流动混凝土。
流态混凝土的发展与混凝土泵送施工工艺的发展密切相关，泵送施工要求混凝土拌合物具有较大的流动性，且不产生离析，流态混凝土恰好可以满足以上要求，因而代替了过去采用的坍落度为20cm左右的大流动性混凝土。因为大流动性混凝土的收缩性大，易出现干缩裂缝，抗渗性和耐久性差，钢筋也易于锈蚀。
流态混凝土，一方面具有水泥用量较多、坍落度较大的大流动性混凝土的施工性能，便于泵送运输和浇筑；另一方面又可以得到近似于坍落度5～10cm的塑性混凝土的性能。既能满足施工要求，又改善了混凝土的质量，因而受到广泛的重视，许多国家致力于研究和开发，应用规模逐渐扩大。
(一)普通流态混凝土的原材料
普通流态混凝土所用的原材料，除外加剂有明显区别外，其他材料与普通混凝土的原材料基本相同。为正确使用原材料，现将流态混凝土所用的各种材料的具体技术要求，分别说明如下。
1．水泥
配制流态混凝土所用的水泥，与普通水泥混凝土所用的水泥相同，并无特殊要求。通过对不同品种的水泥掺加流化剂后进行流态化试验的结果表明，除超早强水泥以外，其他各种水泥的流态化效果、流化后的坍落度、含气量等的经时变化基本相同。不同品种的水泥加入流化剂后，其坍落度显着增大，但超早强水泥流态化效果较差。
在建筑工程中配制流态混凝土，使用最多的水泥品种是普通硅酸盐水泥。在大体积混凝土中使用流态混凝土时，为了控制混凝土的绝对温升，防止混凝土产生温度裂缝，必须降低单位体积混凝土中水泥的用量，或掺入适量的活性混合材料或采用中热水泥等。
超早强硅酸盐水泥、耐硫酸盐硅酸盐水泥等，在流态混凝土中很少应用，如果根据工程的特殊需要，必须使用这些水泥配制流态混凝土时，必须对流态混凝土的基本性质、施工性能等进行充分的试验研究，在确实可靠的基础上才能用于工程。
总的说来，流态混凝土所能采用的水泥品种很广泛，我国生产的普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、高炉矿渣水泥、硅质水泥、早强水泥、中热水泥等，均可配制流态混凝土。
2．骨料
流态混凝土所用的粗、细骨料，除要符合《钢筋混凝土工程及验收规范》的规定外，还要符合表5－88和表5－89所列的品质要求。不符合上述规定的骨料，通过试验证明能获得性能要求的流态混凝土时，也可以采用。所采用的轻骨料质量应当符合“轻骨料混凝土的技术标准”。
表5－88 流态混凝土用粗、细骨料的质量要求
注：用碎石时，冲洗试验质量损失的碎石粉量要在1．5%以下。
表5－89 流态混凝土用粗、细骨料的标准粒度
在流态混凝土中，水泥浆的黏性比基准混凝土低，与具有相同坍落度的大流动性混凝土相比，骨料的用量稍多些。考虑混凝土的工作度、离析等方面的因素，必须注意选择适宜的骨料最大粒径、粒型和级配等。
基体混凝土是塑性混凝土，即使骨料的粒径、级配和粒形稍有不好，但对混凝土的工作度、分层离析等不会有太大的影响。然而经过流化以后，骨料特性对流态混凝土的影响却非常明显。例如，粗骨料的级配不良，在级配曲线的中间部分颗粒和细颗粒太少时，流化后的混凝土会出现黏性不足、泌水离析等现象。在这种情况下，在混凝土中掺入一定量的粉煤灰，使混凝土中0．30mm以下的颗粒(包括水泥)含量达400～450kg／m3，流态混凝土拌合物的性能将得到很好的改善。
采用碎石和破碎高炉矿渣时，要适当除去粒径大于40mm的部分，因为使用粒径过大的骨料配制混凝土，容易产生离析。如果必须采用粒径大于40mm的碎石骨料时，骨料的粒度和微粉部分的含量、混凝土配合比、流态化的程度等必须有可靠的资料，而且要通过试验慎重地进行分析研究。
采用人造轻骨料配制流态混凝土，在实际工程中也有些应用。一般地讲，人造轻骨料混凝土的坍落度在18cm以下时，采用泵送施工是非常困难的，但配制成流态混凝土则比较容易输送。
由于天然轻骨料和副产品轻骨料性能不易掌握，配制出的混凝土质量不易保证，所以不仅在非流态混凝土中很少采用，而且流态混凝土中也不宜采用。
流态混凝土中所用的破碎高炉矿渣，除了符合规范要求外，还必须符合表5－90中所规定的质量标准。
表5－90 破碎矿渣的质量要求
注：高炉矿渣碎石混凝土的设计强度为22．5MPa以上时采用B类骨料。
3．混合材料
配制流态混凝土常用的混合材料，包括化学外加剂、粉煤灰和膨胀材料等。
(1)化学外加剂
在基体混凝土中所用的化学外加剂，一般为普通减水剂和其他性能的外加剂，我国常用的是AE剂或AE减水剂。而在流态混凝土中，作为流化剂使用的减水剂，多为NL(多环芳基聚合磺酸盐类)、NN(高缩合三聚氰氨盐类)和MT(萘磺酸盐缩合物)为主要成分的表面活性剂，也称之为超塑化剂。试验证明，现在日本市场上销售的所谓高效能减水剂的固体成分的减水剂，不管哪一种大体上是基本相同的。
我国生产的FDN高效能减水剂，是一种分散力强、起泡很少、减水效果显着的新型高效能减水剂，掺量为水泥用量的0．2%～1．0%，最适用于配制流态混凝土。另外，NNO减水剂、UNF高效减水剂等，均可用于配制流态混凝土。但是，无论采用何种流化剂，都必须符合《混凝土减水剂质量标准和试验方法》中的规定。
流态混凝土所用的流化剂有标准型、缓凝剂和促凝剂三种。在常温天气下，一般可采用标准型流化剂；混凝土有快凝要求时，可采用促凝型流化剂。在夏天浇筑混凝土要使混凝土缓凝时，可用缓凝型的减水剂加入基体混凝土中，也有时加入标准型流化剂。
(2)粉煤灰
在流态混凝土中掺加一定量的粉煤灰，不仅能改善混凝土的工作度，而且降低混凝土的水化热。特别是混凝土中水泥用量较少、骨料微粒不足的情况下，掺加粉煤灰是较好的技术措施。掺入粉煤灰配制流态混凝土，流化剂的用量将稍有增加。
为保证流态混凝土的质量，充分发挥粉煤灰的作用，掺入的粉煤灰应符合《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》的品质要求，并最好采用Ⅰ级和Ⅱ级粉煤灰。
(3)膨胀材料
为了防止由于混凝土收缩而产生裂纹，可在配制流态混凝土时掺加一定量的膨胀材料。采用掺加膨胀材料的流态混凝土，其流态化的效果基本上不受影响。常用的膨胀材料如建筑石膏，其表观密度较小、导热性较低、吸声性较强、可加工性良好、凝固后略有膨胀(膨胀量约1%)，是防止混凝土产生收缩裂缝的良好膨胀材料。若把膨胀材料作为水泥的组分考虑，和通常情况一样，决定其流化剂的加入量即可。
日本在工程中所使用的混凝土，多数为大流动性混凝土，很容易产生干缩裂纹，因此，往往在混凝土中加入膨胀材料；另一方面，也可以采用流态混凝土，降低单位用水量，以达到同样效果。如果掺加膨胀材料和流态混凝土两者同时采用，可以更有效地防止裂纹的产生。
对于掺入其他的混合材料，在流态混凝土中实践应用很少，用前必须进行试验，切不可冒然加入。
4．拌合水
配制流态混凝土所用的拌合水，与普通混凝土相同，一般地说人饮用的自来水即可。
(二)流态混凝土的配合比设计
普通流态混凝土是在基体混凝土中掺加适量的流化剂，再进行二次搅拌而形成的坍落度增大，能像水一样流动的一种混凝土。基体混凝土是配制流态混凝土的基础，因此，流态混凝土的配合比设计，首先是基体混凝土的配合比设计。此外，要正确选择基体混凝土的外加剂和普通流态混凝土的流化剂；基体混凝土与普通流态混凝土坍落度之间要有合理的匹配。
普通流态混凝土配合比设计的原则一般是：(1)具有良好的工作度，在此工作度下，不产生离析，能密实浇筑成型；(2)满足设计所要求的强度和耐久性；(3)符合特殊性能(如可泵性等)要求，节约原材料，降低成本。根据以上三条原则确定基体混凝土的配合比和流化剂的添加量。
1．配合比设计的程序
普通流态混凝土的配合比可以由基体混凝土的配合比和流化剂的添加量表示。在实际施工中，普通流态混凝土一般采用泵送施工，因此在配合比设计时，必须考虑泵送混凝土施工的技术参数，以保证良好的可泵性。流态混凝土硬化后的物理力学性能与基体混凝土相近。因此，流态混凝土的配合比设计，在基体混凝土配合比设计时，要考虑流化后混凝土的可泵性。基体混凝土与流态混凝土坍落度之间要有合理的匹配。
普通流态混凝土配合比在设计上的要求，主要应考虑：混凝土种类，设计标准强度，耐久性，气干容重，骨料的最大粒径，含气量，水灰比范围，最小水泥用量，坍落度，混凝土温度，发热量等。
普通流态混凝土配合比在施工上的要求，主要应考虑：混凝土浇筑时间，工程级别，输送管管径，配管的水平换算距离，混凝土的运输距离等。
此外，还必须对使用材料的种类及性能加以鉴定，即：(1)水泥的种类、强度；(2)粗细骨料的种类、细度模数、颗粒容重、吸水率、含泥量、针片状颗粒含量、级配等；(3)外加剂的种类、性能、掺合比例、减水率等；(4)掺合料的密度、掺合比例，用水量校正比例。
2．试配强度的确定
根据日本建筑学会的规定，流态混凝土的试配强度，依据设计标准强度、施工级别、浇筑时间等，可由下式求得：
(1)对于“高级混凝土”
F≥FC+T+1．64σ(MPa) (5－56)
F≥0．8(FC+T)+3σ(MPa) (5－57)
(2)对于“常用混凝土”
F≥FC+T+1．64σ(MPa) (5－58)
F≥0．7(FC+T)+3σ(MPa) (5－59)
式中 F——混凝土的试配强度(MPa)；
FC——混凝土设计标准强度(MPa)；
T——混凝土强度的气温修正值(MPa)，见表5－91；
σ——混凝土的标准差，见表5－92。
表5－91 混凝土强度的气温修正值T
表5－92 混凝土的标准差σ
3．水灰比的计算
流态混凝土的水灰比与基体混凝土的水灰比相同，根据试配强度和耐久性要求确定。为了获得与试配强度对应的水灰比，可先按下式计算初步水灰比：
式中 F——混凝土的试配强度(MPa)；
K——水泥通过检验得出的水泥强度(MPa)。
利用求出的初步水灰比为基础，用实际工程使用的材料，根据要求的坍落度和含气量，进行3～4个水灰比的配比试验，从中找出强度和水灰比的关系，然后据此来确定满足试配强度的水灰比。
除了从强度上考虑水灰比之外，流态混凝土还必须满足结构物的耐久性要求。因此，流态混凝土的最大水灰比必须满足表5－93的水灰比范围。如果根据强度要求的水灰比超出表中的范围时，则应采用表中根据耐久性提出的水灰比。
式(5－60)适用于硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。水泥强度K值应通过检验水泥强度等级求出，其最大值应控制在表5－94中数值内。轻骨料混凝土的水灰比，用由式(5－60)求出的水灰比值乘以根据粗细骨料的种类确定的修正系数β求得，β值见表5－95。
表5－93 流态混凝土的最大水灰比
注：括号中的数字适用于混合水泥(B种)、所谓混合水泥系指以矿渣、硅质材料以及粉煤灰作掺合料的水泥。此外，直接与水接触的轻骨料混凝土，水灰比的最大值为0．55。
表5－94 水泥强度K的最大值
表5－95 轻骨料混凝土水灰比修正系数β
4．坍落度的选择
流态混凝土的性能，受基体混凝土的坍落度和流化后坍落度增大的影响。基体混凝土的坍落度较小，即单位用水量较少，能有效地改善混凝土的各种性质。但流化后坍落度增加过大，其效果反而相反。因此，基体混凝土的坍落度与流态混凝土的坍落度之间，要有合理的匹配。两者间的组合，要考虑混凝土的种类、使用材料、运输、浇筑等施工条件，可参考表5－96选择。
表5－96 流态混凝土坍落度的标准组合
表5－96中所指的基体混凝土的坍落度，是指流化开始前的坍落度，所指的流态混凝土的坍落度，是指浇筑时的坍落度，而不是刚流化后的坍落度。它与基体混凝土搅拌好时的坍落度以及刚流化后流态混凝土的坍落度是有差别的。其变化程度与流化剂添加时间、流化方法、混凝土的运输方法、运输时间、混凝土的种类、坍落度增大值、流化剂的种类、施工温度等因素有关。在配制流态混凝土时，应事先确定以上影响因素，找出其坍落度变化值，以便确定对坍落度要求时充分考虑这些因素。
在配制轻骨料流态混凝土时，为了确保混凝土的泵送性能，坍落度的增大值总的要比普通流态混凝土要低些。基体混凝土坍落度12cm或者15cm，流化后的坍落度可达18cm，但这种坍落度组合的轻骨料混凝土，泵送是非常困难的，必须引起重视。
5．含气量的选择
为了提高混凝土的抗冻性，混凝土中一般要有一定的含气量。一般情况下，普通混凝土的含气量为4%，轻骨料混凝土的含气量为5%。但是，在流态混凝土中，由于流化剂属于非引气性外加剂，添加流化剂后加上水泥分散、坍落度增大及再搅拌等原因，使含气量会有所降低。
工程试验证明，流态混凝土的含气量要比基体混凝土的含气量减小0．3%左右，而泵送后的流态混凝土含气量也减小0．3%左右。因此，在流态混凝土配合比设计中，要考虑含气量减小的因素，必要时要加入适量的AE剂，以适当提高其含气量。
6．单位用水量
在保证混凝土性能的前提下，应尽量降低用水量。使用流态混凝土的目的是降低混凝土干燥收缩，减少泌水，提高密实性，改善大流动性泵送混凝土的性能。如果基体混凝土的单位用水量太大，流态混凝土则会产生明显的离析现象，这方面要充分注意。
流态混凝土的单位用水量，根据基本混凝土的坍落度大小而定。但是，即使基体混凝土坍落度相同，也视为与流态混凝土坍落度的组合，但与基体混凝土坍落度的增大值而有所不同。对于普通硅酸盐水泥、采用AE减水剂、砂的细度模数为2．8、粗骨料最大粒径碎石为20mm和卵石为25mm的情况下，其单位用水量可参考表5－97选取。
表5－97 单位用水量
(kg／m3)
表5－97中的单位用水量，是在试验和施工基础上确定的。对于表中的标准值，若使用AE剂的基体混凝土的坍落度所对应的单位用水量、砂率增加1%，用水量增加1．5kg／m3。
由于地区不同，所选用的骨料质量有一定差异。在实际工程中，混凝土的单位用水量要根据具体材料，以表5－97中的数值为基本依据，通过试配后确定。
7．单位水泥用量
根据以上计算的水灰比和确定的单位用水量，就可以计算出单位水泥用量。但是，流态混凝土中单位用水量太低时，工作度容易变坏，泌水量增大，浇筑时易造成堵管，混凝土表面易出现蜂窝麻面。由此可见，流态混凝土中的水泥用量，除了满足强度及耐久性的要求外，还要考虑满足工作性的要求。由此，求出的单位水泥用量不得小于表5－98中的最小水泥用量。
表5－98 最小水泥用量
(kg／m3)
注：地下及水下的轻骨料混凝土最小水泥用量为340kg／m3。
配制基体混凝土是配制流态混凝土的基础，对于基体混凝土的配合比，必须注意以下几个方面：
(1)若配制坍落度为7．5cm的基体混凝土，其砂率最好比普通混凝土增加4%～5%左右。
(2)混凝土中微粉的多少，对配制流态混凝土起着很大作用。因此，粗骨料最大粒径为40mm时，在水泥和细骨料中，通过0．3mm筛的微粉量不少于400kg／m3；最大粒径为20mm时，通过0．3mm筛的微粉量不少于450kg／m3。
(3)单位水泥用量在270kg／m3以上时，全部骨料中细骨料对1．2mm筛的通过率为24%～35%；当单位水泥用量在270kg／m3以下时，全部骨料中细骨料对1．2mm筛的通过率必须为35%以上。
(4)砂中的微粉不够时，可以用火山灰、石粉来代替。
8．单位粗骨料用量
确定混凝土中粗细骨料的比例，可以用砂率的方法。日本建筑学会的标准中，采用单位粗骨料表观容积的标准值作为基准来决定。对于采用普通硅酸盐水泥、掺加AE减水剂、砂的细度模数为2．8、最大骨料粒径碎石20mm和卵石25mm(人造轻骨料为15mm)的混凝土，其单位粗骨料用量可参考表5－99。
表5－99 单位粗骨料松散容积
(m3／m3)
流态混凝土单位粗骨料表观体积的标准值，通过计算就可以确定粗骨料的用量。但是，与普通的大流动性混凝土相比，即使砂率相同，由于单位用水量、单位水泥用量较低，流态混凝土的单位粗骨料的表观体积的标准值要比表5－99中所列的稍多(一般多0．2m3／m3左右)。
从表5－99中查出的粗骨料用量数据为松散容积，再乘以骨料的密实度，即求得单位粗骨料绝对体积，然后再乘以粗骨料的容重，即求出单位粗骨料用量(kg／m3)。
9．单位细骨料用量
根据以上确定的单位用水量、单位水泥用量、单位粗骨料用量及事先假定的含气量，可按下式求出单位细骨料用量：
VS=1000－(VW+VC+VG+Va) (5－61)
WS=VS·Ps (5－62)；
式中 VS——细骨料的绝对体积(L／m3)
VW——水的绝对体积(L／m3)；
VC——水泥的绝对体积(L／m3)；
VG——粗骨料的绝对体积(L／m3)；
Va——含气量(L／m3)；
WS——单位细骨料用量(kg)；
Ps——细骨料的表观密度(kg／m3)。
10．流化剂的选择
AE剂、AE减水剂原来统称为表面活性剂，日本现称为混凝土化学外加剂。基体混凝土的外加剂，一般采用以上两种。AE减水剂又分为标准型、缓凝型和促凝型三种；流化剂分为标准型和缓凝型两类，其中缓凝型兼有流化和缓凝两种效果，宜于高温季节使用，以延缓混凝土的凝结。在具体使用中，基体混凝土外加剂与流态混凝土流化剂的搭配使用，可参考表5－100。
表5－100 外加剂与流化剂的组合
流化剂的添加量，基本上是根据目标坍落度的增大值来决定。其流化效果受流化剂的添加时间、添加后的搅拌方法、混凝土的温度等因素的影响；此外，水泥种类、流化剂的牌号、骨料种类及性能也有一定影响。因此，流化剂的添加量，应使用工程中实际选用的材料，通过试验来确定。
11．试拌及配合比调整
设计出混凝土配合比后，使用实际材料进行试拌，检验是否能达到设计规定的性能。对流态混凝土主要应检验下列项目：①工作度；②坍落度；③含气量；④单位容重；⑤抗压强度。其中，可以通过坍落度试验来判断其工作度和可泵性。而在坍落度试验中，重要的是观察好坍落时的形状、坍落方式、骨料和水的离析状态等，分析坍落度与流化剂添加量的关系。搅拌好开始产生流化的混凝土及刚流态化的混凝土，其坍落度与设计坍落度之差应控制在±1．0cm左右。另外，还要测定其流动度，使流动度和坍落度的比值在1．7～1．8之间，使流态混凝土具有良好的和易性。
除了坍落度以外，还要测定混凝土的流动度，并根据两者比值，确定流态混凝土的和易性，如表5－101所示。
表5－101 根据流动度和坍落度比值确定和易性
注：*日本建筑学会关于流态混凝土的指南中认为是1．8～1．9。
关于含气量，由于基体混凝土中外加剂的用量是根据资料确定的，其试验测定值与设计目标值相差在0．5%左右即可。用含气量测定容器，可以同时测出混凝土的重量，除以容器的容积则可得出单位体积重量，根据实际表观密度，计算出1m3混凝土中各种材料用量，即为调整后的混凝土配合比。
流态混凝土的坍落度符合设计要求后，用含气量测定混凝土的表观密度，可以同时测出混凝土的质量，用此质量除以容器的容积(一般为7L)，则可以求得单位体积的质量，根据实测的表观密度，计算出每立方米混凝土的材料量，即为调整后的混凝土配合比。
对于流态混凝土一般要检验其7d、28d的抗压强度。在一般情况下，泵送混凝土的强度值高于规定的流态混凝土的强度值。
12．流态混凝土配合比设计参考值
混凝土配合比设计是保证实现设计目标的关键环节，必须认真对待，切不可马虎从事。当流态混凝土的水灰比为0．60、坍落度为12cm的基体混凝土流化成坍落度为18cm的流态混凝土时，可按照流态混凝土配合比设计步骤进行计算，也可以参考表5－102中的数值选取。但是，无论是采用计算法，还是采用查表法，当将流态混凝土真正用于工程时，均必须通过试验达到设计要求的配合比指标。
表5－102 流态混凝土配合比参考数值
