3.1　和易性

3.1.1　和易性的概念

和易性（workability）又称工作性，是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇筑、振捣）并获得质量均匀、成型密实的混凝土的性能。和易性是混凝土在凝结硬化前必须具备的性能，它是一项综合的技术指标，主要包括流动性、黏聚性和保水性等三方面的含义。

流动性是指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下，克服内部阻力及混凝土与模板、钢筋之间的阻力，产生流动并均匀密实地填满模板的能力。流动性的大小直接影响浇筑、振捣施工的难易和硬化后混凝土的质量，若新拌混凝土太干稠，则难以成型与捣实，且容易造成内部或表面孔洞等缺陷；若新拌混凝土过稀，经振捣后容易出现水泥浆上浮而石子等大颗粒骨料下沉的分层离析现象，影响混凝土质量的均匀性以及成型的密实性。

黏聚性是指混凝土拌合物具有一定的黏聚力，在施工、运输及浇筑过程中，不致出现分层离析，使混凝土保持整体均匀性的能力。黏聚性差的新拌混凝土，容易导致石子与砂浆分离，振捣后容易出现蜂窝、孔洞等现象。黏聚性过大，又容易导致混凝土流动性变差，泵送、振捣与成型困难。

离析是在运输浇筑过程中，水泥浆上浮，骨料下沉的现象。离析导致混凝土不均匀，产生蜂窝和麻面，离析有两种形式：

①骨料有从拌合物中分离出来的倾向，多发生于浆体用量少的混凝土中。

②水泥浆有从拌合物中分离出来的倾向，多发生于水胶比较大的混凝土中。

离析的危害是使混凝土拌合物泵送时容易堵泵，降低混凝土匀质性，甚至出现蜂窝和麻面，严重影响硬化混凝土性能。

保水性是指混凝土拌合物具有一定的保水能力，在施工中不致产生严重的泌水现象。保水性差的混凝土中一部分水容易从内部析出至表面，在水渗流之处留下许多毛细管孔道，成为以后混凝土内部的渗水通道。

泌水发生在拌合物中，拌合物在浇筑与捣实之后、凝结之前（不再发生沉降）表面出现一层可以观察到的水分，大约为混凝土浇筑高度的2%或更大，这些水或蒸发或由于继续水化被回吸，同时伴随发生混凝土体积减小。这个现象本身没有太大影响，但是随之出现两个问题：首先，顶部或靠近顶部的混凝土因水分大，形成疏松的水化产物结构，常称为浮浆，这对路面的耐磨性，对分层连续浇筑的桩、柱等产生不利影响；其次，上升的水存积在骨料和水平钢筋的下方形成水囊，加剧了水泥浆体与骨料间过渡区的薄弱程度，降低了硬化混凝土的强度以及混凝土与钢筋的握裹力；同时，泌水过程在混凝土中形成的泌水通道使硬化后的混凝土抗渗性、抗冻性等性能下降。

引起泌水的主要原因是骨料的级配不良，缺少300μm以下的颗粒，增加砂子用量可以改善泌水情况，当砂太粗或无法增大砂率时，可以考虑使用引气剂来改善；增大硅灰、粉煤灰用量也可以解决泌水现象。用二次振捣也是减小泌水影响、避免塑性沉降裂缝和塑性收缩裂缝的有效措施。减水剂掺量过多时，也容易引发泌水现象。

混凝土拌合物的流动性、黏聚性和保水性三者之间既互相联系，又互相矛盾。如黏聚性好则保水性一般也较好，但流动性可能较差；当增大流动性时，如果原材料或配合比不当，黏聚性和保水性容易变差。因此，拌合物的和易性是三个方面性能的总和，直接影响混凝土施工的难易程度，同时对硬化后的混凝土的强度、耐久性、外观完好性及内部结构都具有重要影响，是混凝土的重要性能之一。

对于泵送混凝土，通常用可泵性来表征它的和易性，可泵性是指在泵送压力下，混凝土拌合物在管道中的通过能力。可泵性好的混凝土应具有输送过程中与管道之间的流动阻力尽可能小，并且具有适当的黏聚性，保证在泵送过程中不泌水、不离析。一般情况下，可泵性可以用坍落度和压力泌水总量两个指标来表征。

3.1.2　和易性测定方法及指标

从和易性的定义可以看出，和易性是一项综合技术指标，很难用一种指标全面反映混凝土拌合物的和易性。通常是以测定拌合物流动性为主，而黏聚性和保水性主要通过观察的方法进行评定。

根据拌合物的流动性不同，国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2016）中规定，混凝土流动性的测定可采用坍落度与扩展度法或维勃稠度法。

坍落度试验方法适用于骨料最大粒径不大于40mm，坍落度值不小于10mm的混凝土拌合物测定；扩展度试验方法适用于骨料粒径不大于40mm，坍落度不小于160mm混凝土扩展度测定。维勃稠度试验方法适用于最大粒径不大于40mm，维勃稠度在5～30s的混凝土拌合物稠度测定，维勃稠度大于30s的特干硬性混凝土拌合物的稠度可采用增实因数法来测定，见国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2016）附录A。

3.1.2.1　坍落度

坍落度试验方法是由美国查普曼首先提出的，目前已为世界各国广泛采用。标准坍落度筒的构造和尺寸如图3-1所示，该筒由钢皮制成，高度H=300mm，上口直径d=100mm，下底直径D=200mm。试验时应润湿坍落度筒及底板，在坍落度筒内壁和底板上应无明水。底板应放置在坚实水平面上，并把筒放在底板中心，然后用脚踩住两边的脚踏板，坍落度筒在装料时应保持固定的位置不动。

将按要求取得的混凝土试样用小铲分三层均匀地装入筒内，使捣实后每层高度为筒高的1/3左右。每层用捣棒插捣25次。插捣应沿螺旋方向由外向中心进行，各次插捣应在截面上均匀分布。插捣底层时，捣棒应贯穿整个深度，插捣第二层和顶层时，捣棒应插透本层至下一层的表面；顶层混凝土装料应高出筒口。插捣过程中，如混凝土沉落到低于筒口，则应随时添加。顶层插捣完后，刮去多余的混凝土，并用抹刀抹平。

清除筒边底板上的混凝土后，垂直平稳地提起坍落度筒。坍落度筒的提离过程应在3～7s内完成；从开始装料到提坍落度筒的整个过程应不间断地进行，并应在150s内完成。

提起坍落度筒后，测量筒高与坍落后混凝土试体最高点之间的高度差，即为该混凝土拌合物的坍落度值，如图3-2所示；坍落度筒提离后，如混凝土发生崩坍或一边剪坏现象，则应重新取样另行测定；如第二次试验仍出现上述现象，则表示该混凝土和易性不好，应予记录。《混凝土质量控制标准》（GB 50164—2011）中规定，混凝土拌合物坍落度允许偏差见表3-1。

依《混凝土质量控制标准》（GB 50164—2011）、《预拌混凝土》（GB/T 14902—2012），对混凝土拌合物的坍落度等级可以按表3-2进行划分。

3.1.2.2　扩展度

扩展度也称坍落扩展度，用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，如果这两个直径之差小于50mm，用其算术平均值作为扩展度值；如果这两个直径之差不小于50mm，则此次试验无效。如果发现粗骨料在中央集堆或边缘有水泥浆析出，表示此混凝土拌合物抗离析性不好，应予记录。《混凝土质量控制标准》（GB 50164—2011）中规定，混凝土拌合物扩展度允许偏差见表3-3。

《混凝土质量控制标准》（GB 50164—2011）要求高强泵送混凝土扩展度应不小于500mm，自密实混凝土扩展度应不小于600mm。根据《混凝土质量控制标准》（GB 50164—2011）和《预拌混凝土》（GB/T 14902—2012）规定，混凝土拌合物的扩展度等级可以按表3-4进行划分。

3.1.2.3　坍落度损失、扩展度损失

坍落度损失和扩展度损失是指新拌混凝土的坍落度和扩展度随时间的延长而逐渐减小的现象。坍落度损失和扩展度损失是所有混凝土的一种正常现象，它是水泥熟料水化形成钙矾石和水化硅酸钙等水化产物的同时，拌合物逐渐变稠、凝结的结果。造成坍落度损失和扩展度损失的原因是由于混凝土拌合物中的游离水分参与水化反应、吸附在水化产物的表面或蒸发而消失的结果。

在正常情况下，水泥加水后的最初30min内水化产物较少，坍落度损失和扩展度损失可以忽略。此后，混凝土的坍落度便开始以一定的速度减小，坍落度损失和扩展度损失的快慢取决于水化时间、温度、水泥矿物组成、水泥细度、石膏的种类和掺量以及所用的矿物掺合料、外加剂等。通常情况下，要求混凝土拌合物在初始的30～60min内不产生较大的坍落度损失和扩展度损失，来满足混凝土拌合物正常的运输、浇筑、振捣、抹面等工序。

（1）坍落度损失、扩展度损失测量方法

①应测得刚出机的混凝土拌合物的坍落度值H₀以及扩展度L₀。

②将全部试样装入塑料桶或不被水泥浆腐蚀的金属桶内，应用桶盖或塑料薄膜密封，放于（20±2）℃环境室静置。

③静置60min后应将桶内试样全部倒入搅拌机内，搅拌20s，进行坍落度试验，得出60min坍落度值H₆₀以及扩展度L₆₀。

④计算（H₆₀-H₀）、（L₆₀-L₀），可得到60min混凝土坍落度及扩展度经时损失试验结果。

工程中也可根据工程要求调整静置时间T（min），可得T（min）后混凝土坍落度、扩展度经时损失试验结果。

（2）坍落度损失、扩展度损失对混凝土性能的影响

新拌混凝土坍落度损失和扩展度损失较大时，首先会使搅拌车鼓筒的力矩增大，鼓筒的内壁会有混凝土黏挂，导致出搅拌车的混凝土拌合物浆体减少，影响混凝土的泵送和浇筑；其次，当拌合物的坍落度损失和扩展度损失较大时，在施工现场，工人往往以加水的方式来调整坍落度，以至造成混凝土强度、耐久性及其他性能降低。

（3）坍落度损失、扩展度损失的原因与控制

①水泥中矿物成分的种类及其含量　水泥中不同的矿物成分对减水剂的吸附作用不同。减水剂的主要作用是吸附在水泥矿物的表面，降低分散体系中两相间的界面自由能，提高分散体系的稳定性。在相同条件下，水泥成分对减水剂的吸附性大小为C₃A>C₄AF>C₃S>C₂S。若水泥中C₃A含量大于8%，吸附明显加大，则大量减水剂被其吸附，占水泥成分较多的C₃S和C₂S就显得吸附量不足，电动电位显著下降，导致混凝土坍落度损失和扩展度损失。这是掺减水剂的混凝土坍落度损失和扩展度损失的根本原因。所以水泥中C₃A含量较高的混凝土坍落度损失和扩展度损失较大，反之则较小。

②水泥中石膏的形态及掺量　硅酸盐水泥中加入石膏，不仅是为了调节凝结时间，更重要的是加速水泥中阿利特相（又称A矿）的水化。石膏的掺量影响强度发展速度和体积稳定性，因此，许多国家的水泥标准中提到了“最佳石膏掺量”，并且用三氧化硫（SO₃）含量表示。水泥中最佳石膏掺量是在水胶比为0.50时通过胶砂强度试验确定的。正常的凝结是由于C₃S的水化形成C-S-H凝胶的结果。这时液相中铝酸盐、硫酸盐、Ca²⁺比例适宜，能形成细粒的钙矾石而且它能使系统在整个诱导期保持流动性，随着C₃S的水化和C-S-H凝胶的形成，系统将逐渐失去流动性。当SO₃不足时，C₃A水化较快，会产生异常凝结，因此流动度损失很快，直接表现为坍落度损失和扩展度损失过快，所以应寻求最佳的石膏掺量。水泥中C₃A含量越大，碱含量越大；水泥颗粒越细，石膏的最佳掺量应越大。石膏的最佳掺量还和水泥的早期水化温度有关。掺入不同形态的石膏对水泥水化过程的影响也不相同，如掺入硬石膏时，坍落度损失和扩展度损失较大。选择最佳的石膏掺量，且掺入的石膏形态搭配合理，可有效地避免坍落度损失和扩展度损失，从而配制出流动性好、坍落度损失和扩展度损失小的混凝土。

③水泥用量的控制　既然混凝土坍落度损失和扩展度损失与水泥水化密切相关，控制坍落度损失和扩展度损失的根本措施仍然是控制水泥用量，水泥比例少，掺合料比例多，水泥早期水化总量少，坍落度损失自然就容易控制。

④骨料中的含泥量　骨料中含泥量过高会加大混凝土坍落度损失和扩展度损失。泥土本身具有一定的吸水膨胀性，同时也会吸附减水剂，造成混凝土流动性损失。因此，对于含泥量高的骨料，可以通过清洗骨料或加大减水剂用量的方式来改善混凝土的和易性。

3.1.2.4　黏聚性及保水性

一般测量完混凝土的坍落度后应观察混凝土拌合物的黏聚性及保水性。黏聚性的检查方法是用捣棒在已坍落的混凝土锥体侧面轻轻敲打，此时如果锥体逐渐下沉，则表示黏聚性良好；如果锥体出现倒塌、部分崩裂或离析现象，则表示黏聚性不好。保水性以混凝土拌合物浆体析出的程度来评定，坍落度筒提起后如果有较多的浆体从底部析出，锥体部分的混凝土也因失浆导致骨料外露，则表明此混凝土拌合物的保水性能不好；如果坍落度筒提起后无浆体或仅有少量浆体从底部析出，则表示此混凝土拌合物保水性良好。

3.1.2.5　维勃稠度

维勃稠度试验方法是瑞典V.皮纳（Bahmer）首先提出的，因而用他名字首字母V-B命名。维勃稠度计构造如图3-3所示。用螺母将容器牢固地固定在振动台上，放入不带脚踏板的坍落度筒，把漏斗转到坍落度筒上口，拧紧螺钉，使坍落度筒不能漂离容器底面。按坍落度试验方法，分三层装入拌合物，每层插捣25次，抹平筒口，提取筒模，缓慢地放下圆盘，读出滑棒上的刻度值，即坍落度。放松测杆螺钉，应使透明圆盘转至混凝土锥体上部，并下降至与混凝土顶面接触，然后开动振动台和秒表，通过透明圆盘观察混凝土的振实情况，直到圆盘底面被水泥浆所布满时，即刻停表和关闭振动台，秒表所记的时间，即表示混凝土拌合物的维勃稠度时间，精确至1s。《混凝土质量控制标准》（GB 50164—2011）中规定，混凝土拌合物维勃稠度允许偏差见表3-5。

仪器每测试一次，必须将容器、筒模及透明圆盘洗净擦干，并在滑棒等处涂薄层黄油，以便下次使用。该方法适用于骨料最大粒径不超过40mm，维勃稠度在5～30s之间的混凝土拌合物的稠度测定。根据《混凝土质量控制标准》（GB 50164—2011）和《预拌混凝土》（GB/T 14902—2012）规定，混凝土拌合物的维勃稠度等级可以按表3-6进行划分。

3.1.2.6　塑性黏度

坍落度试验在一定程度上能反映新拌混凝土的流变特性，但所测定的指标是浆体的最终变形能力，反映的是浆体在自重作用下克服剪应力而流动的性能，不能反映浆体的变形速度，如果近似地用宾汉姆模型来表示新拌混凝土的流变特性，可以表示为：

　　（3-1）

式中　τ——剪切应力，Pa；

τ_f——屈服应力，Pa；

——剪切速度，s^-1；

η_pl——塑性黏度，Pa·s。

宾汉姆模型表明，当剪切应力小于屈服应力时，新拌水泥浆体或新拌混凝土没有流动发生，只发生弹性变形。水泥浆体的塑性黏度η_pl一般不影响流动度或坍落度的测定值，但影响水泥浆和混凝土的流动变形速度，目前用来表征新拌混凝土塑性黏度的方法是倒坍落度筒排空时间试验、V形漏斗试验、T500扩展时间试验，试验方法可参考《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2016）。

3.1.3　影响和易性的主要因素

（1）胶凝材料浆体总量

胶凝材料浆体是指由水泥、矿物掺合料和水拌合而成的浆体，它是普通混凝土拌合物工作性最敏感的影响因素。混凝土拌合物的流动性是其在外力与自重作用下克服内摩擦阻力产生运动的反映。混凝土拌合物的内摩擦阻力，一部分来自水泥浆颗粒间的内聚力和黏性；另一部分来自骨料颗粒间的摩擦力，前者主要取决于水胶比的大小；后者主要取决于骨料颗粒间的摩擦系数。骨料间胶凝材料浆层越厚，摩擦力越小；因此，原材料一定时，坍落度大小主要取决于胶凝材料浆体量的多少和浆体稠度的大小。单独增大用水量时，坍落度增大，而稳定性降低（即容易离析和泌水），也会影响拌合物硬化后的性能，所以应维持水胶比不变，增加胶凝材料浆体总量，提高拌合物和易性。

（2）骨料品种与品质

碎石比卵石粗糙、棱角多，内摩擦阻力大，因而在浆体总量和水胶比相同条件下，碎石混凝土的流动性与压实性要比卵石混凝土差。石子最大粒径较大时，需要包裹的水泥浆较少，流动性相对较好，但稳定性较差，即容易产生离析。细砂的表面积大，拌制同样流动性的混凝土拌合物需要较多胶凝材料浆体或砂浆。因此，采用最大粒径稍小、粒形好（针片状、非常不规则颗粒少）、级配良好的粗骨料，细度模数偏大的中粗砂、砂率稍高、胶凝材料浆体总量适当的拌合物，其工作性的综合指标也会较好。这也是现代混凝土技术改变了以往尽量增大粗骨料最大粒径和减小砂率，配制高强混凝土拌合物的原因。需要强调的是，目前我国骨料加工业普遍存在的骨料级配差、粒形差的现状，严重影响了混凝土的和易性。机制砂使用广泛，其粒形、级配、粗细、品种、吸水性、石粉含量等方面存在很大的差异，也会给混凝土拌合物的和易性带来很大的影响。

（3）砂率

砂率是指混凝土拌合物中砂的质量与砂石总质量比值的百分率。在混凝土拌合物中，砂子填充石子（粗骨料）的空隙，而水泥浆则填充砂子的空隙，同时有一定富余量的浆体去包裹骨料的表面，润滑骨料，使拌合物具有流动性和密实性。但砂率过大，细骨料含量相对增多，骨料的总表面积明显增大，包裹砂子颗粒表面的水泥浆层显得不足，砂粒之间的内摩擦阻力增大成为降低混凝土拌合物流动性的主要原因，此时，随着砂率的增大混凝土的流动性逐渐降低。所以，在用水量及水泥用量一定的条件下，存在着一个最佳砂率（或合理砂率值），使混凝土拌合物获得最大的流动性，且保持黏聚性及保水性良好，如图3-4所示。

在保持流动性一定的条件下，砂率还影响混凝土中水泥的用量，如图3-5所示。当砂率过小时，必须增大浆体用量，以保证有足够的砂浆量来填充、包裹和润滑粗骨料；当砂率过大时，也要加大水泥用量，以保证有足够的水泥浆包裹和润滑细骨料。在最佳砂率时，水泥用量最少。

（4）水泥及外加剂

目前我国混凝土大多使用普通硅酸盐水泥，水泥细度细、C₃A含量高等因素都会造成混凝土拌合物和易性变差。在拌制混凝土拌合物时加入适量的外加剂，如减水剂、引气剂等，可以使混凝土在较低水胶比、较小用水量的条件下获得很高的流动性。现在减水剂技术已经取得很大进展，通过增加外加剂掺量来提高混凝土的和易性，成为最直接、简便、有效的手段。

（5）矿物掺合料

矿物掺合料不仅自身水化缓慢，同时还减缓了水泥的水化速度，优质矿物掺合料还具有一定的减水效果，使混凝土的和易性提高，并防止泌水及离析现象的发生。不同品质和不同品种的混凝土掺合料需水行为相差很大。品质较好的粉煤灰总体上看需水行为较好，需水量比可以在90%左右，矿渣次之，硅灰则需水较高；而品质差的粉煤灰需水量比可高达120%以上，相差非常大，对混凝土拌合物和易性影响非常明显。因此，在配制混凝土的过程中，应尽量选择需水量较小的矿物掺合料，以达到降低混凝土单方用水量的目的。超细石灰石粉具有较好的减水效应，作为混凝土新型矿物掺合料可以降低混凝土的单方用水量，降低水胶比，在强度上还可以弥补由于活性不足带来的问题，如图3-6所示。

（6）含气量

一方面，气泡包含于浆体中，相当于浆体的一部分，使浆体量增大；另一方面，小的气泡在混凝土中还可以起滚珠润滑作用，改变了混凝土内部骨料间做相对运动的摩擦机制，变滑动摩擦为滚动摩擦，减小了摩擦阻力，同时，密闭的气泡能提高混凝土拌合物的稳定性，和易性也会得到改善。

（7）搅拌作用

未掺减水剂的浆体，水泥颗粒以絮凝结构存在，在剪切作用下，絮凝结构遭到破坏，呈现出剪切稀释化现象。不同搅拌机搅拌出的混凝土拌合物，即使原材料相同，工作性仍有可能出现明显的差别。特别是搅拌胶凝材料用量大、水胶比小的混凝土拌合物时，这种差别尤其明显。即使是同类搅拌机，如果使用维护不当，叶片被硬化的混凝土拌合物逐渐包裹，便会减弱搅拌效果，使拌合物越来越不均匀，工作性也会明显下降。一般情况下，强制式搅拌机或双轴搅拌机（图3-7），剪切效果更好，混凝土拌合物能够获得更好的流动性。

（8）时间和温度

随着时间的延长，混凝土拌合物逐渐变得干稠，坍落度降低，流动性下降，这种现象称为坍落度损失。其原因是一部分水已参与水泥的水化，一部分水被水泥骨料吸收，一部分水蒸发，同时混凝土凝聚结构也逐渐形成，这些原因都会使混凝土拌合物的流动性变差。

温度也会影响混凝土拌合物的流动性，环境温度升高，水分蒸发及水化反应加快，混凝土拌合物的流动性降低。因此，施工中为保证拌合物的流动性，必须注意环境温度的变化，并采取相应的措施。当然，原材料温度过高也会造成混凝土拌合物温度高，例如，水泥温度高、骨料温度高都会加快混凝土拌合物的坍落度损失。因此，混凝土生产企业要注意控制水泥温度和骨料温度。

3.1.4　改善混凝土和易性的措施

针对上述影响混凝土和易性的因素，在实际施工中，可采取以下措施来改善混凝土拌合物的和易性：

①胶凝材料浆量适当，保证足够的浆体填充砂空隙和骨料间的浆层厚度。

②改善骨料粒形与级配，尽可能采用良好级配与粒形的骨料。粗骨料应尽可能采用单粒级分仓储存和分别计量；细骨料应尽量采用中粗砂，并应控制含石量和含泥量。

③掺加化学外加剂与优质矿物掺合料，改善拌合物的和易性，以满足施工要求。

④当混凝土拌合物坍落度太小时，应保持水胶比不变，适当增加水泥浆体总量或增加减水剂用量；当坍落度太大时，保持砂率不变，适当增加砂、石骨料总用量或减少减水剂用量。对于大流态混凝土，首选调整坍落度的技术手段是调整化学外加剂掺量。

⑤合理选择砂率，从而改善混凝土拌合物的和易性。

⑥使用引气剂，适当提高拌合物含气量，可以提高混凝土拌合物的和易性。