浅谈骨料饱和面干含水率和绝干含水率的区别

2019年10月9日15:26:48浅谈骨料饱和面干含水率和绝干含水率的区别已关闭评论 3,661

中铁五局路桥公司试验检测中心     涂凯

摘要:

混凝土配合比设计以及生成配制过程中如何扣除骨料中的含水量一直是人们争议的一个问题。有人主张扣除全部的水,有人主张只扣除饱和面干状态吸水之外的游离水。两种主张都有一定的道理。本文从混凝土性能的角度分析了这些争议,认为两种方法影响不大,在工程实践中可以仍然按各自的习惯处理,无需切换方法 。

关键词: 含水率   饱和面干   绝干

1 、前言

混凝土配合比设计中,本行业技术人员骨料含水率计算方式持两种观点:第一是以骨料绝干状态为基准计算的含水率及混凝土用水量,第二是以骨料饱和面干状态为基准计算的含水率及用水量。第一种观点认为混凝土的单方用水量应该包含混凝土中的所有水,包含自由水和骨料所吸收的水分;第二种观点认为,骨料饱和面干状态所吸收的水分不与胶凝材料混合,不应该用于计算水胶比,混凝土的单方用水量也不必要计算在内。

这两种计算方式给行业内的部分人员的实际工作带来了一定困惑和争议。为了能够将这些困惑或争议解释清楚,我们认为有必要将这两种含水率的计算方法解释清楚,以便于能够在配合比设计或混凝土施工中采用正确的方法解决问题。但是讨论骨料所吸收的水分是否参与了水化反应太复杂,也不是本文阐述的内容,本文希望通过对两种含水率的理解、设计配合比的区别、施工中的应用来讨论两种配合比计算方式在配合比设计中如何应用。

2、两种含水率的定义

在讨论两种含水率方式的区别前,先对含水状态的概念进行简单阐述。

骨料含水可分为绝对干燥、气干、饱和面干和潮湿四种含水状态(对应于如图1从左到右四个状态)。绝干状态指骨料中完全未吸水;而气干状态指骨料中含水与大气中的湿度相平衡,孔隙中有水但并未充满;饱和面干状态指骨料表面干燥但孔隙中充满水,是一种可能状态;潮湿状态指内部饱和吸水,且表面还吸附有游离水。

浅谈骨料饱和面干含水率和绝干含水率的区别

图1  骨料含水量示意图

在混凝土加水后,人们往往认为骨料处于潮湿状态,但事实上,由于骨料吸水有一个较长的过程,时间可能会很长(所以在做骨料吸水试验时,要保证骨料的吸水时间,以便让骨料充分吸水),有可能骨料吸水并未饱和,但表面却有游离水。因此,骨料中的水到底处于什么状态并不完全清楚,这四种状态只是人为的一种分类,便于简化问题。

上文所述的绝干含水率就是以绝对干燥状态为基准计算的骨料的含水率计算如下:

w_{g}=\frac{G - G_{g}}{G_{g}}

其中G为潮湿骨料质量,G _{g} 绝干骨料质量。

饱和面干含水率w_{b}是以骨料饱和面干状态为基准计算的骨料含水率,即:

w_{b}=\frac{G-G_{b}}{G_{g}}

其中G是潮湿骨料质量、G_{g}是绝干状态下骨料的质量、G_{b}为饱和面干状态骨料质量。

此外,为了下文叙述方便,我们在这里解释一下骨料吸水率的概念。骨料的吸水率w_{x}是骨料在饱和面干状态所含的水分与骨料绝对干燥状态质量之比,即:

w_{x}=\frac{G_{b}- G_{g}}{G_{g}}

w_{x}=w_{g}- w_{b}

3、两种含水率在配合比设计中的区别

3.1、设计配合比的不同

假定现在按流行的方法设计有一个理论配合比,见表2。当称砂石时,因为不同的扣除方法,施工配合比中的总用水量会有所不同,见表2中的02、03的内容。其中骨料的各种含水率见表1。

表1 骨料各种含水率

含水率粗骨料(%)细骨料(%)
绝干0.24.1
饱和面干0.11.5

表2 不同扣除水方法换算的配合比(kg/m³)

配合比胶凝材料 细骨料粗骨料 混凝土总水量水胶比备注
0140072811001800.45理论配合比
0240072811001800.45绝干施工配合比
034007281100191.90.48饱和面干施工配合比

两种方法中,饱和面干状态含水并未被扣除,所以在混凝土中保留了这一部分水,其总水量有所增加。人们之所以认为饱和面干状态含水可不扣除,其原因在于认为这一部分水不是游离水,不会进入混凝土中的胶凝材料浆体中,不算作水胶比的一部分,不影响强度。就算这一假定有误(此假定成立与否还可商榷),在实际工程中,即使对水胶比有影响也是有限的。

3.2、如何处理不同的结果

针对使用绝干含水率和饱和面干含水率设计配合比产生的差异,下文我们从水胶比和强度关系的角度来分析如何解决这种差异。上文的举例中,用两种方法来设计水胶比时,所得出的配合比水胶比相差了0.03,由于水胶比和强度是双曲线的关系(见图2.水胶比与强度的关系图),这个差异在水胶比较高的区域(比如>0.50),对强度的影响较小,大约2-3MPa,水胶越大对强度的影响越小,对实际需要的结果影响不大;对于水胶比较低的区域(比如<0.40),水胶比的变化对强度的影响较大,水胶比相差0.03强度大约有5MPa左右的变化,水胶比越低这种影响越大,这时这种差异就不能忽略了。

浅谈骨料饱和面干含水率和绝干含水率的区别
图2 水胶比与强度关系图

这种情况需要以试验结果为准选择水胶比和用水量,本网站文章《配合比设计的思路及方法》中介绍了水胶比曲线搜索法,可以准确找出水胶比和强度及耐久性指标的关系,通过一系列试验可以找出所需要的硬化性能结果对应的水胶比,从而确定配合比。至于混凝土单方用水量的不同,如果不能满足混凝土工作性的需求,可以在确定水胶比的前提下来调整用水量,最终确定最合适的用水量。

所以,采用其中任何一种计算方式都不需要考虑骨料饱和面干所吸收的水分是否参与水化反应,都可以通过试验得出所需要的配合比,也就不存在两种方法谁对谁错、谁优谁劣的问题,更不应该因为原材料的差异、设计思路不同对配合比产生的影响归结到含水率的计算方法上,这是找错了对象,对解决实际问题毫无益处。

4、两种含水率计算方法在施工中应用

计算施工配合比的目的只有一个:保证理论配合比的实现。做到这一点,施工配合比骨料含水率的计算方法要与配合比设计时采用的方法一致,即:以骨料绝干状态为基准设计配合比,施工配合比骨料含水率就要用绝干含水率来计算;以骨料饱和面干状态为基准设计的配合比,施工配合比的骨料含水率就要以饱和面干含水率来计算。不存在不同方法之间交叉切换的问题。

值得一提的是,饱和面干含水率检测的时间较长,生产时会产生一定的不方便,所以,在使用饱和面干含水率时,应对同一批品质相似的骨料检测一次饱和面干吸水率,然后通过测得的绝干含水率来计算饱和面干含水率,即:w_{b}=w_{g}-w_{x},这样既保证结果的准确性,又相对容易实现。但是,实际施工中骨料的品质存在不确定性,这使它的饱和面干吸水率会产生波动,这一指标又不能够快速而准确地测出,采用同一个饱和面干吸水率会增大施工配合比用水量的偏差,不利于配合比控制。

5、结束语

在从理论配合比转换为施工配合比时,由于骨料中扣除水的理念不同,可能导致混凝土中总用水量有所不同。在理论配合比的基础上,按饱和面干状态扣水,则流动性会增加,而强度会有所减少,按绝干状态扣水,则流动性会减少,强度有可能比按饱和面干状态高。在配合比试配时,可以通过减水剂用量的增减从而解决流动性的问题。至于强度,即使最不利的情况下,在低强度等级的配合比中,影响也非常有限。但是在工程实践中,在快速施工前提下,要准确测量饱和面干状态含水量比测量绝干状态含水量要困难。所以我们认为,这两种扣除水的方法都是可行的,对于混凝土性能的影响十分有限,完全不必切换方法。因为切换方法会在一定时间和范围给现场工程管理带来很大的冲击。

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