[摘要]目前我国混凝土施工现场对拌合物质量的验收，仍然是现场坍落度检测和28天留样检测混凝土强度的合格性，对于混凝土拌合物的强度无法做到提前预知，一旦出现质量问题，已经是木已成舟。混凝土拌合物的单位用水量及水胶比，是保证混凝土物理力学性质的关键指标，单位用水量及水胶比的测试方法的研究尤为重要。目的是为了解决施工现场在出现不符合设计要求的混凝土拌合物时，做到及时有效的对施工问题和商混质量的责任进行划分，可以很好的做到事前控制。经过300组试验证明，混凝土拌合物单位用水量/水胶比的测试方法，可以快速检测混凝土拌合物中实际的单位用水量、单位胶凝材料用量、水胶比和含气量等重要指标，有利于搅拌站生产质量控制、施工单位拌合物现场验收和帮助供需双方对拌合物方量的确认。
[关键词]混凝土拌合物、单位用水量、水胶比、表观密度、胶凝材料用量、含气量、饱和面干
0前言
我国是当前世界上建设规模最大的国家，混凝土用量已处于世界首位。影响混凝土强度的因素很多，是由设计的各项性能试配的拌合物配合比和施工方承担的浇筑、振捣、养护、成型工艺等综合指标来确定。用于现场验收的主要手段，还停留在坍落度或扩展度的测量，以及最受质量监督者重视的非即时验收的留样养护至28天检测抗压强度。因缺少对拌合物交货时及时有效的验收，不能在施工的第一时间发现混凝土在生产中存在的不符合事项，对于可能出现的风险，不能采取积极有效的措施进行预防，无法及时在生产过程进行合理的调整，混凝土硬化后发生强度不够等问题时则纠纷不断，影响工程进度和质量。因此对混凝土质量的早期控制要求越来越迫切。
快速评价混凝土拌合物的单位用水量及水胶比两项指标，在工程现场质量监督能起到及时有效防止质量问题的作用。
1 国内外现有混凝土拌合物单位用水量测定方法
国内外测量混凝土拌合物的单位用水量有各种办法，最大的区别为试样采用的是砂浆还是混凝土。用砂浆做试料，是将混凝土中砂浆筛出使用，试料用量很少，骨料表面悬挂的砂浆无法提取，测定误差大，无法提高精度。用混凝土做试料，试料用量少会带来误差，粗骨料的取样误差是测定误差的主要原因，测定后要对粗骨料取样量进行必要的修正，影响了测定时间，不能迅速得到测定结果。
1.1国外的测试方法分析
表 1列举了国外测量单位用水量的各种方法，对于现场适用性而言，表格中的符号◎非常好，○一般好，△不太好，×非常不好
表1 国外混凝土拌合物单位用水量测定方法
| 试验方法 | 使用仪器 | 试料量 | 测定精度 | 试验持续时间 | 优缺点 | 现场适用性 | |
| 干燥前后质量差法 | 一般加热干燥法 | 煤气、电热器红外干燥 | 混凝土1L | (99±2)% | 20～30分钟 | 高温加热，骨料烘干失水影响结论 | △ |
| 高频电加热干燥法 | 电子微波炉 | 湿润砂浆300～600g | -5%～-0.5% | 10～20分钟 | 使用筛取砂浆，取样误差大，水泥与水的水化反应，影响结论 | ○ | |
| 减压干燥法 | 减压干燥装置 | 湿润砂浆400g | 约4kg | 20分钟 | 取样误差，时间长 | ○ | |
| 减压干燥装置 | 混凝土约5 L | ±2kg | 约40分钟 | 测定时间长，且施工现场不便 | △ | ||
| 试剂浓度差法 | 酒精比重计法 | 酒精比重计法 | 混凝土约1 L | ±5kg | 约20分钟 | 使用酒精的方法，酒精的蒸发产生测定误差 | × |
| 盐分浓度差法 | 盐份测定器 | 混凝土约2 L | ±3kg | 20分钟 | 盐水浓度影响粉体吸收水量，测定结果需要修正。 | △ | |
| 电量滴定器 | 混凝土约2 kg | 1.2% | 20分钟以内 | 试验时间长 | △ | ||
| 滴定器 | 混凝土7 L | 约4L/m3 | 20～90分钟 | 试验时间长 | × | ||
| 组成材料比，质量差，容积差法 | 空气中质量和水中质量差法 | 三角量瓶 | 湿润砂浆200ml | 3% | 10分钟 | 砂浆有成份损失，测量误差大 | △ |
| 水槽、筛 | 混凝土 | ±5～7kg/m3 | 15分钟 | 对密度的要求比较高，时间长 | ○ | ||
| 表观密度法和含气量试验法 | 高精度含气量测定仪，秤 | 混凝土约16kg | ±5～10kg/m3 | 约5分钟 | 试样误差小，适合现场使用，条件设定得准确，可得到高精度的测定结果。 | ◎ | |
| 水份计法 | 静电容量测定法 | 静电容量型水份计 | 湿润砂浆330 mL | ±2.9～3.4% | 10分钟 | 测定电极之间的静电容量，取样误差大，精度难以保证。 | ○ |
| 中子测定法 | R1水份计 | 混凝土连续测定 | 2.7～3.2kg/m3 | 120秒 | 能快速测定，但是受骨料影响较大，难以保证测定精度，且测定设备昂贵。 | △ | |
| 红外线测定法 | 光式红外线水份计 | 混凝土500cc | ±2kg | 40秒 | 要事前标定，可以快速且精度高地进行测定。 | △ |
1.2 国内各种测试方法
我国也曾有人尝试过一些简便的方法测量拌合物单位用水量，方法见表 2。
表2 国内测量单位用水量的方法
| 试验方法 | 使用仪器 | 试料 | 测量精度 | 试验持续时间 | 优缺点 | 现场适用性 |
| 烘洗法 | 电炉、称量器 | 砂浆 | 没有数据 | 没有数据 | 烘干测水，水洗分离砂和水泥，测量误差大，时间长 | × |
| 容量瓶法 | 容量瓶、称量器 | 混凝土 | 没有数据 | 没有数据 | 筛洗分离0.16mm以下颗粒的方法，测量误差大，时间长 | × |
| 炒干逆滴定法 | 电炉 | 砂浆 | 没有数据 | 没有数据 | 测试时间长、滴定终点不易判断 | × |
| 密度计水中称量法 | 砂浆 | 没有数据 | 没有数据 | 受到的影响因素较多，测量误差大 | × |
2 表观密度及含气量法测量单位水量及水胶比的原理及计算
混凝土本身是固、液、气多相非均质材料组成。由于混凝土原材料具有很强的地方性，包括其成份及密度的不同，使得拌合后体现出地域性差别，相对其他材料具有不确定性。采用已知配合比及材料的密度，通过测量混凝土拌合物的表观密度，可以推定混凝土拌合物的单方用水量及水胶比。
2.1 用表观密度法量测单位用水量原理
表观密度，即每方混凝土的材料总重量。用表观密度法测量单位用水量，则是根据测量混凝土拌合物的含气量及表观密度，推算单位用水量、单位胶凝材料用量、水胶比。
如图1所示，与输入的配合比相比，拌合物表观密度ρ0必然随实测含气量的大小而在直线上变化，即含气量从A0增大到A时，拌合物表观密度从ρ0下降到ρ，混凝土拌合物的表观密度受含气量的影响。
如图2所示，与输入的配合比相比，如果表观密度由ρ0下降到ρ2，那么混凝土拌合物单位用水量则显示增大；如果表观密度由ρ0上升到ρ1，那么混凝土拌合物单位用水量则显示减小，当含气量一定时，单位用水量的变化影响表观密度的变化。
在这个测试过程中，如果能够对混凝土拌合物各种材料的密度和含气量精确测量，则可以精确地推算出混凝土单位用水量、胶凝材料用量及水胶比的数据。
假设配合比的表观密度是2402kg/m3，材料密度测量正确的情况下，混凝土拌合物表观密度是2358.4kg/m3时，总质量变轻，如果测试的含气量与设计的相同时，则可以判断单位用水量增大了。
2.2 表观密度及含气量法测量单位水量及水胶比的推算公式
设计的配合比决定了混凝土构成中各种材料，如水、水泥、掺合料、骨料等的总质量。使用[单位水量/水胶比测定仪]快速精确的测定含气量、混凝土的表观密度，通过计算即可得出单位用水量、胶凝材料用量、水胶比。
其中γ—混凝土表观密度即单位体积混凝土的质量，kg/m3。
7） 由实测的表观密度推算单位水量及胶凝材料用量。
得出结论：当设计的各种材料密度及含气量与测量值相同情况下，实际生产出的混凝土表观密度如果小于设计配合比表观密度时，则可判定是单位用水量增多。
3 表观密度及含气量法测量单位用水量偏差的影响因素
3.1单位用水量受到水泥和细骨料含水量高低的影响
水泥遇水后体积会变小，这是混凝土体积变化的重要因素，细骨料投料时的含水量，影响单位用水量的总质量。如果细骨料在投料时含大量水，则测量的单位用水量就会增多，如果细骨料在投料时比较干燥，则测量的单位用水量会偏小。如图4。
图4 单位用水量受水泥及细骨料的影响
3.2 各种材料密度测量的精确性对单位用水量测算的影响
水、胶凝材料、细骨料、粗骨料等拌合物各组份的密度值与理论配合比值不一致时，会严重影响单位用水量测量值的精确性（见图 5），因此对细骨料和粗骨料的表干密度要尽可能的准确测定。
3.3 称量的精度对单位用水量测算的影响
称量的精度越大，单位用水量测量误差越小（见图 6）。假设秤的称量误差为10g，单位用水量的计量误差可到1.5kg。
3.4含气量的测量精度误差对单位用水量测算的影响
含气量的测量误差直接影响单位用水量的测算误差，假设含气量的误差0.1%，单位用水量的误差可达到1-2kg，含气量误差对单位用水量测算的影响比较大（见图 7）。
3.5 含气量增加变化对单位用水量的影响
当含气量测定值高于设定值时，表观密度减少，用水量增加；当含气量测定值低于设定值时，表观密度减少，用水量也会增加；通过试验数据可以看出，单位用水量的增加与含气量的增加或减少没有必然的联系。
4 表观密度法测量单位水量及水胶比的应用
4.1 测量与应用
表3为拌合站在商品混凝土运送到工地前测量数据，表4为拌合站在商品混凝土运送到工地后测量数据。
表3
| 名称 | 水 | 胶凝材料 | 掺合料 | 细骨料 | 粗骨料 | 含气量 | 容积质量 | 水胶比 |
| 设定用量 kg/m3 | 175 | 210 | 135 | 850 | 1055 | 1.00 % | 2402.9 | 50.72 % |
| 密度 g/cm3 | 1.000 | 3.07 | 2.69 | 2.73 | 2.73 | / | / | / |
| 测量值 | 178.1 | 204.0 | / | / | / | 1.88 % | 2358.4 | 53.14 % |
| 名称 | 水 | 胶凝材料 | 掺合料 | 细骨料 | 粗骨料 | 含气量 | 容积质量 | 水胶比 |
| 设定用量 kg/m3 | 170 | 210 | 140 | 850 | 1055 | 1% | 2412.5 | 47.14 % |
| 密度 g/cm3 | 1.000 | 3.070 | 2.690 | 2.670 | 2.710 | / | / | / |
| 测量值 | 173.3 | 208.4 | / | / | / | 0.77 % | 2404.2 | 49.91% |
表4
| 名称 | 水 | 胶凝材料 | 掺合料 | 细骨料 | 粗骨料 | 含气量 | 容积质量 | 水胶比 |
| 设定用量 kg/m3 | 150 | 360 | / | 844 | 1031 | 4.00 % | 2323.4 | 41.67 % |
| 密度 g/cm3 | 1.000 | 3.070 | / | 2.614 | 2.601 | / | / | / |
| 测量值 | 142.6 | 329.3 | / | / | / | 6.84 % | 2186.1 | 43.32 % |
| 名称 | 水 | 胶凝材料 | 掺合料 | 细骨料 | 粗骨料 | 含气量 | 容积质量 | 水胶比 |
| 设定用量 kg/m3 | 180 | 230 | 120 | 850 | 1050 | 1.00 % | 2409.4 | 48.57 % |
| 密度 g/cm3 | 1.000 | 3.060 | 2.690 | 2.680 | 2.710 | / | / | / |
| 测量值 | 176.0 | 227.2 | / | / | / | 1.06 % | 2394.0 | 50.89 % |
注：混凝土拌合物用水量，是指骨料饱和面干条件下的用水量。
4.2 测量误差
取工程单位配合比参数作为试验基准值，通过对300组试验的测量，表观密度法测量单位用水量，如果材料密度测量精确，则可得到精度较高的测定结果，测量数值一般可以精确在2～8kg（见图 8）。
5 测量设备精度的要求
如上所述，因为影响单位用水量的测量精度各种因素的存在，建议采用高精度试验设备，以保证数据的准确性。
测量秤：30kg 1g感量；
含气量测定仪：感量0.01%，测试误差0.05%。
6 结束语
目前国内尚未对混凝土拌合物的出厂及验收提出检测的要求，工程质量面临着未知的风险，搅拌站生产出的拌合物质量未知，施工单位施工的拌合物质量未知，验收方对使用的拌合物质量未知。阴阳配合比问题比比皆是，良心和利润有失天平，出现了工程质量无法控制的局面。提高工程质量，使混凝土延长使用寿命，推迟混凝土垃圾到来的时间，严格控制及管理混凝土生产环节、工程施工环节的质量势在必行。
商品混凝土汪军
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