高流動性混凝土Orimet 漏斗法流速儀

更新時間：2012-07-23 點擊次數：2373

高流動性混凝土Orimet漏斗法流速儀

執行標準《自密實混凝土應用技術規程》JGJ/T283-2012

摘　要 指出高流動性混凝土工作度與普通混凝土工作度的主要影響因素的區別,并用

Orimet 法流出速度、坍落度、坍落度流動值評價了高流動性混凝土的工作度 ,結果表明用

Orimet 流出速度與坍落度流動值可以綜合評價高流動性混凝土的工作度.

關鍵詞 高流動性混凝土;工作度; Orimet法流出速度

　　混凝土拌和物的工作度直接影響施工質量 ,因此改善拌和物工作度 ,從而改善混凝土硬化體的

力學性能與耐久性能 ,是發展高性能混凝土的一個重要課題.

當前混凝土技術迅速發展 ,減水劑、抗分離劑及礦物摻合料在混凝土中的應用 ,不僅能配

制出強度很高的高強混凝土和超高強度混凝土 ,而且還能配制出工作度良好的泵送混凝土、免振自

流平混凝土及水中不分離的混凝土.

從建筑技術的發展來看 ,一方面建筑施工的規模不斷擴大與建筑物向高層化發展 ,對工作度良

好的泵送混凝土需求量不斷增加（目前施工現場常用泵送混凝土的坍落度值均在 18 cm 以上） ;另

一方面建筑造型的多樣化與施工條件的改變 ,一些結構物施工時 ,如布筋很密的薄壁結構、造型復

雜的結構及水中工程等 ,無法對新澆混凝土進行振搗.再者 ,建筑市場的不斷擴大與熟練工人向其

他行業的分流 ,不斷由缺乏施工經驗、素質較差的新工人來補充 ,因此混凝土施工過程中時有漏振、

過振的現象 ,已成為影響工程質量不可忽視的因素;另外 ,在現代化都市里建筑施工過程中 ,混凝土

振搗時發出的噪音已嚴重影響周圍居民的日常工作與生活 ,亟待解決 ,因此高流動性混凝土應用的

迫切性已顯而易見了.

與普通混凝土相比 ,高流動性混凝土拌和物的流變參數中 ,

屈服值τ_y降低 ,粘性系數η_pl卻提高了（如圖 1） .高流動性混凝土

的這種特點 ,不僅使混凝土拌和物具備良好的流動性能 ,而且具

備了良好的抗分離性能 , 在一定的范圍內改善了鋼筋間隙通過

性. 普通混凝土澆筑時 ,需要通過振搗使混凝土拌和物液化（其屈

服值τ_y趨于零）、流動并填充到模板內各處;高流動性混凝土拌和

物由于本身屈服值τ_y小 ,所以施工過程中只需短時間振搗或不用

振搗 ,就能達到填充密實的效果.

由于高流動性混凝土拌和物的上述流變特性 ,傳統的坍落度

試驗不能全面地對其工作度進行評價 ,因此需要探索建立一套有 _圖₁_{混凝土的流變特性曲線} 效的檢測方法 ,為配合比設計與現場質量控制中比較與評價混凝

土拌和物的工作度服務.

1 　高流動性混凝土工作度檢測方法比較

　　目前施工過程中普遍用坍落度來評價混凝土的工作度 ,由圖 2可知拌和物坍落度主要取決于屈服值τ_y^{[ 1 ]}.試驗發現混凝土坍落度超過 20 cm后 ,對工作度的變化不敏感 ,因此不適宜用坍落度

來評價屈服值τ_y小的高流動性混凝土的工作度.

國內外在用坍落度檢測高流動性混凝土的工作度時 ,也有用量取拌和物坍開后的縱橫向平均

直徑 ,即坍落度流動值來綜合評價.圖 3給出了厚徑比（坍開后的厚度與坍落度流動值的比值）與坍落度流動值之間的關系^{[ 2 ]}.由此可知坍落度流動值克服了坍落度超過 20 cm后不敏感的缺點 ,較好

地反映了拌和物在無配筋或配筋模板內的填充性能.但是 ,坍落度流動值的大小依然主要取決

于屈服值τ_y ,還是無法準確反映出主要取決于粘性系數η_pl的高流動性混凝土拌和物工作度 ,如鋼

筋間隙通過性、布筋較密的模板填充性及可泵性等.試驗發現不同配比的高流動性混凝土雖然坍落

度流動值沒有很大差異 ,但是由于粘性系數η_pl不同 ,其鋼筋間隙通過性、可泵性等性能有很大的差

別.

圖 2　坍落度值與流變參數的關系圖 3　厚徑比與坍落度流動值關系

　　也有人建議用坍落度流動速度來評價高流動性混凝土的工作度.坍落度流動速度指坍落度試

驗時混凝土拌和物*坍開所需要的時間 ,從流變學的角度看 ,由于拌和物的流動速度主要取決于

拌和物的粘性系數η_pl,因此 ,從理論上它較好地反映高流動性混凝土的工作度 ,但是實際試驗中發

現 ,混凝土拌和物剛剛坍落時坍開速度很大 ,隨著拌和物的流動 ,速度逐漸減小 ,zui后極緩慢地流動

直至停止 ,很難確定流動停止的時刻 ,因此測量誤差較大.

此外還有很多混凝土工作度評價方法 ,如回轉粘度計試驗、小球上浮試驗、壓力泌水試驗^{[ 3 ]}

等 ,由于這些試驗裝置比較復雜或存在一些其他不足 ,也不適宜用來評價高流動性混凝土的工作

度.

2 　評價高流動性混凝土工作度的 Orimet 法試驗

　　高流動性混凝土的澆筑和填充過程是拌和物的變形過程 ,由于其屈服值τ_y小、粘性系數η_pl

大 ,因此變形過程主要取決于粘性系數η_pl.筆者在參考國外有關資料^{[ 4 ]}的基礎上 ,對快速而簡便的

Orimet 法加以改進（主要是針對我國高流動性混凝土骨料粒徑不穩定而對其上下口徑的尺寸及其

構造進行了一些改進） ,從而進行了評價高流動性混凝土工作度的嘗試.

2. 1 　試驗所采用的原材料與配比

水泥與粉煤灰分別采用了冀東 525 普通硅酸鹽水泥與內蒙古元寶山 1 級粉煤灰 ,其化學組

1）

成如表 1所示;砂石骨料分別采用了北京龍鳳山產細度模數為 3 . 1 ,5 mm以上顆粒含量為 7 . 0 %

的砂及北京盧溝橋產zui大粒徑為 20 mm的碎卵石;外加劑采用了山東萊蕪產 FDN減水劑.試

驗所用的配比如表 2所示.攪拌設備為 50 L強制式攪拌機.

表 1　水泥與粉煤灰的化學組成（ %）

樣品	SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	燒失量

水泥	22 . 40	6 . 14	5 . 12	3 . 00	62 . 22	-	-	-
粉煤灰	58 . 64	19 . 78	9 . 56	2 . 08	4 . 42	0 . 87	2 . 64	0 . 52

表 2　高流動性混凝土的配合比

編號	W		C		FA		S		G		FA / （ C + FA ）	W / （ C + FA ）	S _p	FDN 摻量
編號	/ kg·m	- 3	/ kg·m	- 3	/ kg·m	- 3	/ kg·m	- 3	/ kg·m	- 3	（）	（）	（ %）	（）
		- 3		- 3		- 3		- 3		- 3	（）	（）		（）
											%	%		%
A1	160		426		107		753		952		20	30	44	2 . 0
A2	168		420		105		753		952		20	32	44	2 . 0
A3	173		411		103		753		952		20	34	44	2 . 0
A4	191		402		101		753		952		20	38	44	2 . 0
B1	173		411		103		753		952		20	34	44	0 . 8
B2	173		411		103		753		952		20	34	44	1 . 2
B3	173		411		103		753		952		20	34	44	1 . 6
B4	173		411		103		753		952		20	34	44	2 . 0
C1	168		420		105		596		1 109		20	32	35	1 . 6
C2	168		420		105		683		1 023		20	32	40	1 . 6
C3	168		420		105		753		952		20	32	44	1 . 6
C4	168		420		105		819		886		20	32	48	1 . 6
D1	168		473		53		753		952		10	32	44	1 . 6
D2	168		420		105		753		952		20	32	44	1 . 6
D3	168		315		210		753		952		40	32	44	1 . 6
D4	168		210		315		753		952		60	32	44	1 . 6

2 . 2 Orimet 法試驗方法及試驗結果

Orimet 試驗儀的形狀與尺寸如圖 4 所示 ,主要由豎管、插口及三角架組成 ,豎管下部用螺栓固

定插口 ,插口底部設置可以迅速打開的活動門 ,豎管與插口用三角架支撐和固定.試驗原理是混凝

土拌和物在自重作用下從上下不同口徑的圓筒形豎管全部流出來 ,流出速度主要取決于拌和物的

粘性系數η_pl,通過流出速度（也就是變形速度）評價混凝土拌和物的工

作度. 試驗還需要備有秒表（精度為 0 . 2 s）、10 L 的容重筒、漏斗、刷子

及勺子. 具體試驗步驟如下:

（1）把 Orimet 試驗儀支撐在堅實的地面上 ,調整三角架使豎管保

持垂直.

（2）用刷子潤濕豎管與插口內壁 ,打開活動門放出多余的水.

（3）關上活動門 ,用勺子將拌和物裝入豎管至距上緣 10 mm 處（拌

和物體積為 11 . 2 L ） ,把容重筒放在活動門的正下方.

（4）打開活動門的同時用秒表計時 ,并從豎管上口觀察 ,待拌和物

流盡（管內見亮）即按下秒表 ,測出流下時間 ,計算流出速度.

（5）將 Orimet 試驗儀的內壁洗凈 ,準備做下一次試驗.

為了便于對比 ,筆者同時還測定了坍落度及坍落度流動值. 試驗結

圖 4 Orimet試驗儀示意圖

果如表 3所示.

（尺寸單位均為毫米）

60		建　筑　材　料　學　報			第 1卷

		表 3　高流動性混凝土的工作度測定結果

編號	坍落度	坍落度流動值	Orimet 流出速度v	容重	備　注
編號	/ cm	/ cm	/ L·s^{- 1}	/ kg·m ^{- 3}	備　注
	/ cm	/ cm	/ L·s^{- 1}	/ kg·m ^{- 3}

A1	21 . 5	50 . 0	0 . 457	-	-
A2	22 . 0	56 . 0	2 . 240	-	-
A3	22 . 5	56 . 5	2 . 800	-	-
A4	22 . 0	56 . 0	2 . 040	-	有離析現象
B1	22 . 5	51 . 0	2 . 667	2 370	-
B2	22 . 5	56 . 0	3 . 027	2 380	-
B3	23 . 0	62 . 0	3 . 733	2 390	-
B4	23 . 0	60 . 0	2 . 800	2 414	略有離析現象
C1	22 . 5	57 . 5	0 . 933	2 382	-
C2	24 . 5	57 . 0	3 . 200	2 350	-
C3	25 . 0	59 . 0	3 . 733	2 352	-
C4	24 . 5	57 . 0	3 . 200	2 352	-
D1	21 . 5	40 . 0	2 . 947	2 322	-
D2	24 . 0	53 . 0	3 . 500	2 302	-
D3	24 . 2	63 . 0	3 . 733	2 306	-
D4	24 . 3	64 . 0	4 . 667	2 306	-

2. 3 　試驗結果分析及探討

* ,混凝土拌和物漿體的稠度的變化改變了拌和物的粘性系數η_pl及屈服值τ_y,從而影

響其工作度 ,而漿體的稠度又與水膠比有直接的關系 ,因此為了確定水膠比對高流動性混凝土工作

度的影響 ,在不改變漿體總量的基礎上 ,通過改變拌和物的水膠比來測定拌和物的 Orimet法流出

速度（以下簡稱為流出速度）、坍落度流動值及坍落度.圖 5給出了流出速度、坍落度流動值與水膠

比的關系曲線.由圖 5可知 ,由于水膠比的增加降低了混凝土拌和物的粘性系數η_pl,因此拌和物的

流出速度隨水膠比的增大而增大.但是水膠比超過 0 . 34之后 ,水膠比過大使拌和物發生離析 ,導致

拌和物從豎管流出來時粗骨料在出口處堆積 ,反而降低了流出速度.筆者在水膠比為 0 . 38的混凝

土坍落度試驗過程中發現因材料的離析坍落后其中心部位有“鼓包”現象（如圖 6） .坍落度流動值

隨水膠比的變化趨勢也類似于流出速度 ,但是變化幅度較小 ,特別是水膠比超過 0 . 32以后幾乎沒

有變化.此外 ,不同水膠比的高流動性混凝土坍落度均保持在 22 cm左右 ,并不隨試驗范圍內所取

水膠比的變化而變化.

圖 5 Orime流出速度與水膠比的關系圖 6　混凝土坍落后的形狀

　　高流動性混凝土中摻入減水劑的目的是通過減水劑的分子或離子在水泥顆粒表面的

定向吸附 ,形成擴散雙電層 ,使水泥顆粒相互排斥 ,釋放出“絮凝水”,提高有限用水量的利用率.為

了明確減水劑摻量對拌和物工作度的影響 ,在水灰比、砂率不變的基礎上 ,通過改變減水

劑 FDN的摻量測定拌和物的流出速度、坍落度流動值及坍落度.圖 7給出了減水劑 FDN摻量

與流出速度、坍落度流動值的關系曲線.由圖 7可知減水劑 FDN的摻量低于 1 . 6 %時 ,拌和物

的流出速度隨摻量的增加而增大 ,摻量高于 1 . 6 %時與此相反.其主要原因是減水劑的摻入可

降低拌和物的粘性系數η_pl ,提高流出速度 ,但是摻量過大時因引起材料的離析反而降低流出速度.

坍落度流動值的變化趨勢也類似于流出速度.若混凝土拌和物中漿體的稠度與總量不變 ,砂率將直

接影響拌和物的工作度.為了明確砂率對工作度的影響 ,在膠結料用量與水膠比不變的基礎上 ,改

變砂率測定其流出速度、坍落度流動值及坍落度.圖 8給出了高流動性混凝土的砂率與流出速度、

坍落度流動值的關系曲線.在混凝土拌和物中砂漿起潤滑作用 ,可以減少粗骨料顆粒之間的摩擦阻

力 ,當砂率過小時砂漿粘性系數η_pl小而混凝土發生離析 ,因此流出速度變小. 與此相反 ,當砂率過

大時 ,由于骨料的總表面積過大 ,在漿體總量不變的情況下 ,水泥漿量相對來說減少了 ,因此減弱了

水泥漿的潤滑作用 ,致使整個體系的粘性系數η_pl增大 ,流出速度也隨之變小.從圖 8中可以看出砂

率小于 44 %時 ,流出速度隨砂率的增加而增大.砂率超過 44 %后 ,拌和物的流出速度隨砂率的增加

而減小.另外由圖 8可知砂率對坍落度流動值的影響很小.

　圖7 Orime流出速度與減水劑

圖 8 Orimet流出速度與砂率的關系

FDN 摻量的關系

　　摻入混凝土中的粉煤灰通過“形態效應”可以改善拌和物的工作度.為了明確粉煤灰摻量對工

作度的影響 ,在膠結料總量不變的基礎上 ,改變粉煤灰與膠結料總量的比值來測定拌和物的流出速

度、坍落度流動值及坍落度.圖 9給出了粉煤灰摻量與流出速度、坍落度流動值的關系曲線.一級元

寶山粉煤灰顆粒的形狀不同于水泥顆粒的形狀 ,基本上呈球狀 ,因此不僅表面吸附水少 ,而且對漿體起到 “滾珠”作用 ,明顯地改善了拌和物的工作度.由圖 9可

知 ,粉煤灰摻量增加時 ,拌和物的工作度得以改善 ,粘

性系數η_pl降低 ,流出速度增大.坍落度流動值也呈類

似的變化趨勢.

通過以上的試驗與分析可知 , 高流動性混凝土的
Orimet 法流出速度確實能較好地反映出拌和物的工作
度隨配比的變化情況 ,因此適用于做混凝土配合比設
計的依據 ,也適用于施工現場混凝土拌和物的質量控	圖 9 Orimet流出速度與粉煤灰摻量的關系
	圖 9 Orimet流出速度與粉煤灰摻量的關系
制.

3 　結束語

　　1 .高流動性混凝土拌和物的屈服值τ_y小、粘性系數η_pl大 ,因此拌和物的工作度主要取決于粘

性系數η_pl.對于坍落度大于 20 cm的高流動性混凝土來說 ,適宜用 Orimet法流出速度與坍落度流

動值來綜合評價其工作度.

2 . 高流動性混凝土拌合物在不發生離析的情況下 ,流出速度在一定范圍內隨水膠比、減水

劑摻量的增加而增大.但當水膠比過大或減水劑摻量過多引起混凝土拌和物離析時 ,反而使流出速

度降低.

3 . 流出速度對高流動性混凝土砂率的變化比較敏感 ,而坍落度流動值與此相反. 當砂率低于

44 %時 ,流動速度隨著砂率的增加而增大 ,砂率超過 44 %后 ,流出速度隨砂率的增加而減小 ,因此

可以通過 Orimet法試驗確定高流動性混凝土的*砂率.

4 . 粉煤灰的“形態效應”可以改善高流動性混凝土拌和物的工作度. 混凝土拌和物的流出速度

隨粉煤灰摻量的增加而增大.

自密實混凝土試驗室儀器配置表

1，自密實混凝土坍落擴展度測定儀

2，自密實混凝土J環流動障礙高差儀（J環流動儀）

3，自密實混凝土L型儀

4，自密實混凝土V形儀（V型箱）

5，自密實混凝土U形儀（U型箱：A型歐洲標準，B型日本標準）

6，orimet流速測定儀

7.自密實混凝土拌合物穩定性檢測筒

8，自密實混凝土全量檢測儀

9，自密實混凝土沉降趨向試驗筒

10，自密實混凝土壓力泌水力試驗儀

11，自密實混凝土彈性模量測定儀

12，自密實混凝土刀口約束早期開裂試驗設備（模具）

13，自密實混凝土平板約束早期開裂試驗模具

14，自密實混凝土靜態抗離析性能試驗柱模

15，自密實混凝土樣品收集板 單

16，自密實混凝土雙臥軸強制式攪拌機（60升）

17，自密實混凝土抗壓抗折力學性試驗機

18，自密實混凝土填充箱（K型箱）

19，自密實混凝土豎向膨脹率試驗儀

20，GTM篩穩試驗儀

21，自密實混凝土抗離析性試驗方法O型漏斗

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