混凝土结构在当今土木工程中占有主导的地位，混凝土材料是用量最大的材料由于混凝土的原材料具有很强的地方性，而混凝土本身又是固、液、气多相非均质材料，相对而言又具有不确定性。在GB/T1490-2003《预拌混凝土》标准中对混凝土规定了两个验收指标，即抗压强度应符合结构设计要求和坍落度应满足施工性能需要。传统的混凝土试配依据仍以包罗米公式为准，抗压强度以水灰比原理进行设计，砂率的选择以和易性为基本原则进行调整。无论是抗压强度还是和易性都涉及到混凝土中的重要材料之一──水。混凝土中水的作用是相当重要的，水与胶凝材料结合发生水化反应是形成硬化体系的首要因素，拌合物中以游离形式存在水是保证和易性、满足施工性能的主要成分。前者水的多与少决定混凝土的强度（水胶比）及耐久性（可选择抗渗透性、碳化性、收缩性、抗冻性等指标进行评价）；后者水的多少直接影响和易性，对施工工艺性能有很重要的作用(浇注形式、振捣方式、模板种类和构件类型等)。同时混凝土用水量既反映水胶比的大小（影响抗压强度和密实性），也反映浆骨比的大小（影响体积稳定性和结构耐久性），所以有效地控制混凝土中的用水量具有十分重要的实际意义。
在实际施工过程中，由自然和人为因素造成的工程质量问题和事故中，绝大部分原因在于混凝土拌合物质量的严重缺陷，如水灰（胶）比过大造成的立方体抗压强度偏低和碳化速率快、深度大，渗透性增大、抗冻性降低等；单位体积中的用水量控制不好造成的拌合物泌水、离析、堵泵和浇注振捣后的结构件表观形成的蜂窝、麻面、砂线等问题。混凝土的生产是从试验室的试配（选择各种材料的试配比例）到实际搅拌生产（确认施工配合比）的一个过程，在这个过程中，由于地方性天然原材料的波动，会造成混凝土的质量波动。按混凝土中水、胶凝材料、集料、外掺加剂等原材料组成，及其本身的性质，可以通过试验检测，控制其指标在供需双方合同约定的材料品种、等级、规格及性能等技术要求范围之内。在混凝土实际生产中，只要所用材料与试配材料的自然状态（骨料含水）一致，生产搅拌提供到施工中用的混凝土拌合物一定会满足施工要求；保证结构承受荷载安全性的抗压强度也定会达到设计的基本要求。在原材料进场验收技术指标符合合同要求的前提下，在正常的计量搅拌过程中，固体部分可以做到准确称重（设备计量器具检定合格）不会超出偏差范围，而骨料的含水会因单阶或双阶式搅拌工艺不同（储料系统）和限制而不能准确计量总量的组分，尤其是现在大部分搅拌工艺布置都为双阶式，在材料供应较为紧张时，其材料含水变化差距很大。一般讲骨料的自然含水（包括骨料内部水和表面吸附水）会受骨料颗粒粗细分布不均、骨料加工工艺不同和料场储存方式不一样的影响而波动，而目前我国建筑工程中混凝土试配时所用骨料又是以绝（气）干燥状态（GB/T55-2000“混凝土配合比设计规程”规定）的材料为基准，则在实际搅拌时就要将所用材料的含水多少考虑进施工配合比中（混凝土配合比通知单），要求每半工作班就要检测材料含水率（绝干方法）一次。按国家环境和自然资源保护法规定，所有河床均受保护禁止无序开采，现在混凝土中所使用的粗骨料大部分以山碎石为主，与过去河卵石破碎后相比外部几乎没有任何含水。即使在堆放时受自然环境影响内部会有极少含水（表面无吸附水），在拌合物中一般不会影响混凝土用水量的变化，可以忽略不计（日本和美国均不考虑）。细骨料无论是人工砂还是河床天然砂都会含有不同量的水，少则1～3%（气干状态含水基本在0.3%以下），多的会达5%以上（甚至会有淌水的砂）。以我国目前的经济条件和生产产量，绝大部分的骨料存放都不是全封闭的，即使是有棚式的料场比露天式的控制要好些，但由于砂石的供需双方没有直接约定含水指标的要求，骨料内的含水或外表面水始终处于不稳定和不确定状态，如存放时间的长短、环境天气的变化、堆放方式和厚度、有无棚顶的设施等，所以说含水始终是不可知的。在日本和西方一些国家对生产混凝土所用材料的含水是有验收要求的，他们认为这是保证混凝土拌合物和结构件质量的第一控制因素，对所用材料以饱和面干或表面有少量水进行验收和使用并进行控制。从70年代日本就对骨料的使用要求全部要进行水洗，这样不但能保证骨料的粘接性能良好（混凝土破坏主要是界面破坏居多），还能稳定发挥外加剂的作用（减少含泥），更易于使骨料处于饱和面干状态，以利水灰（胶）比的有效控制（保证强度、密实度、耐久性等）。所以要求运至混凝土搅拌单位的骨料（主要控制细骨料）表面水允许在2%以内，因为超出这个范围后不但在运输过程中容易出现流淌现象，会给城市环境造成污染，同时也给使用单位质量控制带来麻烦。进入搅拌单位存储时又是存放在封闭式的料仓中（罐体），其含水变化不大也很容易在线控制。这样，对拌合物进行在线管理和控制也就可行和易行了。相比之下，我们现在的混凝土拌合物中的水量始终是不可知的（尤其是生产量大时）。虽然砂的含水对砂率会有一些影响（含水量占骨料用量的比例），但相比对用水量的影响一般可以忽略不计。目前在建安施工中，建筑结构浇注使用的混凝土均为高流动性的拌合物，在所有使用具有减水作用的外掺剂的配合比下，水在混凝土拌合物中十分敏感，尤其是掺有高效减水剂的混凝土拌合物。砂含水的变动不仅直接影响着和易性，更会影响水灰（胶）比。在以往所有建筑施工现场浇筑的结构件中发现，凡是外观质量（蜂窝、空（孔）洞、不密实、疏松等）有明显质量缺陷的结构件，就会直接影响回弹检测结果（回弹值低和碳化值大），当对该部位的混凝土钻取芯样检测抗压强度时，其圆柱体试件的抗压强度值均会低于设计强度值（实体密实性差）。正常情况下，在配合比试配过程中首先检验的就是拌合物的匀质性，观察其和易性是否可以达到设计要求（流动性、可塑性、保水性等），经初始检测合格后的拌合物（即能满足施工工艺要求）才会进行试件成型，再分别进行不同龄期的性能检测（抗压强度、抗折强度、抗渗性能等等），凡是不满足施工性能要求的混凝土拌合物不会成型试件（和易性满足要求是基本条件），更不可能发出施工配合比进行实际生产搅拌。所以当在施工中使用的混凝土拌合物出现以上缺陷时，首先说明生产中混凝土的搅拌技术条件与试配要求的实际不一样（不是材料的品种、等级、规格）。混凝土拌合物的流动性能主要受水和具有减水作用外加剂的影响大（相比砂率而言），在实际搅拌计量中受骨料含水的影响，水始终是无法作到准确计量。结构构件中出现的外观质量缺陷主要应该是由拌合物的离析所致（包括堵泵）。从拌合物的静止状态能很容易判断由外加剂的因素所造成的现象（与水多时的状态不一样），但水灰（胶）比并没有改变，所以对混凝土抗压强度值的影响不大，但是对施工性能和混凝土硬化有直接的影响。这样，关键是只要控制住混凝土拌合物的用水量，就可以基本保证结构混凝土的抗压强度满足设计要求（强度、耐久性、外观性）。因骨料吸水饱和而面干时，骨料内部所含水在拌合物中不会析出，则拌合物的用水量指的就是在水灰（胶）比一定的条件下，骨料饱和面干以外按混凝土工作性优化的用水量。
我国传统的结构验收方法是对混凝土立方体试件28d养护抗压强度的试验检测，从某种意义上讲，试件的立方体抗压强度达到设计要求时，和易性并不一定就能满足施工工艺要求，即：强度合格拌合物不一定合格，也就是试件强度虽然可以满足验收要求，但因施工性能的原因而不一定能保证实际结构达到业主的基本要求（构件表面的外观质量存在缺陷）。国际上在ISO9000质量管理体系认证中常把缺陷定义为不合格品的特殊表征，也就是说缺陷在某种意义上比不合格品还具有危害性，因为具有潜在性。在大量的施工过程控制中发现，只要混凝土拌合物的和易性满足验收要求（合同验收要求），所成型的立方体抗压强度数理统计一定会在验收范围之内，即：混凝土拌合物和易性合格，其抗压强度必合格。混凝土拌合物的和易性能是水灰（胶）比和浆骨比一定时决定混凝土质量的关键因素，而水又是影响拌合物和易性的关键材料，所以控制混凝土拌合物用水量具有十分重要的现实意义。
一些先进国家用于检测混凝土拌合物用水量的技术方法很多，仅日本就有近10种以上，如烘干法、体积法、中子检测法、红外线检测法等等。其中混凝土单位用水量（水灰比）测定仪在2000年研究成功，其投入目的主要是解决和避免混凝土工程，因拌合物离析而产生的质量缺陷。又因其准确度、稳定性、可操作性和价格因素居于其他检测方法之上，所以2003年被日本国土交通省行文并编制规程强行推广使用。2005年引进我国，并在公路和铁路工程中使用。由于当时一些使用人员不了解中国的混凝土配合比设计方法（材料的基本要求）与日本及一些西方国家所用材料的要求(体积法和骨料饱和面干)存在的基本差异，在使用中，出现了一些实际检测数据与原始设计数据不相符的结果，使得国内有些技术人员和工程质量监督人员对这种检测方法提出质疑。实际是我国配合比设计对水灰比的概念有其误解。
我国当前混凝土试配时的用水量是基于材料在干燥状态下所计算的，而在生产中，又按骨料总含水量去调整拌合物的总用水量，这时的总用水量包括将被干骨料吸入的水量，或者只扣除骨料的表面水的水量，而实际上，骨料内部吸水饱和的水是不参与水泥水化的，也不参与拌合物的拌合水，不能计入水灰（胶）比。有人问：外文中混凝土的有效用水量指的是什么？那就是指骨料吸水饱和面干含水量以外的水，这个水是与胶凝材料发生水化的水。这个概念在我国水利工程中是很清楚、很正确的。由于我们建安系统的一些工程技术人员根据配合比设计规范中的（JGJ55）概念行事，不清楚仪器的设计原理，也没有正确使用混凝土单位水量测定仪，所以造成当前混凝土生产质量控制的难度与不可知的结果（饱和面干与绝干及含水率）。
在文献[1]中，已详细介绍和论述混凝土单位用水量测定仪的原理和试验方法。从该文试验结果分析，在试验室材料基本一致的条件下通过准确计量每种原材料的用量，使用标准搅拌设备（实验用搅拌机），将确定水胶比后坍落度与和易性合格的拌合物分次装入混凝土单位用水量检测仪的容量筒中，再正确输入原材试验原始数据（所用材料的饱和面干表观密度值和预计含气量数），启动仪器检测程序，其被检混凝土配合比中各种材料使用参数均显示在计算机显示屏上，检测结果是：实际计量使用与检测数据偏差，都在合理控制范围之内（用水量、单位体积密度、含气量、胶凝材料总量）。
（1）用水量是影响混凝土性能的关键因素,故为检测主要对象。如前所述，只要拌合物满足施工要求（委托要求）实际总用水量不能加入过多，至少保证水灰（胶）比不超出控制范围（设计强度值的95%的保证率），从而保证抗压强度满足设计要求。水灰比和强度的关系规律符合包罗米灰水比定则的线性关系，选取各参数时，均考虑材料的差异和波动（取富裕系数），原则上一般以R28的强度为修正基础进行下一循环调整，此次检测结果总用水量最大偏差+2.6kg/m3，相对偏差+1.6kg/m3，偏差率不到1个百分点。同时再综合分析抗压强度等因素，不足3 kg/m3的水对强度没有实质性的影响，从对比值分析该仪器检测关键数据的准确性满足使用要求，即试验室条件下的计量输入与检测结果对比值基本一致。
（2）强度是混凝土结构构件承载力安全性设计的保证，实际检测值均大于目标强度值（目标强度不低于标准值的120%），最少高出1.1MPa；增加百分率+2.6%，也就是说实际检测总用水量超出原设计值的1 .5%左右时，其抗压强度值还能大于目标强度值的2.0%以上，设计抗压强度值的125%以上，说明仪器检测的有效性满足要求。
（3）检测拌合物密度（单位质量）是分析混凝土拌合物中各种材料在单位体积下砂浆与骨料之间的位置与分布是否合理（拌合物的均匀性），因为水在整体中的质量最小，所以通过检测拌合物密度能判断离散程度（浆骨分布）。现检测结果密度偏差最小+0.1%，说明与实际输入值基本吻合，试验计算正确，符合规范要求，也证明仪器的可靠性和准确性。
（4）在混凝土拌合物检测指标中，国际上一些先进国家都很重视含气量，即使没有抗冻性要求，合理的空气含量不仅能改善混凝土拌合物的施工性，还能改善结构件的外观质量，从而提高混凝土表面抗风化的能力，并有利于抵抗不同原因引起的膨胀型的腐蚀，例如盐结晶、冻融循环、延迟生成钙矾石等。在拌合物中含气量的变化直接影响拌合物密度与用水量的变化。此次检测最大偏差值为+0.13%，表明仪器的有效性。
在正常情况下，当混凝土拌合物明显出现流动性过大或离析时，往往会由两个因素引起，水多或外加剂多。在实际工程中判断水多还是外加剂多，一般可以观察拌合物静止后浆骨状态，如出现浆体呈黄色时(萘系减水剂)且骨料堆积具有明显的“扒底”而不易铲动的情况，一般是外加剂偏多造成的结果。按照外加剂作用机理，只要实际计量准确，外加剂最多只会影响拌合物质量，而并不影响水灰（胶）比值。为了验证，现人为地适当多掺减水剂，以检测其水量是否在允许范围，检测数据见表1。
表2拌合物流动度设计为180~200mm，当外加剂多加入后拌合物会出现浆骨分离，检测坍落度为235mm，中央粗骨料堆积，边缘浆体流出， 但检测用水量没有超出允许范围，可见拌合物流动度大并离析不是水量多所造成的，仪器的检测结果是可靠的。另外，在原配合比基础上多加20 kg/m3水，则仪器检测出用水量为198 kg/m3，准确地分辨出与原用水量177 kg/m3的差别。
通过在标准条件下对该仪器进行试验验证得到检测有效性和准确性后，针对北京地区原材料质量现状分别在5个搅拌站进行混凝土拌合物在线实际抽检，强度等级分别为C30、C35，并对抽检后的拌合物进行抗压强度试件成型，观察28d抗压强度，作为对比。
抽检混凝土配合比及检测结果分别列于表2～表5。 分别对不同强度等级混凝土进行合格性分析。
（1）C30，配合比见表2，检测结果见表3。
结果分析：
①从坍落度分析，被检拌合物均能满足施工泵送工艺要求；
②28d抗压强度结果均超出委托设计检测值，平均41.6 MPa,最低37.9 MPa（达设计值的126%以上），最高44.6 MPa，标准差2.5 MPa，整体性稳定；
③坍落度最小190mm，最大220mm，都在200mm±30mm范围之内，从抗压强度指标分析，平均用水量176.2 kg/m3，最大超出设计值7.6 kg/m3，而抗压强度最小也超出设计值的120%以上，可以推论单方用水量在8 kg/m3以内时可靠性也能满足设计要求。
（2）C35，配合比见表4，检测结果见表5。
结果分析：
①C35配合比选择检测对象达到20组，这样能更具有代表性。从坍落度分析，被检拌合物均能满足施工泵送工艺要求；
②实际28d抗压强度结果偏差稍大些，标准差4.3 MPa，平均44.2 MPa，最低38.9 MPa，最高，52.7 MPa，最低超出设计强度值110%以上，从标准离差值小于5.0 MPa，说明稳定性一般（大于5.0 MPa则差）；
③对于C35强度等级的混凝土，拌合物一般和易性较为理想，尤其是均质性优于低强度等级的混凝土拌合物，所以实际检测坍落度结果控制范围较好；
④用水量平均为177.5kg/m3，最大超出设计值9.6 kg/m3，而抗压强度最少的也超出设计值的110%，作为按数理统计控制的混凝土抗压强度，其保证率大于95%以上即可，所以单方用水量在10 Kg/m3以内，可靠性也是可以满足设计要求的。
（3）综合分析：
①该仪器主要是检测混凝土在正常生产供应中，各种主要材料是否在偏差和允许范围之内，所以选择了常规用的设计强度等级C25~C40；
②所检拌合物坍落度在190~230mm之间，和易性基本满足要求（个别存在拌合物坍落度过大有离析现象，但无碍整体评定），符合施工技术要求；
③检测密度值波动最大在-1.3%至+1.9%之间，总体分析混凝土拌合物浆骨分布基本均匀，计量准确，用水量在控制范围之内；
④含气因绝对数值小，偏差较大为5%左右，实际检测坍落度结果均在190mm以上，说明没有影响拌合物的可泵性，施工可振性均能满足工艺要求,而R28的平均强度值最小也达设计值的125%，无明显影响；
⑤虽然检测最大用水量有超出设计值的结果约为8 kg/m3，但最终检测混凝土的抗压强度均超出设计强度等级。其原因是：混凝土拌合物满足设计要求说明均质性好；混凝土试配强度本来就在一个范围之内，一般施工配合比都考虑较不利的因素，富裕系数一般偏大；其实混凝土离析是最主要的，往往我们对这种缺陷不引起注意，避免这种现象的出现恰恰是强度和耐久性的可靠最基本保证。所以若检测用水量的在10 kg/m3范围之内，完全能满足施工混凝土强度验收要求的（日本是15 kg/m3）。
（1）试配时使用饱和面干的骨料表观密度，按绝对体积法计算混凝土配合比
（2）生产前检测出所用骨料饱和面干状态的体积，使用在线材料表面含水检测传感器（如图1所示）和散粒状材料密度检测瓶（如图2所示）对砂子表面含水量进行双控。
（3）搅拌计量前设置材料表面含水检测传感器,可做到快速准确检测骨料通过时的含水率（表面含水），及时反馈到搅拌计量计算机系统,调整实际用水量，使之拌合物出机坍落度可知。
（4）传感器将数据直接反馈到计量系统，调整总水量的投入（下盘对上盘负责，最后一盘对全车用量负责）。
（5）当材料通过传感器时的速度有可能很快，可能会出现不准确的现象，此时可用粒状材料表面含水检测瓶辅助验证含水的准确度。其方法是：每工作班或1/2工作班在下料口随机抽取少量的样品（约1kg），按定量（500g）放入已知水量的瓶内，摇动均匀排除气泡后观看计量刻度，再通过预先试验设计好的表（不同材质有不一样的吸水率和表观密度）中查出骨料表面含水量的多少，做为修正计量系统中含水率控制值，一般可以精确到小数点后一位，以此来修正传感器的检测数值，作到双控。
（6）搅拌楼的在线控制 我国目前混凝土搅拌过程大部采用观看电流表的方式控制拌合物坍落度，由于电流表的量程规格不同，存在不准确也不精确的结果。通常搅拌机的实际耗能（电流大小）与混凝土拌合物和易性有线性关系，但是对拌合物的不断变化（不同配合比、不同搅拌量、不同生产季节等）和内在因素的变化（电压、设备磨损及电流表量程等），使得混凝土的出机坍落度一直处在模糊的状态，不能作到判断准确性，同时也就造成运至现场的拌合物质量不稳定，当泵工认为拌合物坍落度不能满足施工要求时，就在现场随意加水（当然不排除泵工对混凝土拌合物流动性和可施工性的认识误区）。通过大量的试验数据在搅拌计量系统中输入不同配合比（强度等级和胶凝材料比例）、不同搅拌质量（一次搅拌数量）、搅叶不同磨损程度（搅刀和衬板等）的搅拌电流、电压与时间关系的曲线图(如图3所示)。日本每个搅拌站都有数千个分的很细的预控曲线图，使每一盘的混凝土拌合物出机质量都在掌控之中。一旦发生与控制曲线不一致的情况，可立即通知质量检验人员进行出站前的有针对性的检测，决不让有缺陷的混凝土拌合物出站，对确实有问题的拌合物在站内分离回收处理。所以使用电流曲线图控制混凝土拌合物的流动性较为科学可靠和易行。
（7）搅拌工艺的保证
①当配合比所用材料确定之后，除计量准确之外，搅拌工艺的选择也会对混凝土拌合物有直接的影响。混凝土中的各种材料具有不同的性质，起着不同的作用，有纯液态水，也有一定含固量的液体外加剂，胶凝材料虽是粉状，但每种的细度分布是不一样的，细骨料颗粒在拌合物中起着润滑作用，粗细比例对和易性有一定的影响，而松散大颗粒也会因粒形、大小影响着流动性。以上这些都说明混凝土是一种很不均匀的人工复合性的材料，所以拌制的均质性尤为重要和关键了。一般而言混凝土内部组织构成为水泥砂浆填充石子空隙并将其粘结成整体，其主要特点是抗压强度高，抗弯、抗拉强度低。通常混凝土破坏形式主要有：粗骨料粘结层面破坏（界面破坏）；水泥砂浆层破坏；粗骨料颗粒破坏。其中界面破坏为最常见形式。用改善混凝土搅拌工艺，提高骨料界面强度从理论上是可行的。投料顺序一般以习惯或是设备原有设定决定，采用先将粗骨料和三分之二的水投入搅拌机中，数秒后投入胶凝材料，使其粗骨料周边形成一个水灰比低的界面，再搅拌基本均匀后，放入所有剩余材料（水、外加剂、细骨料），虽然拌合物还在搅拌，粗骨料界面的水灰比浓度在不断的变化，但在一定的时间内，这种水灰比梯度会小于原设计水灰比的数值，也就是混凝土的界面强度会高于原设计值。变化投料顺序，改变投料计量数字，利用水灰比剃度的不同提高混凝土的抗压强度，对低流动性混凝土有明显的效果。裹石混凝土对于粒形不好的粗骨料，还具有提高流动度的效果。造壳混凝土不但可以提高混凝土抗压强度，同时也能有效改善拌合物的不利状况，如自由水上移（迁移）和泌水现象。表6、表7是部分试验数据。
② 裹砂混凝土与造壳混凝土基本原理一样，是将砂和部分水先行搅拌使其达到充分湿润，然后将水泥一次投入搅拌若干秒后，使细骨料外表面包裹足够的水泥浆体，形成润滑体，最后再将石子和剩余水全部投入搅拌。这种搅拌工艺能明显提高混凝土的流动性，一般增加坍落度10%以上。在日本二次投料搅拌工艺一般采取：投细骨料和水搅拌5s 左右，再投入水泥搅拌15s后将粗骨料全部投入继续搅拌20s左右出机；投入砂、水泥和水，搅拌15s以上后再将粗骨料投入后继续搅拌20s。由于采用这种搅拌工艺，其混凝土拌合物的润滑流动性明显提高，浆骨分布均匀，坍落度很大但和易性很好，且不离析，对浇注到混凝土结构后的外观质量，能达到清水混凝土的效果。
混凝土是建筑结构重要的使用材料，又是多相复杂的人工复合型材料，由于材料使用的地方性、随意性、多变性和离散性，加强这种结构用材料施工过程的使用控制，保证结构的安全已是当务之急，混凝土拌合物质量影响着混凝土的力学和耐久性的性能，而混凝土力学和耐久性的性能又决定着混凝土结构的安全性和使用寿命，所以有效知道和控制混凝土拌合物中的用水量是首要因素。用水量测定仪是目前有效的控制方法之一，予以推广很有必要，科学研究只有转换为生产力才真正具有实际意义。
参考文献
[1] 韩小华，李玉琳．新拌混凝土单位用水量快速测定方法的试验研究[J]．混凝土世界，2010(8)：42-47
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