預(yù)濕骨料技術(shù)對(duì)橋梁用混凝土性能影響的應(yīng)用實(shí)踐

1 前言

砂石是工程建設(shè)中最基本且不可或缺的建筑材料。長(zhǎng)期以來(lái)，砂石主要由區(qū)域市場(chǎng)就近供應(yīng)，供需總體平衡，價(jià)格基本穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)多年大規(guī)模地開(kāi)采，天然砂石資源逐漸減少，且近年來(lái)國(guó)內(nèi)主要江河來(lái)沙量大幅度下降，加之一些地方對(duì)砂石基礎(chǔ)性重要性認(rèn)識(shí)不足，行業(yè)整治工作簡(jiǎn)單粗放，機(jī)制砂石企業(yè)數(shù)量明顯減少，造成了區(qū)域性短期供不應(yīng)求，價(jià)格大幅度上漲，低質(zhì)砂石進(jìn)入市場(chǎng)，在增加基建投資和重大項(xiàng)目建設(shè)成本的同時(shí)，影響了工程建設(shè)進(jìn)度，并給施工帶來(lái)了質(zhì)量安全隱患。劣質(zhì)砂石對(duì)混凝土工作性、強(qiáng)度等性能指標(biāo)控制造成了較大影響，亟須采取綜合措施，促進(jìn)行業(yè)健康有序發(fā)展。本文通過(guò)試驗(yàn)，在不改變混凝土拌合用水量的情況下，將混凝土拌合用水的一部分用于混凝土骨料濕潤(rùn)，而其他部分用于拌合混凝土膠凝材料，研究了預(yù)濕骨料用水量、預(yù)濕時(shí)間對(duì)混凝土工作性及強(qiáng)度發(fā)展的影響。

2 混凝土預(yù)濕骨料基本概念及應(yīng)用現(xiàn)狀

混凝土骨料中的砂石含泥或石粉對(duì)混凝土配合比有較大影響，因此在實(shí)際拌合過(guò)程中，混凝土的工作性較差。同時(shí)，劣質(zhì)砂石存在較多的裂縫及毛細(xì)孔，本身的吸水率較高；在混凝土攪拌結(jié)束后，砂石吸收了部分的拌合用水，從而導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性很快降低，坍落度損失大?；炷令A(yù)濕骨料技術(shù)通過(guò)對(duì)混凝土骨料在拌合前進(jìn)行濕潤(rùn)，使混凝土骨料中砂石含泥、石粉飽和，同時(shí)粗集料的裂縫濕潤(rùn)及毛細(xì)孔水壓力要達(dá)到平衡狀態(tài)；在加入拌合水后，拌合水可以完全用于混凝土拌合，并避免外加劑隨拌合水進(jìn)入骨料中而無(wú)法完全在膠凝材料中發(fā)揮作用的情況[1]。

混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)的混凝土生產(chǎn)而言，不僅會(huì)對(duì)新拌混凝土的工作性、硬化混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響，還會(huì)對(duì)混凝土的力學(xué)及收縮性能等產(chǎn)生較大影響。但是，由于目前對(duì)混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)的研究不全面，結(jié)論也并不一致，給混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)在同行業(yè)的推廣使用造成了困難。對(duì)于混凝土拌合中出現(xiàn)的坍落度損失較大等問(wèn)題，目前的常規(guī)思路有單獨(dú)加水、單獨(dú)加外加劑以及同時(shí)加水和外加劑的方法，但此類方法對(duì)混凝土強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性等均有不利影響，且在無(wú)專業(yè)人員指導(dǎo)下，常常會(huì)導(dǎo)致混凝土質(zhì)量不符合設(shè)計(jì)要求。

3 工程概況

福建普通國(guó)省干線公路聯(lián)十一線（莆田境）涵江江口至仙游楓亭段工程，是福建省“八縱十一橫十五聯(lián)”的重要組成部分。A11-1 合同段位于莆田市仙游縣楓亭鎮(zhèn)，起點(diǎn)樁號(hào)為K43+560，終點(diǎn)樁號(hào)為K45+200，路線平面走向與S201 省道基本一致，路線全長(zhǎng)1.64km，左右輔路起點(diǎn)接規(guī)劃興園路（濱海大道輔路設(shè)計(jì)終點(diǎn)），設(shè)計(jì)起點(diǎn)ZFK43+930=YFK43+930=K43+930，終點(diǎn)與主線樁號(hào)一致，鋪路路線長(zhǎng)1.27km。全線橋梁2座，其中大橋1座（興園路高架橋），中橋1座（岐下中橋），涵洞1座（RC 排洪箱涵），與規(guī)劃興園路、岐下路、山海大道形成交叉[2]。路線主要控制點(diǎn)為軟基處理、興園路高架橋。

橋梁使用的混凝土主要有C50混凝土、C40混凝土、C35混凝土、C30混凝土。其中C50混凝土主要用于預(yù)制30mT梁；C40混凝土主要用于橋墩墩身、蓋梁、臺(tái)身、耳背墻、橋臺(tái)帽梁；C35混凝土主要用于承臺(tái)、系梁、搭板。C30混凝土主要用于護(hù)欄。本文以C40混凝土現(xiàn)澆墩身應(yīng)用實(shí)例，進(jìn)行了混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)研究。

4 混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)在項(xiàng)目的應(yīng)用實(shí)踐

新拌混凝土的工作性包括混凝土初始坍落度、坍落度經(jīng)時(shí)損失量等，不僅對(duì)混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工有影響，而且對(duì)混凝土的力學(xué)性能和使用壽命也有重要影響，因此對(duì)新拌合混凝土工作性的質(zhì)量控制是混凝土施工質(zhì)量的重要保證。干燥骨料在拌合過(guò)程中以吸收拌合水為主；而飽和的濕潤(rùn)骨料在拌合過(guò)程中主要為膠凝材料的濕潤(rùn)返水，有利于膠凝材料的拌合和外加劑均勻分散，并對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生影響。

在本試驗(yàn)過(guò)程中，混凝土的攪拌采用強(qiáng)制式單臥軸混凝土攪拌機(jī)。不同預(yù)濕用水量、不同預(yù)濕時(shí)間的骨料配置抗壓強(qiáng)度為40MPa的混凝土，研究干燥狀態(tài)和經(jīng)過(guò)預(yù)濕處理的骨料分別對(duì)混凝土工作性、強(qiáng)度的影響；觀察混凝土坍落度的變化規(guī)律，分析其對(duì)減小混凝土坍落度損失和影響強(qiáng)度的作用機(jī)埋?；炷了盟酁楹Ｂ菟郟.042.5；砂：閩江砂場(chǎng)，規(guī)格中砂Ⅱ區(qū)，細(xì)度模數(shù)2.63，表觀密度2630kg/m3，堆積密度1490kg/m3，含泥量1%；碎石：仙游楓亭碎石場(chǎng)，規(guī)格5～31.5mm，表觀密度2600kg/m3，堆積密度1540kg/m3，含泥量0.8%，壓碎值14.6%，針片狀8.2%；粉煤灰：福建新源粉煤灰開(kāi)發(fā)有限公司產(chǎn)Ⅱ級(jí)粉煤灰；外加劑：福州博潤(rùn)高性能減水劑，混凝土初始配合比設(shè)計(jì)見(jiàn)表1[3]。

表1 混凝土配合比

4.1 混凝土骨料預(yù)濕用水量試驗(yàn)

混凝土預(yù)濕用水量試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)法，預(yù)濕用水量分別為拌合水量的0%、10%、20%、30%、40%、50%。不同預(yù)濕用水量混凝土，拌合物出鍋3min 內(nèi)進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，結(jié)果列于表2。

對(duì)表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)濕用水量為0時(shí)，混凝土坍落度為210mm，1h 經(jīng)時(shí)損失量為45mm，占其自身初始坍落度的21.43%，隨著預(yù)濕用水量的增加，其坍落度逐漸減?。划?dāng)預(yù)濕用水量達(dá)到30%時(shí)，坍落度值為195mm，預(yù)濕用水量繼續(xù)增加，坍落度數(shù)值保持不變；預(yù)濕用水量為10%時(shí)，1h 經(jīng)時(shí)損失量為35mm，占其自身初始坍落度的17.07%；預(yù)濕用水量為20%時(shí)，1h 經(jīng)時(shí)損失量為30mm，占其自身初始坍落度的15%；當(dāng)預(yù)濕用水量為30%時(shí)，1h 經(jīng)時(shí)損失量為20mm，占其自身初始坍落度的10.26%；預(yù)濕用水量繼續(xù)增加，混凝土坍落度1h 經(jīng)時(shí)損失基本保持穩(wěn)定。這表明當(dāng)預(yù)濕用水量低于拌合水量的30%時(shí)，預(yù)濕技術(shù)對(duì)減小新拌混凝土工作性損失的效果越顯著；當(dāng)預(yù)濕用水量大于30%時(shí)，預(yù)濕技術(shù)對(duì)減小新拌混凝土工作性損失的效果不再增加。

綜上所述，混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)的最優(yōu)預(yù)濕用水量為拌合水量的30%。當(dāng)預(yù)濕用水量為拌合水量的30%時(shí)，其坍落度符合混凝土工程要求，1h 經(jīng)時(shí)損失量達(dá)到最小值。

表2 不同預(yù)濕用水量新拌混凝土的坍落度（試30L）

4.2 混凝土骨料預(yù)濕時(shí)間試驗(yàn)

混凝土預(yù)濕時(shí)間試驗(yàn)采用單因素試驗(yàn)法，預(yù)濕時(shí)間分別為0h、0.5h、1h、2h、4h、8h，預(yù)濕用水量為拌合水量的30%。

制備不同預(yù)濕時(shí)間的混凝土，拌合物出鍋3min 內(nèi)進(jìn)行坍落度試驗(yàn)，結(jié)果列于表3。

表3 不同預(yù)濕時(shí)間新拌混凝土的坍落度

對(duì)表3中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)濕時(shí)間為0h時(shí)，混凝土坍落度為195mm，1h 經(jīng)時(shí)損失量占其自身初始坍落度的10.26%，隨著預(yù)濕時(shí)間的增加，其坍落度逐漸減?。划?dāng)預(yù)濕時(shí)間達(dá)到2h時(shí)，坍落度值為190mm，預(yù)濕時(shí)間繼續(xù)增加，坍落度數(shù)值保持不變；預(yù)濕時(shí)間為0.5h時(shí)，1h 經(jīng)時(shí)損失量為10.26%；預(yù)濕時(shí)間為1h時(shí)，1h 經(jīng)時(shí)損失量為7.69%；當(dāng)預(yù)濕時(shí)間為2h時(shí)，1h 經(jīng)時(shí)損失量為5.26%；預(yù)濕時(shí)間繼續(xù)增加，1h 經(jīng)時(shí)損失量不再減小。這表明當(dāng)預(yù)濕時(shí)間低于2h，隨著預(yù)濕時(shí)間的增加，預(yù)濕技術(shù)對(duì)減小新拌混凝土工作性損失的效果越顯著；當(dāng)預(yù)濕時(shí)間大于2h時(shí)，預(yù)濕技術(shù)對(duì)減小新拌混凝土工作性損失的效果不再增加。

綜上所述，混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)的最優(yōu)預(yù)濕時(shí)間為2h，其坍落度符合混凝土施工要求，1h 經(jīng)時(shí)損失量達(dá)到最小值。

4.3 預(yù)濕骨料技術(shù)對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展的影響

為了研究混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展的影響，本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)照試驗(yàn)對(duì)比混凝土3d、7d、28d 抗壓強(qiáng)度，并分析試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)混凝土骨料預(yù)濕用水量試驗(yàn)和預(yù)濕時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果，采用混凝土骨料預(yù)濕用水量為拌合水量的30%，預(yù)濕時(shí)間為2h，混凝土配合比采用表1制備混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊，試塊尺寸為150mm×150mm×150mm。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 預(yù)濕骨料技術(shù)對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖1是混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)與傳統(tǒng)混凝土攪拌技術(shù)制備混凝土抗壓強(qiáng)度的對(duì)比曲線圖。由曲線可知，預(yù)濕骨料技術(shù)在混凝土3d、7d、28d 抗壓強(qiáng)度均有所提高。其中傳統(tǒng)攪拌技術(shù)與預(yù)濕骨料技術(shù)3d 抗壓強(qiáng)度分別為34.7MPa、38.7MPa，7d 抗壓強(qiáng)度分別為40.4MPa、43.9MPa，28d抗壓強(qiáng)度分別為50.4MPa、55.6MPa，這說(shuō)明骨料預(yù)濕對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展具有積極影響。

4.4 結(jié)果與討論

4.4.1 預(yù)濕骨料技術(shù)的效果

通過(guò)對(duì)混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)對(duì)混凝土坍落度、1h經(jīng)時(shí)變化量、強(qiáng)度的研究，本文得出以下結(jié)論：當(dāng)預(yù)濕用水量為拌合水量的30%，預(yù)濕時(shí)間為2h時(shí)，混凝土坍落度符合工程實(shí)際，且其經(jīng)時(shí)變化量較小，不影響混凝土后期施工。預(yù)濕骨料技術(shù)在不調(diào)整混凝土水灰比的前提下，骨料經(jīng)過(guò)預(yù)濕處理后，其3d、7d、28d抗壓強(qiáng)度有所提高，避免了因混凝土配合比設(shè)計(jì)不考慮劣質(zhì)砂石影響導(dǎo)致工程施工中混凝土坍落度損失較大和強(qiáng)度不足的工程問(wèn)題。

4.4.2 社會(huì)效益

采用預(yù)濕骨料技術(shù)拌制混凝土，有效控制了砂石在拌制過(guò)程中的粉塵，減少了揚(yáng)塵污染，其對(duì)改善生產(chǎn)環(huán)境具有顯著效果?；炷撂涠容^為穩(wěn)定，有利于對(duì)混凝土的質(zhì)量控制，在節(jié)約資源的同時(shí)有利于環(huán)境保護(hù)。混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)便于操作，僅需在料倉(cāng)遮陽(yáng)棚立柱安裝噴淋系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)混凝土骨料的預(yù)濕工藝，這有利于在同行業(yè)推廣使用；同時(shí)，混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)是改善施工環(huán)境、實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，具有明顯的社會(huì)效益和環(huán)境效益。

4.4.3 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)在料倉(cāng)遮陽(yáng)棚立柱安裝噴淋系統(tǒng)對(duì)骨料進(jìn)行預(yù)濕處理，大大提高了除塵設(shè)備使用周期，減少因混凝土流動(dòng)性不足而增加的攪拌機(jī)耗電。單方混凝土可節(jié)約電耗0.025kw·h，延長(zhǎng)攪拌系統(tǒng)的使用壽命?；炷镣饧觿┦褂昧坑行p少8%～12%，提高混凝土28d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度3～5MPa 后，可折合節(jié)約水泥14kg。

5 結(jié)語(yǔ)

采用混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)生產(chǎn)混凝土，可使混凝土出機(jī)坍落度和施工現(xiàn)場(chǎng)泵送坍落度相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)混凝土施工和現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制具有積極影響；同時(shí)，減少了混凝土退灰傾倒排放的數(shù)量，在節(jié)約資源的同時(shí)保護(hù)了環(huán)境；混凝土預(yù)濕骨料技術(shù)操作簡(jiǎn)單方便，且有利于環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約，符合建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的國(guó)家政策，具有一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)對(duì)預(yù)濕用水量和預(yù)濕時(shí)間進(jìn)行控制，詳細(xì)研究了預(yù)濕用水量和預(yù)濕時(shí)間對(duì)混凝土拌和物初始坍落度、坍落度經(jīng)時(shí)損失以及強(qiáng)度產(chǎn)生的影響，并根據(jù)福建省普通國(guó)省干線公路聯(lián)十一線（莆田境）涵江江口至仙游楓亭段工程A11-1 合同段(K43+560～K45+200)項(xiàng)目分析出了最佳預(yù)濕用水量和預(yù)濕時(shí)間，在節(jié)約成本的同時(shí)提高了混凝土質(zhì)量，為解決當(dāng)前混凝土行業(yè)因砂石質(zhì)量下降造成的混凝土質(zhì)量降低提供了依據(jù)。