常規(guī)品水洗砂配制高性能大流態(tài)混凝土的配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

邱文會(huì)，王龍，鞏繁龍

（河南金諾混凝土有限公司，河南 許昌 461000）

0 前言

伴隨著國家基建及房地產(chǎn)的迅猛發(fā)展，天然砂資源越來越緊張，進(jìn)而只能選擇使用人工砂。常見人工砂有機(jī)制砂和水洗砂，水洗砂來源于礦山石材的邊角料，其含泥量、含粉量、吸水率、礦物黏土、壓碎指標(biāo)等，對(duì)混凝土產(chǎn)品質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生影響。近年來國家對(duì)環(huán)保的要求越來越高，水洗砂領(lǐng)域又要求用絮凝劑凈化水質(zhì)，更加加劇混凝土產(chǎn)品的不穩(wěn)定性。

水洗砂的通病是顆粒級(jí)配不穩(wěn)定，大量應(yīng)用水洗砂的混凝土，狀態(tài)大多稠稀不穩(wěn)定，稠時(shí)到工地泵送困難，工地需二次加水才能勉強(qiáng)施工，稀時(shí)澆筑到施工部位，出現(xiàn)離析或滯后泌水。此兩種情況均無法保證混凝土強(qiáng)度及穩(wěn)定性，也會(huì)造成后期回彈強(qiáng)度的下降及碳化值的升高。針對(duì)上述情況，須優(yōu)化混凝土配合比。

1 原材料常規(guī)品求精品

高品質(zhì)混凝土需要從源頭把控原材料品質(zhì)。水泥、礦粉、粉煤灰在每車進(jìn)場(chǎng)后進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，檢測(cè)其與外加劑適應(yīng)性、需水量比、凝結(jié)時(shí)間、燒失量等重要指標(biāo)。加強(qiáng)質(zhì)檢人員培訓(xùn)，對(duì)砂石骨料嚴(yán)格把關(guān)，減小砂石骨料的質(zhì)量波動(dòng)。

（1）水洗砂遵循“常規(guī)品求精品，精品選勻質(zhì)品”的原則，嚴(yán)控水洗砂進(jìn)場(chǎng)品質(zhì)。管控前后對(duì)比見圖1 和表 1、2。

圖1 水洗砂對(duì)比

表1 原水洗砂篩分?jǐn)?shù)據(jù)

表2 水洗砂數(shù)據(jù)對(duì)比

圖1 原水洗砂細(xì)度模數(shù)大、含泥量大、級(jí)配不佳、自密實(shí)度差，影響混凝土和易性及強(qiáng)度。對(duì)水洗砂質(zhì)量管控后，圖 2 砂子含泥量低、連續(xù)級(jí)配有明顯改善，穩(wěn)定性提升。

（2）面砂質(zhì)量把控前后對(duì)比見圖 2 和表 3。

圖2 面砂對(duì)比

表3 面砂數(shù)據(jù)對(duì)比

將開封黃面砂改為舞鋼黑面砂，可有效解決面砂含泥量高、品質(zhì)波動(dòng)大等問題，在混凝土中可提高面砂用量，增加混凝土密實(shí)度，提高混凝土和易性。

（3）石子質(zhì)量把控前后對(duì)比見圖 3 和表 4。

圖3 石子對(duì)比

表4 石子數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)石子質(zhì)量把控后針片狀石子減少，石子空隙率降低，可增加石子用量，改善混凝土流動(dòng)性，提高混凝土密實(shí)度，從而有效增加混凝土強(qiáng)度。

（4）選擇品質(zhì)穩(wěn)定水泥

針對(duì)原水泥不穩(wěn)定的問題，對(duì)每批次的進(jìn)場(chǎng)水泥進(jìn)行檢測(cè)，做好與外加劑適應(yīng)性凈漿試驗(yàn)（圖 4），做到對(duì)進(jìn)場(chǎng)水泥有明確了解。同時(shí)引進(jìn)天瑞水泥，作為橫向?qū)Ρ龋ū?5）。

圖4 水泥與外加劑匹配性初始及半小時(shí)擴(kuò)展度對(duì)比

表5 水泥基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢測(cè)對(duì)比

（5）改善減水劑性能

現(xiàn)有減水劑多為醚類高性能聚羧酸，此類減水劑減水性能優(yōu)越，但敏感性強(qiáng)、抗吸附能力差，在砂石狀態(tài)不穩(wěn)定的情況下，造成混凝土狀態(tài)、和易性及保坍性能波動(dòng)極大。據(jù)此情況改用敏感度低的脂類減水劑，通過減水劑的合成及復(fù)配，降低減水劑的敏感度，在低砂率的前提下保證混凝土的和易性及保坍性，同時(shí)在混凝土中加入適量細(xì)砂和石粉時(shí)，降低混凝土粘度，保證施工順利。表 6 為外加劑的具體調(diào)整思路。

表6 外加劑的調(diào)整方向

（6）添加石粉微集料

石粉采用金諾干粉砂漿生產(chǎn)線砂石骨料加工過程中產(chǎn)生的粒徑小于 0.075mm 的粉狀顆粒物，其純度相對(duì)比較高，能夠很好地改善混凝土性能。

1）石粉作為微集料起填充作用。石粉顆粒很小，在混凝土中可起微集料作用，充填到微小的孔隙中，同時(shí)參與水化反應(yīng)，物理充填和水化反應(yīng)產(chǎn)物充填共同作用，比惰性微集料單純的物理充填效果更好，使混凝土更加密實(shí)，從而提高了混凝土的強(qiáng)度。

2）石粉具備保水增稠作用。一方面石粉可以吸收混凝土中的用水，在一定程度上增加混凝土的單位用水量，適當(dāng)提高石粉含量，可增加混凝土的黏度，有效降低了混凝土拌合物離析和泌水的風(fēng)險(xiǎn)；另一方面，在混凝土硬化過程中，石粉會(huì)釋放其吸收的水分，用于補(bǔ)償混凝土后期水化用水，從而減少了混凝土的收縮。

2 優(yōu)化混凝土配合比

由于水洗砂細(xì)度模數(shù)偏大、砂子粒形差，級(jí)配分布嚴(yán)重不均勻，按照傳統(tǒng)質(zhì)量法設(shè)計(jì)配合比，制備的混凝土和易性差、砂石分離嚴(yán)重。據(jù)此宜根據(jù)水膠比，漿骨比、砂石比和礦物摻合料用量等四要素，由各材料在滿足施工前提下緊密堆積的原理，用絕對(duì)體積法計(jì)算材料用量設(shè)計(jì)配合比。降低砂率，引入不同級(jí)配的細(xì)顆粒相互填充，通過外加劑調(diào)整降低粘度、增加和易性及保坍性。兩種方案設(shè)計(jì)的 C30 混凝土配合比及單方價(jià)格見表 7。

表7 質(zhì)量法設(shè)計(jì)的原配比與絕對(duì)體積法優(yōu)化后的現(xiàn)配比

（1）通過對(duì)水洗砂、面砂、石子的改善及嚴(yán)格進(jìn)廠質(zhì)量把控，可有效減低混凝土砂率，改善和易性，提高強(qiáng)度。

（2）引入石粉作為混凝土填充料，提高混凝土和易性及密實(shí)度，降低混凝土材料成本。

（3）運(yùn)用體積法計(jì)算混凝土配比，控制水膠比，降低膠材用量，通過外加劑輔助調(diào)整，可改善混凝土整體密實(shí)度及工作性，提升混凝土回彈強(qiáng)度，減小碳化，降低混凝土綜合成本。

（4）針對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土、不同施工部位及不同施工習(xí)慣工地，根據(jù)體積法設(shè)計(jì)不同配合比，更能精細(xì)、準(zhǔn)確地優(yōu)化混凝土成本。

實(shí)際生產(chǎn)中配比應(yīng)用及成本計(jì)算見表 8。由表 8 可以看出，單方成本 C30 降低 15.45 元， C35 降低 17.56元，C40 降低22.92 元，C45 降低 18.58 元，C50 降低11.41 元。以 C30 為例，5 月份至今共生產(chǎn) 96312m3，共節(jié)省約 1488020.4 元。

表8 實(shí)際生產(chǎn)中的配合比及成本計(jì)算

3 加強(qiáng)與施工方技術(shù)溝通

混凝土運(yùn)出商砼公司時(shí)僅屬于半成品，因此要加強(qiáng)與施工方的技術(shù)溝通，確?；炷潦┕ろ樌?，并保證最終質(zhì)量。

（1）提前與施工方進(jìn)行技術(shù)交底，了解施工要求，提出合理建議，確保施工高效、順利地完成。

（2）保證混凝土到達(dá)澆筑部位的工作性和穩(wěn)定性，杜絕施工工人無節(jié)制的對(duì)混凝土二次加水。

（3）積極監(jiān)督與配合施工方對(duì)澆筑部位進(jìn)行科學(xué)有效的養(yǎng)護(hù)工作，從而減小碳化，保證回彈強(qiáng)度。

4 方案調(diào)整后混凝土性能對(duì)比

4.1 混凝土工作性能

通過試驗(yàn)驗(yàn)證配比改善后新拌混凝土的效果見圖5～7。通過對(duì)比可知，混凝土工作性能得到明顯改善，體積穩(wěn)定性提高。

圖5 通過試驗(yàn)驗(yàn)證配比改善后效果

圖6 坍落度、擴(kuò)展度試驗(yàn)

經(jīng)過半年實(shí)際應(yīng)用及觀察，采用優(yōu)化后新配合比，混凝土的流動(dòng)性、粘聚性、保坍性及穩(wěn)定性得到有效改善，通過與工地有效溝通及澆筑現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)控檢驗(yàn)，能基本杜絕施工工人對(duì)混凝土二次加水現(xiàn)象，保證混凝土施工穩(wěn)定性及后期強(qiáng)度。

4.2 混凝土力學(xué)性能及碳化

優(yōu)化前后混凝土的力學(xué)性能及碳化深度對(duì)比數(shù)據(jù)見表 9。由表 9 可知，新配比降低 20kg 水泥，碳化值更小，回彈值接近，數(shù)值均勻強(qiáng)度值更高。

圖7 混凝土出機(jī)狀態(tài)

表9 混凝土強(qiáng)度及碳化深度

6 總結(jié)

通過半年的實(shí)踐表明，混凝土和易性明顯改善，狀態(tài)穩(wěn)定性有所提高，混凝土勻質(zhì)性好；回彈值離散性變小，碳化值有改善，但碳化主要影響因素在于工地施工規(guī)范度及后期合理養(yǎng)護(hù)，后續(xù)高強(qiáng)等級(jí)在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)一步觀察狀態(tài)收集數(shù)據(jù)；混凝土的經(jīng)濟(jì)成本平均單方下降 10～20 元，混凝土技術(shù)水平提升顯著，企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)能力明顯增強(qiáng)。