張景發(fā)

商品混凝土和易性不合格原因分析及改進(jìn)措施

張景發(fā)

本文通過(guò)對(duì)某商品混凝土公司 C30 混凝土配合比試驗(yàn)和易性不合格的實(shí)例進(jìn)行全面分析，提出了相應(yīng)改進(jìn)措施以供同行們參考。

商品混凝土；坍落度；漿骨比；砂率；膠凝材料

0 前言

2013 年 5 月在某商品混凝土公司做試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)混凝土和易性不合格事件，由商品混凝土公司提供混凝土配合比及原材料，由外加劑廠提供泵送劑，雙方共同在試驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)。

0.1 試驗(yàn)技術(shù)要求

（1）混凝土強(qiáng)度等級(jí) C30。

（2）坍落度初始值180～200mm，1h 損失不大于30mm。

（3）混凝土和易性滿足泵送施工要求。

（4）混凝土耐久性和體積穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。

0.2 混凝土配合比及所用原材料

表 1 混凝土配合比 kg/m3

0.3 試驗(yàn)方法

按照 GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》做稠度試驗(yàn)。

0.4 試驗(yàn)結(jié)果

混凝土粘聚性特差，包裹性不好，保水性也不好，沒(méi)有流動(dòng)性，出現(xiàn)離析泌水現(xiàn)象。

0.5 解決辦法

經(jīng)雙方研究由商品混凝土公司調(diào)整配合比，由外加劑廠重新調(diào)整泵送劑組分及用量。再來(lái)共同做試驗(yàn)，直至合格為止。

后經(jīng)雙方共同努力，終于在較短時(shí)間完成調(diào)整，經(jīng)試驗(yàn)合格后投入批量生產(chǎn)，應(yīng)用于工程上，后經(jīng)跟蹤檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題。

1 混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本原則、方法及注意事項(xiàng)

1.1 基本原則

混凝土配合比設(shè)計(jì)首先應(yīng)考慮在滿足可施工性的條件下，同時(shí)要達(dá)到設(shè)計(jì)提出的強(qiáng)度等級(jí)和耐久性要求，是最經(jīng)濟(jì)合理的。

1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

按著 JGJ5—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》執(zhí)行，同時(shí)還應(yīng)滿足國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

1.3 注意事項(xiàng)

（1）試驗(yàn)室用水量是非常精確的，但生產(chǎn)上由于各種因素砂石含水率經(jīng)常是波動(dòng)的。

（2）制定試驗(yàn)、生產(chǎn)和交貨的強(qiáng)度和坍落度的內(nèi)控指標(biāo)，才能符合施工要求的和易性和強(qiáng)度。

（3）混凝土拌合物坍落度常受到氣溫、氣候和各種因素的影響導(dǎo)致坍損不利施工，最通用的方法就是后摻外加劑進(jìn)行調(diào)整。

2 C30 混凝土配合比資料統(tǒng)計(jì)分析

筆者在商品混凝土公司工作多年，應(yīng)用于工程上的 C30配合比眾多，經(jīng)整理統(tǒng)計(jì)無(wú)論從混凝土強(qiáng)度、施工性能還是耐久性方面均收到較好的效果，經(jīng)整理統(tǒng)計(jì)優(yōu)選一個(gè) C30 配合比加以分析。C30 混凝土配合比資料統(tǒng)計(jì)分析表詳見(jiàn)表 2、表 3。

3 剖析 C30 不合格案例配合比的工作性

新拌混凝土的和易性（工作性）這是一個(gè)綜合性指標(biāo)，包括以下三個(gè)方面，即混凝土的流動(dòng)性、粘聚性和保水性。

3.1 水泥漿量（骨料量）

3.1.1 水泥漿量（骨料量）最佳控制范圍

商品混凝土水泥漿體一般多在 310～350L 之間，從而骨料體積一般在 640～680L 之間，漿骨比則在 1:(2.2～1.8) 之間。

泵送混凝土：C30 混凝土最大漿骨比/漿體百分率≤0.32；漿骨體積比為 1:2；用水量 ≤175kg/m3。

3.1.2 匯總表

表 4 為表 2、3 中優(yōu)選案例與本文 C30 不合格產(chǎn)品案例水泥漿量的對(duì)比表。

表 2 C30 混凝土配合比資料統(tǒng)計(jì)分析

表 3 C30 混凝土配合比資料統(tǒng)計(jì)分析（續(xù)）

表 4 水泥漿量的對(duì)比表

3.1.3 分析認(rèn)為

（1）從匯總表 4 中明顯看出，本案例配合比中水泥漿體較少，骨料相對(duì)較多，漿骨比較大。

（2）由于水泥漿數(shù)量不足，無(wú)法將散落的砂石粘結(jié)在一起，混凝土出現(xiàn)粘聚性差，離析，泌水，保水性不好，更談不上混凝土的流動(dòng)性。

3.2 砂的細(xì)度與砂率

3.2.1 砂率在混凝土中的作用

適當(dāng)?shù)纳奥拾柚粕皾{在新拌混凝土中起潤(rùn)滑作用，可減少粗骨料之間的摩擦阻力，可達(dá)到明顯提高混凝土流動(dòng)性的作用。

3.2.2 砂率對(duì)混凝土性能的影響

在水膠比和漿骨比一定的條件下，砂率的變動(dòng)主要可影響施工性能和變形性質(zhì)，對(duì)硬化后的強(qiáng)度也會(huì)有影響（在一定范圍內(nèi)砂率小的強(qiáng)度稍低、彈性模量稍大、開(kāi)裂敏感性較低，拌合物粘聚性稍差，反之則相反）。

3.2.3 選擇砂率的原則和方法

（1）原則

在用水量和水泥用量一定的情況下，能使混凝土拌合物獲得最大流動(dòng)性和良好粘聚性及保水性的砂率值，或者是使拌合物在獲得所要求的和易性的前提下，水泥用量最小的砂率。

一般說(shuō)來(lái)在普通混凝土漿體用量一定時(shí)，在保證工作性的前提下，應(yīng)盡量減少砂率以提高混凝土強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性。

（2）方法

砂率很難用計(jì)算方法來(lái)確定，可采用經(jīng)驗(yàn)及歷史資料并結(jié)合粗骨料、混凝土拌合物和施工要求，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定。

配制泵送混凝土宜選用中砂且通過(guò) 0.315mm 篩孔顆粒，不宜少于 15%，當(dāng)采用粗砂時(shí)應(yīng)提高砂率并保持足夠的水泥用量，滿足混凝土和易性。當(dāng)采用細(xì)砂時(shí)宜適當(dāng)降低砂率。

水膠比大砂率應(yīng)增大，反之則應(yīng)減小。

3.2.4 最佳砂率值的控制范圍

JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》泵送混凝土砂率宜為 35%～45%，細(xì)骨料宜用中砂且通過(guò)直徑為 315μm篩孔的顆粒含量不宜少于 15%。本案例配合比砂率 47%（粗砂）。

3.2.5 匯總表

砂率對(duì)比表，見(jiàn)表 5。

表 5 砂率對(duì)比表

3.2.6 分析認(rèn)為

（1）本案例配合比中為粗砂砂率 47%，根據(jù)砂率選擇原則“使用粗砂應(yīng)提高砂率”、“漿體量較少時(shí)應(yīng)增大砂率”可知砂率大于最佳控制砂率是合理的。

（2）本案例混凝土配合比做稠度試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)“混凝土粘聚性持差，出現(xiàn)離散現(xiàn)象”包裹性不好，保水性也不好，沒(méi)有流動(dòng)性，認(rèn)為是砂率偏低促成的，有必要進(jìn)行調(diào)整。

3.3 混凝土單方用水量

3.3.1 混凝土單方用水量對(duì)混凝土性能的影響

（1）用水量過(guò)多對(duì)混凝土性能的影響

用水量過(guò)多時(shí)水泥顆粒與水接觸的機(jī)會(huì)增多，可得到充分的擴(kuò)散，水化進(jìn)行充分。但是由于水泥漿中水化物質(zhì)距離加大，相互之間作用力減弱而使凝結(jié)困難，延長(zhǎng)了凝結(jié)硬化時(shí)間，而硬化后多余水分蒸發(fā)留下的毛細(xì)孔較多要降低水泥石強(qiáng)度和耐久性。

（2）用水量適宜（最佳）對(duì)混凝土性能的影響

最佳用水量可以降低硬化水泥石總空隙率，從而可提高混凝土強(qiáng)度，而且也會(huì)影響水泥石中水化產(chǎn)物特性，因此最佳用水量的水泥石具有較高的強(qiáng)度、耐久性和體積穩(wěn)定性。

（3）用水量過(guò)少對(duì)混凝土性能的影響

用水量過(guò)少，混凝土強(qiáng)度低，流動(dòng)性變差，施工不便易造成混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量事故。

3.3.2 選擇用水量的原則和方法

（1）根據(jù) JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》第 5.2.1條選擇用水量。

（2）普通混凝土單位用水量應(yīng)在滿足混凝土強(qiáng)度和工作性要求的前題下盡量減少用水量。

（3）在商品混凝土中用水量多、泵送劑摻量少，而水泥用量多，反之用水量少，泵送劑摻量多，水泥用量少。

3.3.3 混凝土最佳用水量控制范圍

（1）按 JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算用水量。

本案例設(shè)計(jì)混凝土為 C30 等級(jí)，施工配合比用粗砂Mf≥3.2，碎石為連續(xù)級(jí)配粒徑 20mm，坍落度要求大于190mm，減水率按 20% 計(jì)算。

塑性混凝土用水量見(jiàn) JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》表 5.2.1-2。

計(jì)算方法：坍落度 90+20×5=190(mm)

用水量：坍落度每增加 20mm 用水量增加 5kg，205+5×5=230kg

式中β：外加劑減水率

Mwo=230×(1-20%)=230×0.8=184kg本案例配合比中用水量為 150kg

3.3.4 匯總表

表 6 用水量對(duì)比表

3.3.5 分析認(rèn)為

從匯總表中明顯看出本案例配合比中用水量偏少，這將嚴(yán)重的影響混凝土和易性和硬化后的混凝土性能。

3.4 混凝土單方膠凝材料用量

3.4.1 膠凝材料用量對(duì)混凝土性能的影響

眾所周之，在新拌混凝土中當(dāng)用水量一定時(shí)隨著膠凝材料用量增加，水泥漿體的粘聚性和保水性將會(huì)得到提高，混凝土流變性也會(huì)得到改善。

3.4.2 選擇膠凝材料用量的原則和方法

在滿足強(qiáng)度、耐久性和工作性的前提下盡量減少膠凝材料用量達(dá)到降低成本，減少水化熱和收縮，提高混凝土體積穩(wěn)定性。

膠凝材料用量的計(jì)算方法可根據(jù)水膠比進(jìn)行計(jì)算。

3.4.3 膠凝材料用量的控制范圍

本案例混凝土配合比膠凝材料用量為 390kg。膠凝材料用量對(duì)比匯總表見(jiàn)表 7。

表 7 膠凝材料用量對(duì)比表 kg/m3

3.4.4 分析

從匯總表中明顯看出本案例配合比中膠凝材料偏少，做混凝土稠度試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)水泥漿量不足，包裹性不好，粘聚性差，保水性也不好，很有必要進(jìn)一步調(diào)整。

3.5 關(guān)于泵送劑及試驗(yàn)結(jié)果

3.5.1 泵送劑的作用原理

在混凝土中摻入泵送劑可使混凝土易于流動(dòng)并充滿整個(gè)泵管，并具有足夠的粘聚性，在泵壓作用下，不離析不泌水?；炷僚c管壁之間及混凝土內(nèi)部磨擦阻力減小，明顯提高混凝土的可泵性。

泵送施工方法的混凝土是在輸送管道內(nèi)依靠水、膠凝材料及細(xì)粉料形成薄漿層，將混凝土芯柱與管壁隔開(kāi)形成懸浮狀態(tài)，在泵壓下推動(dòng)向前移動(dòng)，最終到達(dá)澆筑地點(diǎn)。

3.5.2 選擇泵送劑的原則和方法

（1）原則

泵送劑的選擇應(yīng)根據(jù)混凝土性能要求，施工工藝及工程所處環(huán)境條件，結(jié)合混凝土原材料，配合比以及對(duì)水泥的適應(yīng)性等因素，通過(guò)試驗(yàn)確定其組成和摻量。

（2）方法

必須結(jié)合工程實(shí)際情況，通過(guò)試驗(yàn)來(lái)選擇泵送劑。

本案例摻用普通泵送劑試驗(yàn)結(jié)果，由于對(duì)工程情況不十分了解，采用通常使用的泵送劑，按常規(guī)摻量 2% 進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果出現(xiàn)粘聚性不好、保水性差、離析泌水、無(wú)流動(dòng)性。因此很有必要調(diào)整泵送劑的組分及用量。

3.6 分析結(jié)果匯總

C30 混凝土優(yōu)選案例與不合格案例各項(xiàng)性能指標(biāo)的對(duì)比分析進(jìn)行匯總整合，分析結(jié)果詳見(jiàn)表 8。

表 8 C30 混凝土優(yōu)選案例與不合格案例對(duì)比分析表

4 改進(jìn)措施

4.1 對(duì)混凝土配合比的改進(jìn)

（1）關(guān)于砂率的調(diào)整

①根據(jù)原因分析可知本案例混凝土配合比砂率偏低，如繼續(xù)使用粗砂可將砂率由原來(lái)的 47% 提高到 50%。

②向粗砂中摻入部分細(xì)砂以改善混凝土拌合物的和易性，防止離析泌水并避免多用水泥，這個(gè)辦法更適合膠凝材料較少或者坍落度較大流動(dòng)性混凝土。

（2）膠凝材料用量的調(diào)整

根據(jù)前面原因分析可知本案例配合比中膠凝材料用量較少，可將粉煤灰由原來(lái)的 85 公斤提高到 95 公斤，膠凝材料總量達(dá)到 400 公斤。

（3）用水量的調(diào)整

根據(jù)前面原因分析可知，本案例配合比中單方用水量較少，可將單方用水量增加到 175 公斤。

(4) 對(duì)泵送劑的調(diào)整

增加保水組分，粘聚組分和引氣組分，防止混凝土離散、離析泌水。摻量由 2% 下調(diào)到 1.6%。

4.2 調(diào)整后配合比及泵送劑試驗(yàn)結(jié)果

4.2.1 調(diào)整后的混凝土配合比（表 9）

表 9 調(diào)整后的混凝土配合比 kg/m3

4.2.2 調(diào)整后配合比試驗(yàn)及應(yīng)用結(jié)果

（1）新拌混凝土試驗(yàn)結(jié)果

初始坍落度 200mm，1h 保留值 180mm，和易性好，滿足泵送施工需要。

（2）硬化混凝土試驗(yàn)結(jié)果

留置試塊（標(biāo)養(yǎng)），3d 平均抗壓強(qiáng)度比達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的40%，7d 平均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo) 70%， 28d 平均強(qiáng)度超過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

本案例混凝土配合比設(shè)計(jì)采取降低水膠比確保混凝土強(qiáng)度，降低水泥漿量確保混凝土的體積穩(wěn)定性，防止開(kāi)裂。 泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。

6 感謝

本文在編寫過(guò)程中得到營(yíng)口市鲅魚(yú)圈區(qū)盛源混凝土構(gòu)件有限公司劉秀芳工程師、吉林交通商品混凝土有限公司喬德福高級(jí)工程師和吉林市恒昌混凝土外加劑廠李仲春工程師三位同仁的大力支持和幫助，在此表示感謝。

[1] JGJ55——2011普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[S]．

[2] GB/T50080——2002 普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]．

［通訊地址］遼寧省遼陽(yáng)市遼鞍路 28 號(hào)第 17 號(hào)信箱（111200）

圖 4 試驗(yàn)配合比連續(xù)級(jí)配曲線

圖 5 新拌混凝土狀態(tài)

綜上所述，在本研究采用的試驗(yàn)配合比中，（CF，WF）的落點(diǎn)全部控制在圖 2 所示的 II 區(qū)范圍內(nèi)。雖然原材料自身存在一定的局限性，但在不同砂率的條件下，混凝土的骨料連續(xù)級(jí)配曲線（圖 4 所示）基本能控制在圖 1 所推薦的范圍內(nèi)。因此理論上可認(rèn)為試驗(yàn)配合比中骨料級(jí)配組合優(yōu)良。從試配結(jié)果來(lái)看，混凝土拌合物的工作性良好，沒(méi)有出現(xiàn)離析和泌水，坍落度都在 220mm 以上，擴(kuò)展度均在460mm 以上，見(jiàn)圖 5。

就經(jīng)濟(jì)成本而言，也能符合預(yù)期的要求。以 C30 為例，試驗(yàn)配合比中用水量、水泥用量及減水劑摻量都有一定的降低，在保證工作性及強(qiáng)度要求的前提下，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

因此，利用最大密度曲線并結(jié)合粗糙度因子—工作性因子的方式可以利用進(jìn)場(chǎng)原材料，有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土顆粒級(jí)配的優(yōu)化與控制。在配合比設(shè)計(jì)中也有助于技術(shù)人員更加直觀地去選擇合適的砂率，另外，利用該方式還能針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中原材料的變化，對(duì)混凝土的級(jí)配及配合比做出快速、有效地調(diào)整。

4 結(jié)論

（1）砂石骨料級(jí)配狀態(tài)良好是混凝土工作性、強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性等多項(xiàng)性能的重要基礎(chǔ)，良好的骨料級(jí)配能有效降低單方混凝土中用水量、水泥用量及減水劑摻量。

（2）以最大密度曲線與粗糙度—工作性因子相結(jié)合的方式作為主要的技術(shù)路線，利用該方法不但可以在利用現(xiàn)有進(jìn)場(chǎng)原材料的前提下，從整體上對(duì)混凝土砂石骨料級(jí)配進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化，還可作為判斷砂石級(jí)配是否合理的評(píng)價(jià)方式。

（3）控制方法的要點(diǎn)包括：首先通過(guò)堆積試驗(yàn)確定不同細(xì)骨料、粗骨料各自的最佳比例。然后對(duì)砂率進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后應(yīng)使骨料的連續(xù)級(jí)配曲線盡量在圖 1 所推薦的范圍內(nèi)，粗糙度—工作性因子的落點(diǎn)應(yīng)在圖 2 所示的 II 區(qū)范圍內(nèi)。

（4）研究和試驗(yàn)結(jié)果表明，利用該方法，能有效地保證新拌混凝土良好的工作性，降低經(jīng)濟(jì)成本，具有良好的工程應(yīng)用前景。

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［作者簡(jiǎn)介］彭浩（1989—），男，北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院 土木工程專業(yè)碩士研究生。

［通訊地址］北京市西城區(qū)展覽館路 1 號(hào)（100044）

張景發(fā)（1937—），男，高級(jí)工程師，總工程師，工業(yè)與民用建筑專業(yè) 長(zhǎng)期從事混凝土外加劑及商品混凝土的研制、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用方面的技術(shù)工作。