蘇健波

（廣東工業(yè)大學(xué)土木與交通工程學(xué)院）

粗細(xì)骨料的粉塵含量對(duì)混凝土外加劑摻量的影響

蘇健波

（廣東工業(yè)大學(xué)土木與交通工程學(xué)院）

用傳統(tǒng)方法計(jì)算混凝土減水劑用量是以混凝土所用膠凝材料（水泥、礦粉、煤灰）總量乘以減水劑摻量，而忽視了非膠凝材料（粗細(xì)骨料）粉塵含量對(duì)水和減水劑的消耗。當(dāng)非膠凝材料粉塵含量較低時(shí)可以忽略，但粉塵含量較高時(shí)，就應(yīng)該考慮其消耗的減水劑用量，才能準(zhǔn)確把握混凝土對(duì)減水劑的確切需求，更好的滿足和易性強(qiáng)度等級(jí)等質(zhì)量要求。

混凝土；膠凝材料；粗細(xì)骨料；粉塵；外加劑

1　前言

眾所周知，減水劑技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)混凝土生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步。在混凝土的拌制過(guò)程中添加適量的減水劑可以減少拌和用水量的同時(shí)增強(qiáng)拌合物的流動(dòng)性，從而達(dá)到節(jié)約水泥用量、提高強(qiáng)度和改善混凝土耐久性，可以輕松的生產(chǎn)出有別于傳統(tǒng)混凝土的大流動(dòng)性的泵送混凝土、高強(qiáng)混凝土，以適應(yīng)高層以及超高層建筑的需要。隨著預(yù)拌混凝土攪拌站的集約化生產(chǎn)和混凝土制品的日益增多，對(duì)減水劑的需求量越來(lái)越大，要求越來(lái)越多，其摻量技術(shù)也顯得更為重要。在減水劑的應(yīng)用過(guò)程中，由于原材料的不斷變化，往往難以恰當(dāng)?shù)匕盐胀饧觿┑膿搅?，從而影響外加劑效能的正常發(fā)揮，并引起混凝土性能下降，甚至導(dǎo)致工程質(zhì)量事故發(fā)生。傳統(tǒng)的計(jì)算減水劑用量是按膠凝材料（水泥、礦粉、煤灰）的百分比來(lái)計(jì)算，并沒(méi)有考慮混凝土原材料中非膠凝材料的粉塵含量大小對(duì)減水劑的確切需求，這種計(jì)算方法顯得較為粗糙。為了更好地把握減水劑的最佳摻量，提高混凝土的性能，有必要探討原材料的粉塵含量對(duì)減水劑用量的影響。

2　當(dāng)前預(yù)拌混凝土在減水劑用量上存在的問(wèn)題

就目前的情況來(lái)看，預(yù)拌混凝土在外加劑摻量方面還沒(méi)有一個(gè)科學(xué)的、被廣泛接受的設(shè)計(jì)方法。在混凝土減水劑用量的計(jì)算上，絕大多數(shù)混凝土企業(yè)仍然沿用傳統(tǒng)計(jì)算方法，即根據(jù)外加劑在每立方米混凝土膠凝材料總摻量的百分比計(jì)算，其中膠凝材料指水泥、礦粉、煤灰。這種計(jì)算方法容易引起低強(qiáng)度等級(jí)混凝土減水劑用量不足，而高強(qiáng)度等級(jí)混凝土的減水劑用量過(guò)多［1］，在和易性方面的具體表現(xiàn)如下：低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土流動(dòng)性及強(qiáng)度不好控制，而高強(qiáng)度的混凝土又會(huì)出現(xiàn)粘聚性不好、容易泌水及輸送塞管等不良現(xiàn)象；同一級(jí)別、相同的配合比（同一廠家的水泥和煤灰），從攪拌塔出來(lái)的拌合物有時(shí)和易性良好，坍落度經(jīng)時(shí)損失小，有時(shí)拌合物偏干，坍落度滿足不了設(shè)計(jì)要求，而且經(jīng)時(shí)損失較大。針對(duì)這種現(xiàn)象，很多攪拌站專門(mén)設(shè)立看料臺(tái)，以便目測(cè)混凝土漿體情況。如果發(fā)現(xiàn)漿體偏干時(shí)，通過(guò)增加水量達(dá)到增加坍落度，這一做法直接造成混凝土強(qiáng)度下降，以及坍落度經(jīng)時(shí)損失大等后果；發(fā)現(xiàn)漿體偏稀，就更難通過(guò)人工調(diào)整了。以上種種問(wèn)題，一直困擾著混凝土生產(chǎn)企業(yè)。

外加劑具體摻量的傳統(tǒng)確定方法，通常是根據(jù)減水劑生產(chǎn)廠推薦的常用摻量下限值取某一摻量為基準(zhǔn)摻量，然后在基準(zhǔn)摻量基礎(chǔ)上做上下浮動(dòng)，做若干個(gè)不同外加劑摻量混凝土試件進(jìn)行比較，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果擇優(yōu)確定使用摻量［2］，一般低強(qiáng)度系列的混凝土每提高一個(gè)等級(jí)，減水劑的摻量約增加0.1%，而高強(qiáng)度級(jí)別的混凝土，每提高一個(gè)等級(jí)，減水劑的摻量約增加0.2%。這種減水劑摻量的方法較為粗糙，只是簡(jiǎn)單地憑借經(jīng)驗(yàn)操作而已，并沒(méi)有經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的計(jì)算。因此，很容易導(dǎo)致混凝土減水劑用量不當(dāng)，從而引起混凝土坍落度難于控制、粘聚性不好、容易泌水及輸送塞管等不良現(xiàn)象。

分析這種計(jì)算方法，其不足之處有如下幾點(diǎn)：

⑴僅僅通過(guò)膠凝材料重量計(jì)算減水劑用量，而忽視了原材料中砂石粉塵量對(duì)外加劑的消耗，不能真實(shí)反映混凝土原材料對(duì)減水劑的需求。盡管砂石粉塵對(duì)水的吸附作用有別于水泥的水化效應(yīng)，減水劑也應(yīng)隨原材料粒徑及粉塵含量變化而調(diào)整，否則，會(huì)造成混凝土和易性難于控制，對(duì)混凝土強(qiáng)度也有較大影響。

⑵當(dāng)只用膠凝材料來(lái)計(jì)算減水劑用量時(shí)，容易造成高強(qiáng)度級(jí)別的混凝土外加劑用量過(guò)多，而低強(qiáng)度級(jí)別混凝土摻量不足。因?yàn)橐话闩渲聘邚?qiáng)度的混凝土?xí)r，在增加水泥、礦粉用量的同時(shí)，也要減少了石子、砂子、煤灰用量，最終結(jié)果由于膠凝材料用量增多導(dǎo)致減水劑用量的超摻；另外，低強(qiáng)度等級(jí)混凝土雖然膠凝材料減少了，但石子、砂子增多的同時(shí)引起其中的粉塵增加，最終也會(huì)造成低強(qiáng)度的混凝土外加劑用量不足的情況出現(xiàn)。

⑶該減水劑摻量下限值的理論依據(jù)不足，沒(méi)有全面考慮膠凝材料品質(zhì)、性能特點(diǎn)，包括各種水泥類別、強(qiáng)度等級(jí)及物理參數(shù)不同對(duì)外加劑用量的影響，因?yàn)樯a(chǎn)實(shí)踐證明減水劑與水泥品種之間存在相容性問(wèn)題。

在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，由于自然資源的日漸枯竭，混凝土原材料不再僅僅是傳統(tǒng)的水泥、河砂與碎石，而是呈現(xiàn)出原材料的多樣性與動(dòng)態(tài)變化，包括人工石和人工砂的投入使用，這些原材料都免不了夾雜或多或少的粉塵，有些粉塵含量甚至高達(dá)15%，而這些粉質(zhì)材料需要消耗部分的水和減水劑才具備相應(yīng)的流動(dòng)性，所以有必要在計(jì)算減水劑用量時(shí)考慮原材料中粗細(xì)骨料的粉塵含量。

3　試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方案

3.1試驗(yàn)所用原材料

水泥：本試驗(yàn)采用華潤(rùn)水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5R普通硅酸鹽水泥。主要物理性能指標(biāo)均符合GB175-2007規(guī)范規(guī)定，見(jiàn)表1。

表1　水泥性能檢驗(yàn)結(jié)果

粉煤灰：本試驗(yàn)采用廣州市旺隆電廠電收塵粉煤灰，粉煤灰的化學(xué)成分及物理性能見(jiàn)表2。

礦粉：東莞某建材有限公司生產(chǎn)，比表面積420 m2/kg，28d活性系數(shù)102%。

河石：東江河石，Ⅱ類，粒徑5～31.5mm。

碎石：采用福田石場(chǎng)花崗巖碎石，壓碎指標(biāo)10.3%，表觀密度2.90g/cm3，粒徑級(jí)配為5～31.5mm。

表2　粉煤灰的化學(xué)成分及物理性能

河砂：東江中砂，細(xì)度模數(shù)2.5，粒徑2.5～5mm，松散堆積密度1520kg/m3，含泥量2.3%。

人工砂：福田石灰石質(zhì)人工砂，MB=1.0，石粉含量9.0%。

減水劑：江門(mén)強(qiáng)力萘系QL-2高效減水劑，濃度30%，密度1.14g/ml，減水率20%，固含量30.1g，28d抗壓強(qiáng)度比135%，緩凝時(shí)間6h。

3.2粗細(xì)骨料粉塵含量

混凝土原材料的粗細(xì)骨料就是指砂石材料。粗骨料就是顆粒粒徑大于5mm的骨料；細(xì)骨料就是顆粒粒徑小于5mm的骨料；粉塵，指砂石進(jìn)行篩分后殘留在篩底，而且粒徑小于160目（96μm）的微細(xì)顆粒。粉塵含量一般用粉塵占母料重量的百分率計(jì)算，本文我們稱其為粉塵率。對(duì)不同原料，或者相同的原料，不同的批次，其粉塵率是有差異的，具體數(shù)據(jù)以試驗(yàn)為準(zhǔn)。本實(shí)驗(yàn)用的骨料粉塵率見(jiàn)表3。

表3　粗細(xì)骨料粉塵率（%）

3.3粉塵對(duì)減水劑的吸附情況

水泥和粉煤灰、礦渣等混合材料對(duì)減水劑的吸附作用有差異。材質(zhì)相同的材料，吸附強(qiáng)度也因比表面積大小不一而存在不同，一般細(xì)度越小，吸附量越大。相同細(xì)度，不同的材料對(duì)減水劑的吸附力從大到小的順序?yàn)椋好喉肥痉勖夯遥镜V渣［3］。本項(xiàng)目用水泥凈漿流動(dòng)度檢測(cè)法檢驗(yàn)非膠凝材料的粉塵對(duì)減水劑的吸附作用，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。其中河砂粉塵用相同的水量無(wú)法測(cè)出流動(dòng)性，考慮到常用河砂的含水量約6%，因而試驗(yàn)時(shí)添加這部分水18g，共105g。

表4　凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)結(jié)果

漿體流動(dòng)度大小反映顆粒對(duì)減水劑的吸附力強(qiáng)弱，一般凈漿流動(dòng)度越小，表示吸附力越大。從表4數(shù)據(jù)可以看出，非膠凝材料的粉塵對(duì)減水劑的吸附力比水泥低，但是，計(jì)算減水劑用量時(shí)忽視非膠凝材料粉塵對(duì)減水劑的吸附是不科學(xué)的。

4　根據(jù)原材料總粉量計(jì)算減水劑用量方法

上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明非膠凝材料的粉質(zhì)對(duì)水和減水劑的吸附力雖然比水泥低，但是也需要消耗部分的水和減水劑才具備相應(yīng)的流動(dòng)性，所以計(jì)算減水劑用量時(shí)有必要考慮原材料的粉塵含量。生產(chǎn)混凝土所用的粗骨料從來(lái)源分，不外乎碎石、卵石兩種。碎石為巖石經(jīng)破碎、篩分而得；卵石多為自然形成的河卵石經(jīng)篩分而得，碎石表面比卵石粗糙，且多棱角，因此，拌制的混凝土拌合物流動(dòng)性較差，但與水泥粘結(jié)強(qiáng)度較高，在配合比相同的情況下，混凝土強(qiáng)度相對(duì)較高；卵石表面較光滑，少棱角，因此拌合物的流動(dòng)性較好，但粘結(jié)性能較差，強(qiáng)度相對(duì)較低?；谶@種原因，在混凝土生產(chǎn)實(shí)踐中，一般C35及C35以下的強(qiáng)度等級(jí)的才用卵石，而C40及其以上等級(jí)的基本上用碎石。為了反映卵石與碎石粗骨料的差異，所以分別選用工程實(shí)際應(yīng)用較多的2個(gè)常用等級(jí)C30、C40泵送混凝土作為基準(zhǔn)分別代表河石和碎石進(jìn)行研究。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有些地方由于地理環(huán)境的影響，有可能全部使用碎石。如何根據(jù)原材料的總粉量計(jì)算減水劑摻量，這正是本文的重點(diǎn)內(nèi)容。

4.1確定基準(zhǔn)混凝土配合比的減水劑用量

眾所周知，減水劑在混凝土中的摻量有飽和點(diǎn)存在，就是說(shuō)當(dāng)摻量超過(guò)飽和點(diǎn)時(shí)，不但不能提高混凝土拌合物的流動(dòng)性，反而因?yàn)槭湛s作用降低了混凝土強(qiáng)度，并造成生產(chǎn)成本上漲。當(dāng)摻量遠(yuǎn)低于飽和點(diǎn)時(shí)，混凝土流動(dòng)性不足，而且混凝土的強(qiáng)度因?yàn)樗嗨怀浞侄荒艹浞终宫F(xiàn)［3］。通過(guò)飽和點(diǎn)試驗(yàn)，確定C30、C40基準(zhǔn)混凝土如表5所示。

表5　基準(zhǔn)泵送混凝土配合比（kg）

4.2計(jì)算各基準(zhǔn)配合比原材料總粉量

原材料總粉量就是每立方米混凝土所用各種膠凝材料和骨料粉塵按各自對(duì)減水劑的吸附比率計(jì)算所得數(shù)量的總和，如果混凝土只用一種膠凝材料或一種骨料，只計(jì)算該種材料的量即可。表達(dá)式如下：

總粉量=水泥+礦粉×礦粉吸附比率+煤灰×煤灰吸附比率+∑粗細(xì)骨料×含粉率×吸附比率

經(jīng)上式計(jì)算各配合比的原材料總粉量結(jié)果，如表6所示。

表6　原材料總粉量結(jié)果（kg）

4.3確定減水劑通用摻量（%）

減水劑通用摻量=基準(zhǔn)混凝土減水劑用量/原材料總粉量×100%。

用上式計(jì)算可得：

用卵石混凝土C30減水劑通用摻量：β卵石=8.0/430.0×100%=1.9%

用碎石混凝土C40減水劑通用摻量：

β碎石=9.5/474.7×100%=2.0%

4.4按總粉量計(jì)算減水劑用量

用原材料總粉量計(jì)算混凝土減水劑用量方法重新核算其他等級(jí)的配合比中減水劑用量，結(jié)果如表7所示。

表7　總粉量計(jì)算減水劑用量（kg）

從表7數(shù)據(jù)可以看出，用原材料總粉量計(jì)算的減水劑用量與原用量略有波動(dòng)，具體表現(xiàn)為低強(qiáng)度等級(jí)的減水劑增加，而高強(qiáng)度等級(jí)的減水劑則減少。根據(jù)重新調(diào)整的減水劑用量進(jìn)行試驗(yàn)，可以解決傳統(tǒng)方法在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土摻加減水劑偏少而造成流動(dòng)性不好、坍落度損失大、強(qiáng)度難以提高等不良現(xiàn)象，也解決了高強(qiáng)度等級(jí)混凝土由于減水劑超摻而容易產(chǎn)生泌水、離析，甚至塞管等問(wèn)題。

4.5生產(chǎn)實(shí)踐

由于夏天溫度高、水份蒸發(fā)加速，引起混凝土凝結(jié)時(shí)間縮短、坍損大等問(wèn)題，一般減水劑生產(chǎn)商都會(huì)通過(guò)在減水劑里增加緩凝組分應(yīng)對(duì)這一實(shí)際問(wèn)題。據(jù)很多攪拌站反映，在高溫季節(jié)使用含有緩凝組分的減水劑，對(duì)于C40及以上的混凝土容易出現(xiàn)離析、凝結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、骨料板結(jié)等不良現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是否與減水劑超摻的有關(guān)呢？一般情況我們可以通過(guò)減水劑水泥凈漿流動(dòng)度及經(jīng)時(shí)損失對(duì)比試驗(yàn)找原因。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，未調(diào)整前的減水劑水泥凈漿流動(dòng)度正常、但1h后流動(dòng)度減少，而調(diào)整后的減水劑的水泥凈漿流動(dòng)度稍大、1h后流動(dòng)度增大。因此可以判斷問(wèn)題與減水劑超摻有關(guān)，可以通過(guò)下調(diào)減水劑摻量解決問(wèn)題。通過(guò)這種方法，在夏季使用含有緩凝組分的減水劑時(shí)，都適當(dāng)?shù)販p少減水劑的摻量。C50泵送混凝土每立方米減水劑從原來(lái)的13.0kg降低到11.2kg，調(diào)整后的拌合物和易性表現(xiàn)良好，1h無(wú)坍損，2h坍損失15mm，從而證明重新核算的減水劑用量的正確性。

5　結(jié)論

⑴傳統(tǒng)的計(jì)算減水劑摻量?jī)H僅考慮膠凝材料水泥用量，而忽視了原材料中砂石粉塵量對(duì)水及外加劑的消耗，不能真實(shí)反映混凝土原材料對(duì)減水劑的需求，因此，這種傳統(tǒng)的計(jì)算方法在理論上存在缺陷，從而造成混凝土拌合物坍落度各種不良現(xiàn)象。

⑵為避免傳統(tǒng)計(jì)算方法的不足，用原材料總粉量計(jì)算混凝土減水劑用量更能體現(xiàn)不同等級(jí)的混凝土對(duì)減水劑的真正需求。水泥凈漿流動(dòng)度檢測(cè)法證明非膠凝原材料的粉塵吸附減水劑力度不如水泥大，其消耗量可用水泥作基準(zhǔn)計(jì)算出吸附比率。

⑶減水劑的通用摻量是綜合了混凝土原材料特性、配合比要求等各方面對(duì)減水劑的影響而得出的數(shù)據(jù)，比減水劑生產(chǎn)廠家推薦的基準(zhǔn)摻量更具針對(duì)性和科學(xué)性。

⑷本文用原材料總粉量計(jì)算的混凝土減水劑摻量只是一個(gè)理論用量，在實(shí)際生產(chǎn)中原材料均處于動(dòng)態(tài)變化，所以減水劑的摻量要根據(jù)原材料的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。●

［1］柳建業(yè)，蒙偉國(guó)，羅小燕.關(guān)于用原材料總粉量計(jì)算混凝土減水劑用量的探討［J］.混凝土，2012（11）：136-138.

［2］孫南屏.混凝土外加劑基準(zhǔn)摻量的估算［J］.混凝土，1999（04）：39-40.

［3］楊永民，林永權(quán)，林東，等.減水劑飽和點(diǎn)與水泥漿體流動(dòng)性及硬化性能關(guān)系的研究［J］.混凝土，2007（3）：42-45.