商品混凝土和易性不合格原因分析及改進措施

張景發

商品混凝土和易性不合格原因分析及改進措施

張景發

本文通過對某商品混凝土公司 C30 混凝土配合比試驗和易性不合格的實例進行全面分析，提出了相應改進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時出現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，雙方共同在試驗室進行試驗。

0.1 試驗技術要求

（1）混凝土強度等級 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定性滿足設計要求。

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 試驗方法

按照 GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》做稠度試驗。

0.4 試驗結果

混凝土粘聚性特差，包裹性不好，保水性也不好，沒有流動性，出現離析泌水現象。

0.5 解決辦法

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

后經雙方共同努力，終于在較短時間完成調整，經試驗合格后投入批量生產，應用于工程上，后經跟蹤檢查沒有發現什么問題。

1 混凝土配合比設計的基本原則、方法及注意事項

1.1 基本原則

混凝土配合比設計首先應考慮在滿足可施工性的條件下，同時要達到設計提出的強度等級和耐久性要求，是最經濟合理的。

1.2 設計依據

按著 JGJ5—2011《普通混凝土配合比設計規程》執行，同時還應滿足國家現行有關標準規范要求。

1.3 注意事項

（1）試驗室用水量是非常精確的，但生產上由于各種因素砂石含水率經常是波動的。

（2）制定試驗、生產和交貨的強度和坍落度的內控指標，才能符合施工要求的和易性和強度。

（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致坍損不利施工，最通用的方法就是后摻外加劑進行調整。

2 C30 混凝土配合比資料統計分析

筆者在商品混凝土公司工作多年，應用于工程上的 C30配合比眾多，經整理統計無論從混凝土強度、施工性能還是耐久性方面均收到較好的效果，經整理統計優選一個 C30 配合比加以分析。C30 混凝土配合比資料統計分析表詳見表 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）這是一個綜合性指標，包括以下三個方面，即混凝土的流動性、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 中優選案例與本文 C30 不合格產品案例水泥漿量的對比表。

表 2 C30 混凝土配合比資料統計分析

表 3 C30 混凝土配合比資料統計分析（續）

表 4 水泥漿量的對比表

3.1.3 分析認為

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

（2）由于水泥漿數量不足，無法將散落的砂石粘結在一起，混凝土出現粘聚性差，離析，泌水，保水性不好，更談不上混凝土的流動性。

3.2 砂的細度與砂率

3.2.1 砂率在混凝土中的作用

適當的砂率拌制砂漿在新拌混凝土中起潤滑作用，可減少粗骨料之間的摩擦阻力，可達到明顯提高混凝土流動性的作用。

3.2.2 砂率對混凝土性能的影響

在水膠比和漿骨比一定的條件下，砂率的變動主要可影響施工性能和變形性質，對硬化后的強度也會有影響（在一定范圍內砂率小的強度稍低、彈性模量稍大、開裂敏感性較低，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。

一般說來在普通混凝土漿體用量一定時，在保證工作性的前提下，應盡量減少砂率以提高混凝土強度和體積穩定性。

（2）方法

砂率很難用計算方法來確定，可采用經驗及歷史資料并結合粗骨料、混凝土拌合物和施工要求，通過試驗來確定。

配制泵送混凝土宜選用中砂且通過 0.315mm 篩孔顆粒，不宜少于 15%，當采用粗砂時應提高砂率并保持足夠的水泥用量，滿足混凝土和易性。當采用細砂時宜適當降低砂率。

水膠比大砂率應增大，反之則應減小。

3.2.4 最佳砂率值的控制范圍

JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規程》泵送混凝土砂率宜為 35%～45%，細骨料宜用中砂且通過直徑為 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

砂率對比表，見表 5。

表 5 砂率對比表

3.2.6 分析認為

（1）本案例配合比中為粗砂砂率 47%，根據砂率選擇原則“使用粗砂應提高砂率”、“漿體量較少時應增大砂率”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時出現“混凝土粘聚性持差，出現離散現象”包裹性不好，保水性也不好，沒有流動性，認為是砂率偏低促成的，有必要進行調整。

3.3 混凝土單方用水量

3.3.1 混凝土單方用水量對混凝土性能的影響

（1）用水量過多對混凝土性能的影響

用水量過多時水泥顆粒與水接觸的機會增多，可得到充分的擴散，水化進行充分。但是由于水泥漿中水化物質距離加大，相互之間作用力減弱而使凝結困難，延長了凝結硬化時間，而硬化后多余水分蒸發留下的毛細孔較多要降低水泥石強度和耐久性。

（2）用水量適宜（最佳）對混凝土性能的影響

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度，而且也會影響水泥石中水化產物特性，因此最佳用水量的水泥石具有較高的強度、耐久性和體積穩定性。

（3）用水量過少對混凝土性能的影響

用水量過少，混凝土強度低，流動性變差，施工不便易造成混凝土結構質量事故。

3.3.2 選擇用水量的原則和方法

（1）根據 JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規程》第 5.2.1條選擇用水量。

（2）普通混凝土單位用水量應在滿足混凝土強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計規程》標準計算用水量。

本案例設計混凝土為 C30 等級，施工配合比用粗砂Mf≥3.2，碎石為連續級配粒徑 20mm，坍落度要求大于190mm，減水率按 20% 計算。

塑性混凝土用水量見 JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規程》表 5.2.1-2。

計算方法：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 用水量對比表

3.3.5 分析認為

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 膠凝材料用量對混凝土性能的影響

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

3.4.2 選擇膠凝材料用量的原則和方法

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

膠凝材料用量的計算方法可根據水膠比進行計算。

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。膠凝材料用量對比匯總表見表 7。

表 7 膠凝材料用量對比表 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，做混凝土稠度試驗時出現水泥漿量不足，包裹性不好，粘聚性差，保水性也不好，很有必要進一步調整。

3.5 關于泵送劑及試驗結果

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并充滿整個泵管，并具有足夠的粘聚性，在泵壓作用下，不離析不泌水。混凝土與管壁之間及混凝土內部磨擦阻力減小，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依靠水、膠凝材料及細粉料形成薄漿層，將混凝土芯柱與管壁隔開形成懸浮狀態，在泵壓下推動向前移動，最終到達澆筑地點。

3.5.2 選擇泵送劑的原則和方法

（1）原則

泵送劑的選擇應根據混凝土性能要求，施工工藝及工程所處環境條件，結合混凝土原材料，配合比以及對水泥的適應性等因素，通過試驗確定其組成和摻量。

（2）方法

必須結合工程實際情況，通過試驗來選擇泵送劑。

本案例摻用普通泵送劑試驗結果，由于對工程情況不十分了解，采用通常使用的泵送劑，按常規摻量 2% 進行試驗，結果出現粘聚性不好、保水性差、離析泌水、無流動性。因此很有必要調整泵送劑的組分及用量。

3.6 分析結果匯總

C30 混凝土優選案例與不合格案例各項性能指標的對比分析進行匯總整合，分析結果詳見表 8。

表 8 C30 混凝土優選案例與不合格案例對比分析表

4 改進措施

4.1 對混凝土配合比的改進

（1）關于砂率的調整

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

②向粗砂中摻入部分細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，這個辦法更適合膠凝材料較少或者坍落度較大流動性混凝土。

（2）膠凝材料用量的調整

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

（3）用水量的調整

根據前面原因分析可知，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) 對泵送劑的調整

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% 下調到 1.6%。

4.2 調整后配合比及泵送劑試驗結果

4.2.1 調整后的混凝土配合比（表 9）

表 9 調整后的混凝土配合比 kg/m3

4.2.2 調整后配合比試驗及應用結果

（1）新拌混凝土試驗結果

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

（2）硬化混凝土試驗結果

留置試塊（標養），3d 平均抗壓強度比達到設計指標的40%，7d 平均達到設計指標 70%， 28d 平均強度超過設計指標。

5 結語

本案例混凝土配合比設計采取降低水膠比確保混凝土強度，降低水泥漿量確保混凝土的體積穩定性，防止開裂。 泵送混凝土配合比設計應遵守有關標準、規范。

6 感謝

本文在編寫過程中得到營口市鲅魚圈區盛源混凝土構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計規程[S]．

[2] GB/T50080——2002 普通混凝土拌合物性能試驗方法標準[S]．

［通訊地址］遼寧省遼陽市遼鞍路 28 號第 17 號信箱（111200）

圖 4 試驗配合比連續級配曲線

圖 5 新拌混凝土狀態

綜上所述，在本研究采用的試驗配合比中，（CF，WF）的落點全部控制在圖 2 所示的 II 區范圍內。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，混凝土的骨料連續級配曲線（圖 4 所示）基本能控制在圖 1 所推薦的范圍內。因此理論上可認為試驗配合比中骨料級配組合優良。從試配結果來看，混凝土拌合物的工作性良好，沒有出現離析和泌水，坍落度都在 220mm 以上，擴展度均在460mm 以上，見圖 5。

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

因此，利用最大密度曲線并結合粗糙度因子—工作性因子的方式可以利用進場原材料，有效地實現對混凝土顆粒級配的優化與控制。在配合比設計中也有助于技術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實際生產中原材料的變化，對混凝土的級配及配合比做出快速、有效地調整。

4 結論

（1）砂石骨料級配狀態良好是混凝土工作性、強度、經濟性等多項性能的重要基礎，良好的骨料級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—工作性因子相結合的方式作為主要的技術路線，利用該方法不但可以在利用現有進場原材料的前提下，從整體上對混凝土砂石骨料級配進行調整與優化，還可作為判斷砂石級配是否合理的評價方式。

（3）控制方法的要點包括：首先通過堆積試驗確定不同細骨料、粗骨料各自的最佳比例。然后對砂率進行調整，調整后應使骨料的連續級配曲線盡量在圖 1 所推薦的范圍內，粗糙度—工作性因子的落點應在圖 2 所示的 II 區范圍內。

（4）研究和試驗結果表明，利用該方法，能有效地保證新拌混凝土良好的工作性，降低經濟成本，具有良好的工程應用前景。

參考文獻

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［作者簡介］彭浩（1989—），男，北京建筑大學土木與交通工程學院 土木工程專業碩士研究生。

［通訊地址］北京市西城區展覽館路 1 號（100044）

張景發（1937—），男，高級工程師，總工程師，工業與民用建筑專業 長期從事混凝土外加劑及商品混凝土的研制、開發、生產與應用方面的技術工作。