攪拌工藝對混凝土工作性能和強度影響的試驗研究

李永濤，宋玉多，馮小輝，張日華，張珍珍

（許昌恒瑞建材股份有限公司，河南 許昌 461000）

攪拌工藝對混凝土工作性能和強度影響的試驗研究

李永濤，宋玉多，馮小輝，張日華，張珍珍

（許昌恒瑞建材股份有限公司，河南 許昌 461000）

本文以工程常用的 C35 級混凝土為例，改變攪拌工藝，研究其對混凝土工作性能和強度的影響。試驗結果表明，與傳統攪拌工藝相比，優先加入膠凝材料、砂、外加劑、二次加水，二次加入石子，并優化攪拌時間，混凝土的工作性能和強度可以達到最佳狀態。

混凝土；攪拌工藝；和易性；強度

0 前言

混凝土中各種材料的混合情況直接影響著混凝土的工作性能和強度，國內對膠凝材中各材料摻量的研究比較多，但是對攪拌工藝研究卻不多見。本文研究了混凝土攪拌工藝對廣泛應用的 C35 強度混凝土工作性能及強度的影響。結果表明，與傳統攪拌工藝相比，優先加入膠凝材料、砂、外加劑、二次加水，二次加入石子，并優化攪拌時間時混凝土的工作性能可以達到最佳狀態。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥：河南天瑞 P·O42.5R 水泥。

（2）砂：采用魯山河砂，細度模數 2.13，含泥量 6%，含石量 15%，含水率 0。

（3）石子：碎石，2.5～40mm 連續級配。表觀密度2.76g/cm3，堆積密度 1.5g/cm3。

（4）摻合料

磨細礦渣：摻合料的礦渣微粉來自許昌浩強實業公司S95 級礦渣粉。

粉煤灰：摻合料的粉煤灰采用禹州龍崗電廠的Ⅱ級粉煤灰。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗 C35 等級混凝土配合比（見表1）

表1 C35 混凝土配合比 kg/m3

抗壓強度采用 150×150×150mm3的試件，按照 GBJ 81—85《普通混凝土力學性能試驗方法》要求的進行成型，標準養護后 7 天、28 天、60 天抗壓強度。坍落度是采用一個上口 100mm、下口 200mm、高 300mm 喇叭狀的坍落度桶，灌入混凝土分三次填裝，每次填裝后用搗錘沿桶壁均勻由外向內擊 25 下，搗實后，抹平。然后拔起桶，混凝土因自重產生塌落現象，用桶高（300mm）減去塌落后混凝土最高點的高度，即為坍落度。

1.2.2 混凝土試驗的攪拌工藝設計（見表2）

表2 攪拌工藝試驗方案一覽表

傳統攪拌工藝（試驗 1）是靠葉片對拌合料進行反復的分割提升和撒落，從而使拌合料的相互位置不斷進行重新分布，而撒落時的沖擊加強了這種拌合作用。相對而言，這種攪拌作用強度還是不夠的，它只適用于普通混凝土拌合，對于低水膠比混凝土和輕骨料混凝土不能產生良好的拌合效果。實踐證明，傳統的攪拌工藝的混凝土，一般在短時間內就可以達到宏觀上的均勻。但對這種拌合料仔細觀察時發現，混凝土中有些骨料還是干燥的，此外還有一些干的小水泥團，水泥顆粒并沒有均勻的分散在水中，而是水泥顆粒之間相互團聚在一起，形成微小的水泥團，水泥的這種團聚現象影響著混凝土的和易性和強度的提高。由于水泥的水化作用只是在水泥表面進行，如果水泥顆粒聚團，則水化作用的面積減小，使混凝土具有強度的水化生成物減少，所以必須把聚團的水泥顆粒分開，使其盡可能接近理想分布狀態。因此僅僅依靠傳統工藝攪拌，難以使拌合料達到完全均勻，必須采用其他的輔助方式或者新的攪拌工藝來提高混凝土的各種性能。

新工藝（試驗 2～11）是以增加攪拌時間和改變投料這兩種方式使混凝土更加均勻的。混凝土是極具分散性的多相混合物，在攪拌過程中各組分間不僅存在著物理作用。而且存在著化學作用；拌合物不僅總容積發生了量的變化，而且其狀態和性能也發生了質的變化；各相表面間不僅存在著物理吸附作用，還存在著水化反應等作用。混凝土是由分散的介質分子的水化物薄膜層連接著各項顆粒而形成的膠凝結構。這種結構是具有高的剪切強度、粘度、彈性模量，內應力釋放等物理力學性能的空間結構，理想狀態是所有組分的拌合料均勻分布，混凝土最穩定，這樣的結構消除了混凝土內部的宏觀及微觀的缺陷，凝固后才會具有最大強度。

為了達到上述目的，攪拌過程中拌合料的位移必須由兩種運動來實現。第一種稱為對流運動，各組分在宏觀上均勻分布，必須是在攪拌的過程中循環流動保證。這種運動在攪拌過程中是最主要的，也是最基本的。但是只有這一種運動還是不夠的。為了使各組分表面間良好結合，達到微觀上的均勻分布，主要是粘性組分的均勻分布，還必須形成較快的擴散運動。簡而言之，第一種運動是為了拌均勻，第二種是為了拌透；第一種運動是為了拌合料宏觀均勻，第二種則主要是局部的擴散運動。兩種運動在一起保證了混凝土的基本要求并且改善了混凝土的性能。比較完善的攪拌工藝，拌合料的位移必須是由良好配合的對流運動和擴散運動來完成的。

2 試驗結果與分析

試驗數據見表3。

2.1 混凝土和易性

坍落度試驗表明，試驗時，提前準備好過量的統一批次的各種用材，保證試驗結果不受材料差異影響，在相同配合比、相同測試條件下采用試驗工藝編號 8，優先加入膠凝材料、砂、外加劑、一半水（50%）攪拌 90s，再加入石子，一半水（50%）攪拌 60s，可使混凝土的工作性能變得更好。

2.2 抗壓強度

抗壓強度試驗結果表明，和易性好的混凝土 7 天抗壓強度會增長 6%～10%，28 天提高 6%～9%，60 天提高6%～10%而和易性不好的混凝土 7 天、28 天、60 天的強度都會減少。

3 攪拌工藝對混凝土性能影響的原因分析

混凝土是一種水泥、各種摻合料和骨料混合在一起的復合材料，在混凝土攪拌過程中，有固體、液體和氣體參加攪拌，而且他們彼此之間還有一系列復雜的物理化學變化，最終影響著混凝土的工作性能和強度。

3.1 新的攪拌工藝使各個材料混合狀態更加均勻

原始攪拌工藝中，部分膠凝材料遇到水會凝結成團，不能充分與粗細骨料均勻相接、導致混凝土中出現一些膠凝材料沒有得到充分水化或者骨料密集沒有混合足夠的膠凝材料的薄弱部分，造成混凝土攪拌不均勻，工作性能不好，從而影響混凝土強度。

新的攪拌工藝先將膠凝材、砂、一半的水和減水劑攪拌成均勻的粉末狀，減少團狀膠凝材料的產生，再加入剩下的水和石子，使得混凝土中粗細骨料和膠凝材料得到充分混合，提高工作性能，增強混凝土強度。

3.2 新攪拌工藝改變了混凝土內部的細微結構

傳統工藝中，所有材料都是一起加入的，石子遇到水之后表面會吸附許多微小顆粒形成一種保護膜，混凝土凝固后會產生空隙，跟石子的凝結力減小，影響混凝土的強度。

新的攪拌工藝中石子和潮濕的粉末狀膠凝材料砂子混合物攪拌過程中，石子會與各種材料接觸得更加均勻，從而使各個材料緊密結合，減少氣泡的形成，后期裂縫少，增強混凝土的強度。

［通訊地址］河南省許昌市東城區綠槐街東段恒瑞建材公司總部（461000）

表3 試驗數據統計

李永濤，許昌恒瑞建材股份有限公司總經理兼黨支部書記。