800 m輸送C25W8F100混凝土配合比優化研究

方小利，李繼曉，拜勝偉，左忠富

（1.云南恒達混凝土有限公司，云南 昆明 650032；2.云南承龍混凝土有限公司，云南 昆明 650212）

云南昆明清水海凈配水原水管改遷一期工程是為了滿足滇中新區總體規劃的要求及小哨核心區的整體建設需要對部分影響線路進行改線，改線段采用管道+隧洞的輸水方式，隧洞進出口連接段采用埋管接既有管道。輸水線路起點為中對龍河谷，終點為響水村，全長約5.8 km，輸水流量為7.2 m3/s。施工現場到攪拌站的運輸距離約30 km，攪拌車運輸時間至少60 min。該工程主要使用的混凝土為C25W8F100，因現場的施工條件限制，混凝土的澆筑方式通過討論分析后確定為首先用約200 m的斜坡溜槽（45°漸轉15°）將混凝土送入第一臺泵機，再泵送約300 m送入第二臺泵機，最后再由第二臺泵機泵送約300 m到澆筑作業面，總計混凝土輸送距離800 m，因此對混凝土的施工操作性和保坍時間要求非常高。施工方提供了基準配合比，按實際材料的情況和經驗確定了一個施工配合比。本文再通過試驗對影響混凝土施工操作性的主要因素（砂率、混凝土含氣量、級配石的最大粒徑）進行了分析研究，確定了最終的施工澆筑配合比，調整了減水劑的保坍性能，保證了混凝土在實際生產供應中很好的滿足施工澆筑質量要求，現場的實際施工情況如圖1所示。

1 實驗過程

1.1 試驗原材料

本文中的水泥為云南宜良紅獅水泥公司生產的普通硅酸鹽水泥P.O42.5；礦粉為安寧昆鋼嘉華生產的S75級礦粉；粉煤灰為云南清榮生產的Ⅱ級粉煤灰；機碎石為云南昆明嵩明落水洞級配石；混合砂為云南昆明嵩明落水洞精制砂和普通砂（8∶2），性能指標詳見表1；減水劑為江蘇蘇博特生產的聚羧酸高性能減水劑；拌合水為自來水。

表1 混合砂（8∶2）性能檢測指標

1.2 實驗步驟

根據現場確定的泵送澆筑方案，要求混凝土必須具有很好的流動性、粘結性、保水性以及可泵性，因此在混凝土配合比設計時考慮按超流態混凝土進行設計，將普通混凝土高性能化。本文將影響混凝土施工操作性即和易性的主要因素減水劑性能、級配機碎石粒徑、砂率等通過試驗進行優化確定，最終達到混凝土的和易性滿足本次施工工藝要求。

1.3 砂率的確定

膠凝材料總量不變，砂率的選擇以保證混凝土配合比中砂石混合的堆積密度最大、混凝土的和易性最好及強度滿足設計強度等級為標準。表2為不同砂率下骨料的緊密堆積密度，對應砂率混凝土的和易性描述及28天抗壓強度值。

表2 砂率對混凝土拌合性能及骨料的緊密堆積密度的影響

1.4 級配機碎石最大粒徑的確定

通過上文確定砂率，級配石的最大粒徑對混凝土的施工操作性能尤其是可泵性影響很大，我們分別用5～10 mm、5～16 mm、5～20 mm、5～25 mm四個粒徑的級配石進行混凝土試拌，在配合比不變的情況下檢測混凝土的流速、坍擴度及強度，具體檢測數據見表3，最終確定級配石的最大粒徑。

表3 碎石最大粒徑對混凝土拌合性能的影響

1.5 減水劑的功能調整

為保障混凝土滿足長距離的輸送要求，混凝土要有足夠的松軟度、阻力小便于流淌泵送，我們依靠減水劑的功能調整來滿足要求。通過經驗分析，將減水劑按低減水率、高保坍、合理引氣的功能進行試驗調整。

（1）為提高出站混凝土和易性的穩定性，減小減水劑摻量對混凝土塌落度影響的敏感度，我們依據生產使用經驗，將減水劑的減水率調整為25%；依據運輸距離及施工現場的澆筑要求，我們將混凝土的保坍性能做到2 h基本無塌落度損失。調整后的減水劑做檢測試驗，具體檢測數據見表4，通過此表數據確定減水劑的摻量及調整后減水劑性能指標的驗證。

表4 減水劑摻量對混凝土塌落度的影響

（2）為提高混凝土的松軟性，降低泵送過程的阻力，我們在前文中減水劑基礎上增加了不同量的引氣組份摻量，配制成四個不同的樣品，具體檢測數據見表5，以此確定減水劑引氣組份的摻入量。

2 結果與討論

為了直接分析砂率對混凝土和易性的影響，本文將和易性或是松軟性的定性描述通過“10分制”打分來進行定量描述。

2.1 砂率對混凝土強度及和易性的影響

將表2混凝土和易性描述采用10分制進行定量打分，見表6。砂率的選擇我們引入了“砂石緊密堆積一體化設計”理論，認為砂石混合骨料的緊密堆積密度值最大為砂率最合理。表2中砂率在55%、60%時，骨料的緊密堆積密度值較大，分別為1 810 kg/m3和1 800 kg/m3，說明在該砂率范圍骨料的級配較好；如圖2和圖3所示，顯示砂率控制在55%～60%時，混凝土的強度及和易性較好。確定砂率的取值為55%～60%。

圖2 砂率對強度的影響

圖3 砂率對和易性的影響

表6 砂率對混凝土和易性影響的定量（10分制）描述

2.2 級配石最大粒徑對混凝土可泵性及強度的影響

如圖4、圖5所示，級配石的粒徑為5～20 mm時，混凝土的強度值較高，混凝土裝入倒置塌落度桶內流出時間較短，說明混凝土的流動性和可泵性能較好。

圖4 石子粒徑對混凝土強度的影響

圖5 石子粒徑對流速的影響

2.3 混凝土含氣量對強度及和易性的影響

將表5中混凝土松軟性描述采用10分制進行定量打分，見表7。從圖6可以發現混凝土的含氣量控制在3.2%時，混凝土28天抗壓強度最大；從圖7可以得出混凝土的含氣量控制在3.9%時，混凝土的松軟性最好即混凝土的可泵性最好。綜合強度和可泵性兩個指標，我們得出混凝土的含氣量控制范圍3.2%～3.9%，混凝土的強度滿足設計要求且可泵性能較好。混凝土的含氣量主要通過減水劑中引氣劑的摻入量來控制。

圖6 含氣量對混凝土強度的影響

圖7 含氣量對混凝土松軟性的影響

表5 減水劑增加引氣組份對混凝土拌合性能的影響檢測指標

表7 混凝土含氣量對其松軟性影響的定量（10分制）描述

3 結論

（1）混凝土的保坍性能及減水率會影響混凝土的生產質量控制，要根據澆筑結構和原材料情況合理調整使用。該工程的運輸距離30 km，運輸時間不少于60 min，據此調整減水劑的減水、保坍功效，讓減水率控制在25%和混凝土的保坍時間不少于2 h，能很好地保障生產質量控制的穩定性和滿足施工澆筑質量的要求。

（2）一般情況下，在最佳砂率之后增加砂率，混凝土的和易性和可泵性會更好，但混凝土的強度會下降。根據本工程的施工澆筑特點，C25W8F100配合比砂率控制在55%～60%之間，混凝土和易性、可泵性和28天抗壓強度較好。

（3）機碎石的粒徑太大會影響混凝土的和易性及可泵性，太小會影響混凝土的強度。該工程用的C25W8F100混凝土，生產時機碎石用5～20 mm的級配石，混凝土的可泵性及28天抗壓強度值較好。

（4）混凝土含氣量（在一定范圍內）越大混凝土的松軟性越好即可泵性能越好，但會影響混凝土的抗壓強度值降低。該工程用的C25W8F100混凝土出機含氣量控制在3.2%～3.9%時，混凝土的可泵性和28天抗壓強度較好，既能很好滿足施工要求又保證混凝土的28天抗壓強度。