多步搅拌工艺对高性能混凝土强度和抗冻性的影响.pdf

2 0 1 4 年 第 2 期 (总 第 2 9 2 期 ) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 4 ( T o t a l N o 2 9 2 ) 混 凝 土 Co n c r e r e 预拌混凝土 READY MI XE D C0NCRET E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 2 0 2 9 多步搅拌工艺对高性能混凝土强度和抗冻性的影响 付 向红 ( 安 阳工学院 土木与建筑工程学院，河南 安阳 4 5 5 0 0 0 ) 摘要： 多步搅拌混凝土工艺指多次投料多次搅拌的施工工艺。 在相同材料 、 相同配合比情况下采用不同的一次搅拌和裹砂石 法工艺进行强度试验和抗冻性试验 ， 得出裹砂石法能有效提高混凝土的强度和抗冻性能。 在减少水泥用量 1 0 的新混凝土配合比 情况下 ， 进行混凝土强度和抗冻性试验 ， 得出减少水泥用量 1 0 时混凝土强度和抗冻性与原配合比一次搅拌混凝土仍有所提高。 所以水泥裹砂石法搅拌工艺在保证强度和抗冻性的情况下可以节省水泥 1 0 ， 具有一定的经济效益。 关键词： 多步搅拌 ；强度 ；水泥裹砂石法；抗冻性 中图分类号： T U 5 2 8 0 6 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 1 0 6 0 3 I n f l u e n c e b y m u l t i - s t e p mi x i n g t e c h n o l o g y t o t h e s t r e n g t h a n d f r o s t - r e s i s t a n c e o f h i g h p e r f or m a n c e c o n c r e t e FUXi a n g ho n g ( S c h o o l o f C iv i l a n d A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e ri n g ， A n y ang I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， A n y ang 4 5 5 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Co n c r e t e mu l t i s t e p mi x i n g t e c hn o l o gy me a n s t h e c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y o f mu l t i step b a t c h c h a r g i n g a n d mu l ti step sti i n g Th e t e st a bo u t s t r e ng t h and f r ost- r e s i s t anc e i n the s a me ma t e r i a l a n d t h e s a me p r o p or t i o ni n g us i n g di ffe r e n t mu l ti step s t i r r i ng t e c h n o l o gy c o u l d d r a w c e me n t wr a p p e d s a n d me t h o d c o u l d i mp r o v e e ff e c t i v e l y t h e s tr e n gth a n d f r o s t - r e s i s t a n c e o f t h e c o n c r e t e T he test a bo u t s tre ng t ha n dfro s t r e s i s t a n c e r e d u c i ngt h ed o s a g e o fc e me n t b y 1 0 o ft h epr o p o rti o no fne w c o n c r e t e， i t wa s c o nc l u d e dtha t s tre n g t h an d fro s t r e s i s t a n c e h a d s o me i nc r e a s e c o mp a r e r e d u c i ng t h e c e me nt d os a g e 1 0 wi th o n e - mi xi n g us i n g the o r i g i na l p r o p o r t i o n i ng S o c e me nt wr a p pe d s an d me t ho d c o u l d s a ve 1 0 i n g u a r a nt e e d s t r e ng t h a n d f r o s t r e s i s t a n c e， i t h a s c e r t a i n e c o no mi c b e n e fit Ke y w o r d s ： mu l t i s t e p s t i r r i n g ； s t r e n g t h ； c e me n t wr a p p e d s a n d me t h o d ； fro s t -r e s i s t an c e 1概 述 1 1 选题 背景及意 义 目前 ， 常规的混凝土搅拌 是将配制混凝 土的物料一次 性投入搅拌设备中进行搅拌_ 1 。 混凝土搅拌的目的是使组 成混凝土的各组分均匀分布 ， 得到宏观和微观上的均质。 在 搅拌过程中， 破坏水泥粒子的团聚， 使其各颗粒表面被水 湿润 ， 并且破坏水泥粒子表面的水化物薄膜包裹层。 通过物 料颗粒间多次碰撞和摩擦 ， 使覆盖有灰尘或黏土的集料很 好的形成界面结合物。 这种搅拌 能形成宏 观上的均质 ， 达 到混凝土的基本要求。 但搅拌过程中容易使水泥颗粒聚成 团块， 水泥不能充分水化， 各组分材料之间也容易形成大 量气泡 ， 残存于混凝土 中。 另外 ， 由于骨料的亲水 性 ， 在搅 拌过程中会在其表面形成一层水灰 比较大的厚水膜 ， 硬化 后空隙多不致密。 这些空隙的存在破坏了混凝土的均匀性 和整体性 ， 影响了混凝土 的强度和耐久性嘲 。 抗冻性常作为混凝土耐久性的指标 。 混凝土的冻害主 要和温度 、 水及混凝土 内部 的结构空隙状态有关。 硬化后混 凝土的气泡参数和孑 L 结构是影 响混凝 土抗冻性的关键 。 由 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 8 1 0 基金项 目：河南省科技计划重点攻关项 目( 1 0 2 1 0 2 3 1 0 3 1 1 ) 1 0 6 此可见 ， 可以通过调整孔级配来提高混凝土强度和抗冻性【 3 】 。 从施工 的角度 ， 可 以通过改变混凝土搅拌投料顺序和 多步搅拌来提高混凝土的密实度、 改善混凝土内部孔结构， 达到提高混凝土的强度和抗冻性的目的 4 1 。 多步搅拌混凝土是将组成混凝土的原材料分多次投 入多次搅拌的方法。 主要有水泥砂浆法 、 水泥净浆法、 水泥 裹石法 、 水泥裹砂法 、 水泥裹砂石法等圈 。 根 据大量 的应用 研究结果， 各种分次投料搅拌工艺均能不同程度地提高混 凝土强度和耐久性旧 ， 其 中水泥裹砂石法增强效果最显著 。 水 泥裹砂石法 的施工工艺为首先将砂石和总用水量 的7 水加入进行搅拌 1 0 1 5 s ， 然后加入水泥搅拌3 0 3 5 S ， 最后加人剩余的 3 0 水搅拌 7 0 7 5 S 。 多步投料和多步搅 拌混凝土 的机理是 ： 第一次加水使得大部分水优先 和砂石 表面接触， 形成固一 液界面， 骨料被湿润后， 形成了液一 气界 面， 没有了固一 气界面， 气相数量大大减少。 当投入水泥时， 水泥黏附在骨料表面的水膜层上 ， 骨料表面的湿润效应可 以提供 骨料被水泥浆体包裹的机会 ， 骨料 问的空隙被水泥 浆体全部填充 ， 减少了孔隙率和空隙大小。 全部水加入搅拌 过程中， 稀浆中的水分向壳膜中渗透， 壳膜中的水泥粒子 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 向稀浆中扩散。 这样渗透和扩散过程使固一 液相均化， 气相 细化 ， 改善 了孔结构闱 。 1 2 存在 的问题 多步搅拌工艺虽然早在 2 0 世纪 8 0年代就有研究和 应用， 但都是针对低强度等级混凝土的强度所做的研究。 对多步搅拌工艺制作高性能混凝土的研究尤其对高性能 t 昆 凝土抗冻性的研究还 比较少。 2 研 究 内容及技 术方案 安 阳建工集 团下属的预制构件厂以生产高性能 C 5 0 混 凝土桥梁板为主。 本项 目以此混凝土原材料和配合 比为基 本数据 ， 进行多步搅拌对混凝土强度和抗冻性 的试验研究。 3 研 究技 术成 果 3 1 原材料技术特性 C 5 0 混凝土配合 比见表 1 。 ( 1 ) 水泥 ： 太行 水泥股份有 限公 司生 产的 P O 4 2 5 级 水泥； 其技术指标见表 2 。 ( 2 ) 粗骨料 ： 水冶清池石子泥块含量为 0 3 ； 针 片状颗 粒为 5 ； 含泥量为 0 7 ， 其技术指标见表 3 。 表 1 C 5 0混凝土配合比 表3 碎石技术指标 度为 1 4 2 0 k g m。 ； 含泥量为 2 8 ； 细度模数为 2 5 ， 其技 术指标见表 4 。 本地河砂石粉含量为 3 2 ； 泥块含量为1 0 ； 快速亚甲蓝试验合格； 松散堆积密度为 1 4 5 0 k g m ； 细度模 ( 3 ) 细骨料 ： 邢 台中砂泥块含 量为 1 0 ； 松散 堆积密 数为 2 7 ， 其技术指标见表 5 。 表 4天然砂( 邢台中砂 ) 技术指标 ( 4 ) 外加剂 ： 采用建科混凝土外加剂公司生产 的J K H 1 型高效减水剂； 其技术指标见表 6 。 表 6 J K H 一 1 型 高效减水剂 检测项 目 减水率 ， I v 0N 一 1 d一 苎婴 3 d 壁些 7 d 2 8 一 d 对钢筋锈蚀作用 3 2 水泥裹砂石法对高性能混凝土强度的影响 3 2 1 试验结果 分别用一次搅拌法和水泥裹砂石法制作标准试块 1 5 0 m m 1 5 0 m mx l 5 0 m m 的立方体标准试块各三组 ， 每组 三个试块 ， 在标 准养护箱中进行 养护 ， 然后分别进行抗压 强度试验 。 试验结果见表 7 、 8 。 表 7 一次搅拌混凝土强度值 表 8 水泥裹砂石法搅拌混凝土强度值 改变混凝土的配合比， 将水泥量降低 1 0 。 新配合比如 表 9 。 采用水泥裹砂石法进行强度试验 ， 试验数值如表 1 0 。 表 9 新 G 5 0混凝土配合 比 表 1 O 水泥裹砂石法搅拌新配合比混凝土强度值 l 0 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 2小结 ( 1 ) 采用原配合 比进行强 度试验 。 水泥裹砂石法 与一 次搅拌法 的强度 比值 为 l 1 3 5 。 水泥裹砂石 法 比一 次搅 拌法抗压强度提高 1 3 5 。 ( 2 ) 采用水泥用量减少 1 0 的新配合 比水泥裹砂石法 搅拌和原配合比一次搅拌进行强度试验， 前者比后者强度 高出 4 8 。 ( 3 ) 在强度能满足的前提下 ， 对混凝土抗冻性 的研 究 即可基 于原配合 比一次搅拌和新配合 比水泥裹砂石法搅 拌进行试验 。 3 3 水泥裹砂石 法对 高性能混凝土抗冻性的影响l引 3 3 1 试验设备 本试验所用 主要设备及工具如下 ： ( 1 ) C D R - 3 混凝土自动快速冻融试验设备， 福州锡南 试验公司生产 ； ( 2 ) 试件盒： 由硬质橡胶制成。 其净截面尺寸为 1 1 0 ra m 1 1 0mmx 4 6 0mm； ( 3 ) 电子称 ： 最大量程 3 0 ， 感量 5 g ； ( 4 ) 动弹性模量测定仪 ： 共振法动弹性模量测定仪 ； ( 5 ) 电热偶 、 电位差计 ： 能在一 2 0 2 0范围内测定试件 中心温度 ， 测量精度不低于 0 5。 3 3 2 试验方法 按照混凝土快速冻融循环 试验方法的要求 ， 本研究冻 融循环试验具体过程如下 ： ( 1 ) 试件养护2 4 d 后， 从标准养护室取出， 然后放在温度 为 1 5 2 0 。 C 的水中浸泡 ， 浸泡时水面高出试件顶面 2 0 m m。 ( 2 ) 试 件浸泡 4 d 后取出 ， 用 湿布擦 除表 面水分 ， 称重 并测试动弹性模量； 随后将试件放入橡胶套桶内并加水， 水 位高出试件顶面2 0 mm左右； 将套桶放人冻融箱进行试验， 将装有测温试件的套桶放在冻融箱的中心位置。 ( 3 ) 冻融循环试验的温度控制严格按照 G B T 5 0 0 8 2 2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准 中的 “ 快冻法” 执行 ， 每次冻融循环应在 2 4 h内完成 ， 其 中用于 融化的时间不得小于整个冻融时间的 1 4 。 冻融达到以下 3 种情况 的任何一种时即可停止试验 ： ( 1 ) 已达到 3 0 0 循 环； ( 2 ) 相对动弹性模量下降到 6 0 以下 ； ( 3) 质量损失达 5 。 3 3 - 3 试验过程 用传统搅拌方法和裹砂石搅拌方法各制作 1 0 0 m m 1 0 0 m mx 4 0 0 mm的试件 6 个， 辅助指标立方体抗压强度试 块 1 0 0 m mx l 0 0 m m 1 0 0 m m 各 6 块 。 混凝土浇筑完成后 ， 搁置 1 d 后放入混凝土养护室进行养护 ， 试验前试件应在水 中浸泡 4 d ， 然后用动弹性模量测定仪测定初始的横 向基振 频率值 ， 并称重。 把试件放人冻融箱 内进行冻融循环 ， 每循 环 2 5 次搬 出测定每个试件的动弹性模量和质量 ， 每次测量 完成之后及时把试件放人冻融箱 巾进行新一轮的冻融循 环 ， 直到达到规定循环次数。 3 3 4 试验数据 两种施工方式的比较见表 l 1 。 表 1 1 一次搅拌和水泥裹砂石法动弹性模量比较 从表 1 l 中数值可 以看 出， 一次搅拌冻融 3 0 0 次后动弹 性模量下降到原来的6 3 。 水泥裹砂石法冻融 3 0 0 次后动 弹性模量下降到原来的 7 7 。 一 次搅拌和水泥裹砂石法质量损失 比较 见表 1 2 。 表 1 2 一次搅拌和水泥裹砂石法质量损失比较 从表 1 2中数值可以得出 ： 两种搅拌方式质量损失都很 小。 但水泥裹砂石法质量损失要小于一次搅拌法。 3 4结 论 由于水泥裹砂 石法改善了混凝土的孔结构 ， 使得抗压 强度和冻融性增强 。 ( 1 ) 对 C 5 0 混凝士 来说 ， 在相 同配合 比情况下分别用 水泥裹砂石法与一 次搅拌法制作混凝土 ， 其 2 8 d 抗压强度 前者后者抗 压强度提高 1 3 5 。 1 0 8 ( 2 ) 在不增加其他成本的情况下 ， 减少水泥用量 1 O 配 制新混凝土采用水泥裹砂石法进行搅拌 ， 并和原配合比混凝 土一次搅拌进行 比较 ， 其抗压强度值前者比后者提高 4 8 ( 3 ) 对新配合 比混凝土水泥裹砂石法搅拌制作 的混凝 土试块和原配合 比混凝土一次搅拌制作的混凝土试块进 行抗冻性试验， 得出前者比后者动弹性模量降低较少， 质量 损失均较小。 下转第 1 1 3页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 根据经验 C 3 0 混凝土的表观密度为 2 3 8 0 k g 1T l 3 则 ： S +G= 2 3 8 0 一 曰 d 一 d A=2 3 8 0 3 6 0 1 7 5 6 5 = 1 8 3 8 5k g ( 2 1 ) 式 中： 3 ； 5 7 9 0k g： G 1 0 4 7 k g。 表 6 C 3 0配合比 C3 0 用量 C F K W A S G 21 6 7 2 7 2 1 7 5 6 5 7 9 0 1 0 4 9 用类 比法设计 C 3 5 大体积泵送混凝土基础 ， 施工要求 坍落度( 1 6 0 2 0 ) m 1 ， 设计出厂坍落度 1 9 0 1 n ， 原材料同 上。 C 3 5比 C 3 0 提高一个强度等级 ， 则胶凝材料用量提高 3 0 5 0 k g m 3 o C 3 0 混凝土的胶凝材料为 3 6 0 k g m ， 刚 C 3 5 大 体积混凝土的胶凝材料用量取下限值 3 9 0 k g m 3 o C 3 5 混凝 土的同配合 比砂浆强 度大于( I S O法 ) 检验胶凝材料 的强 度 ， 故将粉煤灰掺量降低 5 ， 即矿粉与粉煤灰掺量 3 5 ， 水泥掺量 占胶凝材料的 6 5 。 将高效减水剂的掺量提高 0 1 ， 即 1 9 ， 以提高减水率， 降低用水量。 C 3 0 混凝土的用 水量为 1 7 5 k g m3 C 3 5 混凝土的设计坍落度为 1 9 0 ， 用水量 可取 1 7 0 k g m3 o 胶凝材料增加 3 0 k g m3 则砂率降低 1 ， 为 4 2 。 根据经验， 混凝土表观密度为 2 3 9 0 k g m3 o 经过简单 计算可以得到配合比， 如表 8 所示。 经试验室检验 ： C 3 5 混凝土的和易性 良好 。 上接第 1 0 5页 的不同阶段， 要求不同过程质量责任的主体各负其责。 搅拌 站的 质量计划 、 工程项 目部的 施工组织设计 、 监理单 位的 监理实施细则 ， 应根据实际情况编制 ， 各方要清楚 本单位的职责和权限， 以及相关单位的职责和权限。 当出现 质量纠纷时 ， 建设行政主管部 门根据相关法律法规 ， 准确 、 公正地分清各方质量责任并作出相应处置， 以促进预拌混 凝土技术和混凝土结构工程施工技术的可持续性发展 。 参考文献 ： 【 1 】蔡正咏 混凝土性 M 】 _ E 京： 中国建筑工业出版社， 1 9 7 9 ： 6 5 上接第 1 0 8页 ( 4 ) 在强度能满足的情况下 ， 减少水泥用量的 1 0 仍 能满足抗冻性要求 ， 具有一定的经济效益 。 参考文献： 1 】1 文梓芸 ， 等 混凝土工程与技术【 M 】 武汉 ： 武汉理工大学出版 社 2 0 04 【 2 混凝土结构耐久性设计与施工指南【 M】 北京： 中国建筑工业出 版社 ， 2 0 0 4 【 3 】 张颖 混凝土材料细观结构与抗冻融性的研究【 D 】 兰州： 兰州交 通大学， 2 0 0 7 ( 5 ) ： 1 2 1 6 4 王卫中 混凝土多步搅拌的机理分析 J 】 长安大学学报： 自然科 学版 ， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 1 5 1 8 5 】F E R R A R I S C F C o n c r e t e mi x i n g m e t h o d s a n d c o n c r e t e m i x e r s ： s t a t e 表 7 C 3 5配合比 k g m C3 5 用量 C F K W A S G 25 4 5 9 77 1 7 0 74 7 6 6 1 05 7 6结束语 根据生产实践数据， 统计总结出混凝土生产中系列配 合比的水胶比、 用水量、 砂率及浆骨比的变化规律， 根据不 同的混凝土强度等级选用不同的配合比设计参数， 快速设 计出符合生产需要的配合比。 大大缩短配合比选用时间， 提高生产效率。 参考文献： 1 韩晓华 基于工作性的混凝土配合比设计方法 D 北京： 清华大 学 ， 2 0 1 0 2 】 吉林， 缪昌文， 孙伟 结构混凝土耐久性及其提升技术【 M 】 北京： 人民交通出版社， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 1 7 3 傅沛兴 现代混凝土特点与配合比设计方法 J 1 建筑材料学报， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 7 0 5 7 1 0 【 4 张巨松 ， 李家和 混凝土学【 M 】 哈尔滨工业大学出版社， 2 0 1 1 ( 2 ) ： 6 9 2 刘秉京 混凝土技术【 M E 京 ： 人民交通出版社 ， 1 9 9 8 ： 3 8 3 【 3 】陈建奎 混凝土外加剂的原理与应用【 M】 北京： 中国计划出版 社 ， 1 9 9 7 ： 4 2 6 4 赵顺增， 游宝坤 补偿收缩混凝土应用技术规程实施指南【 M 】 C 京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 9 ： 2 1 0 ， 1 3 2 ， 1 2 3 ， 1 5 9 1 6 0 ， 1 2 1 作者简介 ： 联系地址： 联系电话 ： 黄文咏( 1 9 7 7 一 ) ， 男， 工程师， 主要从事预拌混凝土的 生产与质量管理。 厦门市海沧区东孚凤山工业区( 3 6 1 0 2 7 ) 1 3 9 5 01 2 3 6 01 o f t h e a n 叨 J o u rna l o f R e s e a r c h o f t h e N a t i o n a l I n s t i t u t e o f S t a n d ar d s a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 1 ， 1 0 6 ( 2 ) ： 3 9 1 - 3 9 9 6 】孙增智， 申爱琴 二次投料搅拌工艺对混凝土性能的影响 J 公 路 ， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 2 2 2 2 2 5 f 7 】杨忠伟 冻融循环作用下混凝土单轴受压性能试验研究【 D 扬 州： 扬州大学， 2 0 1 0 ( 5 ) ： 1 6 2 7 8 8 刘玉民 抗冻融混凝土的研究与制备【 D 】 西安： 长安大学， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 1 7 2 3 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 付向红( 1 9 6 6 一 ) ， 女， 硕士， 副教授， 主要从事混凝土耐 久性研究。 河南省安阳市安阳工学院土木 藿 江 程学院( 4 5 5 o o 0 ) 1 3 8 3 7 2 7 46 8 0 ll 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m