原材料对预拌混凝土性能的影响_杨栋栋.pdf

居 舍新材料与新技术562023年3月（中）1 原材料对预拌混凝土性能造成的具体影响1.1 水泥在使用水泥材料时，预拌混凝土主要受到温度、凝结时间、存储条件三方面因素影响，多项性能发生明显改变。第一，水泥温度。如果使用高温水泥，在混凝土搅拌期间通过释放过多热能而消耗过多水分，显著提升水灰比，致使混凝土抗压强度明显降低，尽管中途增加拌和水用量也会加快坍落度损失速度，后续还有可能在混凝土凝结期间形成温度裂缝。而在使用低温水泥时，在搅拌期间容易出现集料成团现象，对预拌混凝土表面抗渗性、强度、耐久性等多项性能造成不利影响，严重时还会出现提前停止水化反应的问题1。第二，凝结时间。正常情况下，要求预拌混凝土初凝时间超过45min、终凝时间超过6.5h 或10h，并通过外加剂来控制具体凝结时间。但由于错误选择水泥品种，或是受到水泥材料状态、现场气候等因素影响，致使预拌混凝土出现提早凝结、延缓凝结的情况。第三，存储条件。相比于其他原材料，水泥材料的存储要求较为严格，必须在干燥封闭环境内分类存储水泥，严格控制水泥存储时间，如果中途出现水泥潮湿结块问题，或是使用过期水泥，都将全面降低预拌混凝土性能，混凝土结构在现浇成型、使用期间有较高概率出现干裂隆起等质量通病。1.2 砂石传统砂石生产方式较为落后，缺乏有效监管机制，粒形失控、级配不合理等质量问题时有出现。如果直接把此类砂石材料投入使用，会对预拌混凝土性能质量造成明显影响，也不具备制备高性能特种混凝土的条件。根据实际情况来看，预拌混凝土性能主要受到砂石材料粒径、粒形、压碎值、含泥量四项因素影响。第一，砂石粒径。在砂石材料选用环节，没有严格遵循混凝土结构通用规范（GB55008-2021）等现行规范，使用最大粒径远超过标准值，或是最小粒径未达到标准限值的砂石材料，由此改变了混凝土强度及泵送性能。同时，在制备 C50及以上高标号预拌混凝土时，没有采取砂石空隙率控制措施2。第二，砂石粒形。粒形取决于砂石生产工艺和母岩材质，使用球状体以及多面体粒状砂石时的预拌混凝土抗压强度较高，不会对成品材料总体性能造成负面影响。如果使用片状、针状砂石，由于其总比表面积远超其他粒形砂石材料，需水量随之增加，如果仍旧按照既定配合比方案制备混凝土，会削弱混凝土粘聚性与可泵性，严重时会引发离析泌水等工艺问题。第三，砂石压碎值。压碎值是反映砂石抵抗压碎能力的一项技术指标。在预拌混凝土生产期间，砂石压碎值和抗压强度成反比，如果砂石材料压碎值远超设计标准，则会明显降低混凝土强度，且砂石本身无法发挥出应有的受力支撑作用。第四，砂石含泥量。在 混凝土结构通用规范等现行规范文件中，特殊要求混凝土砂石含泥量不得超过3.0%、泥块含量不得超过1.0%，高强度混凝土砂石含泥量与泥块含量不得超过2.0%与0.5%。使用砂石材料时，如果没有提前筛除淤泥、泥块、腐殖土等杂质，直接把砂石投入搅拌仓内，因含泥量超标致使混凝土抗压强度、骨料界面粘结强度与耐久性等多项性能下降，后续在混凝土结构固结成型期间易出现开裂变形、蜂窝气孔等质量通病。1.3 外加剂在使用外加剂材料时，预拌混凝土性能普遍受到摘 要为分析原材料对预拌混凝土性能的影响，本文从原材料使用角度出发，分析水泥、砂石、外加剂等主要原材料对预拌混凝土性能质量造成的具体影响，研究影响机理、总结影响规律，充分论证原材料管理重要性。随后，提出多项预拌混凝土性能质量保障措施，旨在减小原材料对预拌混凝土性能造成的实质影响，顺利制备高品质混凝土材料，从根源上杜绝各类质量问题出现，也为工程项目建设质量提供保障。关键词预拌混凝土；原材料；性能质量；影响因素中图分类号TU528.52 文献标识码A 文章编号1674-1900（2023）08-0056-03原材料对预拌混凝土性能的影响杨栋栋（甘肃第七建设集团股份有限公司，甘肃 兰州 730030）作者简介：杨栋栋（1981-），男，甘肃兰州人，工程师，研究方向为施工现场精细化管理。居 舍新材料与新技术572023年3月（中）外加剂品种、含碱量、成分适用性三项因素影响。第一，外加剂品种。常用外加剂包括减水剂、缓凝剂、引气剂、早强剂等，各类外加剂的功能效用存在明显差异，如减水剂可在短时间内去除多余水分，缓凝剂起到延缓混凝土初凝与终凝时间作用。如果混淆使用外加剂品种，会导致混凝土搅拌过程、成品材料质量与使用效果充满不确定性。同时，单一品种外加剂存在局限性，以聚羧酸减水剂为例，其有着性能稳定性差、不同厂家所生产减水剂的分子量及分布状态不一致、制备高强混凝土时出现黏性超标现象的明显缺点。第二，外加剂含碱量。外加剂是预拌混凝土含碱量的重要来源，通过引入碱量驱使混凝土产生碱集料反应。如果没有提前准确计算各类外加剂含碱量，导致混凝土总碱量超标，最终形成含碱胶凝体，影响到混凝土耐久性、提高开裂概率。第三，成分适用性。无论是外加剂还是预拌混凝土，都含有大量矿物质组分，如果二者矿物成分相互冲突，则会影响到外加剂与混凝土适用性，无法达到预期适用效果。1.4 粉煤灰粉煤灰是预拌混凝土常用的一种掺合料，其既可以减少水泥、细骨料等材料用量，还可以显著改善混凝土和易性、可泵性、抗渗性等多项使用性能。然而，当前市场上存在大量劣质粉煤灰，包括磨细粉煤灰、脱硝不稳定粉煤灰、浮黑粉煤灰等，使用此类劣质材料会对活性效应、微集料效应、颗粒形态效应的效果造成负面影响，分别代表化学成分、细度与玻璃球体。第一，化学成分。粉煤灰含有大量化学成分，包括活性二氧化硅等，在搅拌期间与其他碱性物质进行化学反应，后续生成水化铝酸钙、水化硅酸钙等产物，用于堵塞混凝土毛细管与增强抗腐蚀性能3。如果粉煤灰化学成分种类不全，或是含量低于正常水准，无法在搅拌期间充分发挥活性效应，进而削弱包括抗渗性能在内的多项性能。第二，粉煤灰细度。粉煤灰含有大量碎屑与微珠，可将其视作为活泼纳米材料的替代品，有利于提升混凝土强度、改善结构致密性与匀质性。颗粒越细，碎屑微珠比表面积越大，可以充分与活性成分及水化产物进行二次水化反应。如果使用细度不达标的粉煤灰材料，则会直接影响到混凝土后期强度。第三，玻璃球体。粉煤灰玻璃球体含量与形态效应成正比关系，玻璃球体含量越高，则形态效应发挥越显著，可以起到减水、匀质、致密等多重作用，这也是鉴别粉煤灰真假的有效手段。正常情况下，粉煤灰材料的玻璃微珠含量超过70%，有着粒形完整、质地致密、表面光滑特征。1.5 废弃浆料在预拌混凝土制备期间，由于搅拌设备清理不彻底，普遍会产生或附着一些废弃浆料，经过沉淀后出现分离现象，形成底部沉淀泥浆和上层清液，富含外加剂与氢氧化钙等碱性物质。如果在残留废弃浆料情况下直接制备预拌混凝土，在浆料作用下会对混凝土坍落度、凝结时间、抗渗性、强度等多项性能造成明显影响。第一，坍落度。废弃浆料取代率与混凝土坍落度保持紧密联系，随着废弃浆料取代率提升，混凝土坍落度明显增加，到达极限掺量后开始回落，影响程度取决于废弃浆料取代率与混凝土强度等级。例如，在制备 C30混凝土时，废弃浆料取代率不足60%情况下，减水剂作用得到充分发挥，混凝土坍落度高于正常水准。而在废弃浆料取代率大于60%时，由于骨料合理级配状态被破坏，坍落度明显降低。第二，凝结时间。由于废弃浆料中含有大量的缓凝剂、减水剂等外加剂成分，当废弃浆料取代率偏高时，这些外加剂会在混凝土搅拌、凝结期间重复释放，改变混凝土凝结时间。正常情况下，废弃浆料取代率为100%时的混凝土终凝时间最长，取代率在40%60%时的终凝时间相对较长。第三，抗渗性能。在预拌混凝土制备期间，通过投加少量废弃浆料，浆料固体颗粒等质量取代粉煤灰，可以明显提高混凝土抗渗等级4。例如，在制备 C30混凝土时，使用拌和水时的混凝土抗渗等级普遍为 P8，而在掺加10%20%废弃浆料后，可以把混凝土抗渗等级提高至 P10。第四，强度。预拌混凝土搅拌期间投加或遗留废弃浆料时，随着浆料取代率提升，混凝土强度呈现先增长、后下降趋势，废弃浆料取代率在60%左右时的混凝土强度增长幅度显著，3d 龄期时的抗压强度增幅在10%30%左右，如果废弃浆料取代率超过这一标准，混凝土强度逐渐下降，最终低于正常水准。2 预拌混凝土性能质量保障措施2.1 原材料质量检验为有效预防预拌混凝土质量问题出现，应从根源上减小乃至消除原材料对成品混凝土性能造成的影响。生产单位必须做好入场检验工作，在各批次原材料入场环节，加大质量验收力度，重点检查原材料外观质量与规格材质，退回潮湿结块水泥、针片状砂石等存在明显质量缺陷的原材料。通过初步检查后，核居 舍新材料与新技术582023年3月（中）查生产许可证、质检报告、生产日期等相关材料，随机抽取少量原材料进行二次检验，对比检验结果与性能指标要求，退回性能不达标的劣质材料。最后，在生产预拌混凝土前，检查原材料质量状态在存储期间是否发生改变，做好原材料预处理工作，如筛除砂石中夹杂的腐殖土与泥块等杂质、滤除拌和水杂质、调整水泥温度。此外，还需要结合原材料性能特点，编制专项质量检验方案。以水泥质量检验为例，率先对水泥标号、品种、包装日期与外观质量进行检查，退回规格有误、过期与存在潮湿结块等问题的水泥材料。随后，从各包水泥中随机采集少量样品，依次对样品的比重、密度、凝固时间等多项性能进行检测，对比检测结果与性能指标要求，退回检测结果不达标的劣质水泥。正常情况下，要求水泥比重在3 1左右，密度为1300kg/m3，初凝时间与终凝时间不超过45min 与12h。2.2 配料过程控制在配料环节，重复对所准备水泥、砂石、外加剂等原材料的外观质量、规格品种、状态进行全面检查，更换劣质原材料，对状态不达标的材料进行预加工处理，直至原材料完全满足预拌混凝土生产需要。随后，对原材料进行精确称量，严格控制配料偏差，把掺和料、外加剂、水泥与拌和水用量偏差控制在2%以内，砂石用量偏差控制在 3%以内，称量完毕后再把原材料按顺序倒入搅拌仓内持续搅拌。同时，定期对计量设备开展检定工作，避免因积灰、移位等问题导致计量设备精度下滑、增加原材料用量偏差。根据实际情况来看，如果拌和水及水泥材料用量偏差超过2%，则会明显降低预拌混凝土强度，下降幅度在10%左右。2.3 混凝土试拌预拌混凝土质量控制是一项较为复杂的活动，其性能质量受到原材料、现场环境、搅拌方式等多项因素影响，尽管提前做好原材料质量检验等准备工作，仍旧无法彻底保证混凝土性能质量完全达到设计标准。因此，需要着手开展混凝土试拌作业，按照既定配合比方案来称取原材料，清理搅拌仓内灰尘污渍与废弃浆料，按顺序依次投加砂石、水泥、粉煤灰、外加剂等原材料，搅拌一段时间后倒入拌和水，继续进行搅拌，搅拌完毕后检测混凝土坍落度等各项性能是否达标。如果检测结果与预期情况不一致，深入分析问题形成原因，采取更换原材料品种、调整搅拌时间、变更原材料用量等改进措施，重复开展试拌作业，直至预拌混凝土性能质量完全达标，方可大规模制备预拌混凝土，把混凝土装车运往工程现场。2.4 成品混凝土质量检验考虑到预拌混凝土性能有着影响因素众多的特征，在原材料选材、运输、入场检验、计量称重等任意环节出现纰漏，都会改变混凝土性能，材料质量充满不确定性。因此，在预拌混凝土制备完毕后，需要对成品材料性能质量进行全面检验，确定材料性能完全达到预期水准后，方可把预拌混凝土装车运往工程现场。例如，在预拌混凝土抗冻性能检验环节，提前制作多组特定规格尺寸的混凝土试件，做好试件加工处理作业，准备冻融试验机与动弹性模量测定仪，开展冻融循环试件，确定冻融时间等参数，直至试件出现开裂、表层薄弱、表层鱼鳞状崩落等现象后，把测量数据导入计算公式中，确定预拌混凝土抗冻性能。而在预拌混凝土强度检验环节，采取精度较高的超声法，根据超声波在混凝土结构中的传播情况来推算内部强度，适用于检测抗压强度在1050MPa 以内、龄期超过14d 的预拌混凝土。提前制备混凝土试件，在试件两端设置发射器与接收器，由发射器向混凝土内部发射超声波，再由接收器来采集声波信号，同步观察声波传播速度、频率、波形等参数的变化情况，后续按照预拌混凝土强度评定检验评定规则（GB/T14902-2012）等现行规范，推算混凝土抗压强度是否达标。3 结语综上所述，为切实保障预拌混凝土性能质量，向各类型建设工程源源不断提供高品质预拌混凝土材料，生产企业必须提高对原材料管理工作的重视程度，全面掌握水泥、砂石等原材料对预拌混凝土性能造成的具体影响，落实原材料质量检验、配料过程控制、混凝土试拌、成品混凝土质量检验四项措施，提高预拌混凝土技术在应用水平。参考文献1 拜生智.原材料对预拌混凝土性能的影响及质量控制要点 J.广东建材，2022，38（9）：67-70.2 曲睿祚.废弃浆料对预拌混凝土性能影响的研究 D.哈尔滨工业大学，2016.3 马利娟.预拌混凝土添加剂对混凝土性能的影响 J.四川水泥，2018，261（5）：330.4 孙传孔.预拌混凝土原材料质量现状与控制措施 J.工程质量，2020，38（1）：17-19.