劉臻一
(杭州三中混凝土有限公司,浙江 杭州 311108)
對原材料的性能把控是配合比調(diào)整的關(guān)鍵
劉臻一
(杭州三中混凝土有限公司,浙江 杭州 311108)
普通混凝土配合比設(shè)計主要目的是工作性、強度及經(jīng)濟性三點之間做到平衡。單一的做到其中的一點或兩點還是比較容易的,要做到三者兼顧,是需要一定的技術(shù)與經(jīng)驗積累的。
混凝土的原材料對混凝土的性能有較大的影響,尤其是在我國這個地大物博的土地上,同一種類原材料在不同地區(qū)的差異,可以用天差地別來形容。以 C30 舉例來說,在一些材料性能較好的地區(qū),總膠材用量在300 公斤稍多些就可以做出具有好的工作性且有好的強度的混凝土,但在一些原材料資源相對差的地區(qū),要想滿足相同性能的混凝土,膠材用量可能就需要 400 公斤以上。這之間的巨大差異并不是由技術(shù)人員的技術(shù)水平?jīng)Q定的,主要原因就是各種原材料的差異,導(dǎo)致技術(shù)人員配合比調(diào)試時,為保證混凝土的性能,必須要使用較多膠材。因混凝土是以地材為基礎(chǔ)來組織生產(chǎn)的,所以說只有對本地區(qū)原材料性能的良好把握,才能設(shè)計配制出符合本地區(qū)情況的混凝土。
材料對配合比調(diào)整的影響因素雖多,但各類材料總體上還是有一些共性的。依據(jù)混凝土原材料主要功能進行劃分,分為膠材、骨料和外加劑三種,掌握這些原材料的主體特征,對新人學(xué)習(xí)和調(diào)整配合比是具有事半功倍的效果的。所以本文也主要從這三個方面,以自己的理解,與大家共同討論學(xué)習(xí)。
(1)膠材
普通混凝土的膠材是水泥與一些其他活性或非活性摻合料搭配使用。其中摻合料以一定比例通過試驗驗證后應(yīng)用到混凝土生產(chǎn)中,使用最多的是具有一定活性的礦粉和粉煤灰。
膠材在混凝土中起到的作用,首先是強度,其次是配制出混凝土的工作性。我們都知道水泥自身是可以直接形成強度的,而活性摻合料自身并不具備凝結(jié)的條件,它需要在水泥水化的基礎(chǔ)上,與水泥水化反應(yīng)生成的 Ca(OH)2進行二次反應(yīng),生成 C-S-H 凝膠。其中水泥的 3d 和 28d 強度性能,決定了混凝土的前期強度增長速度和后期強度增長幅度,礦粉的活性對強度的影響主要體現(xiàn)在混凝土 28d 及以后的強度上,粉煤灰的活性在 28d 左右對強度的貢獻量是很少的,其對強度的貢獻主要體現(xiàn)在一個月以后的后期增長上。這些應(yīng)是膠材使用時強度性能的一個總體情況,根據(jù)膠材的各自性能特征,不同的等級或工程部位采用不同的使用方式,才能調(diào)配出合適的混凝土。
膠材與外加劑的適應(yīng)性對混凝土工作性的影響也是比較大的。因目前水泥生產(chǎn)技術(shù)的進步,粉磨出的顆粒較細,摻入的混合材也比較復(fù)雜,礦粉與粉煤灰的原材來源也比較混亂,所以膠材性能有時會出現(xiàn)較大變動,出現(xiàn)與外加劑的適應(yīng)性差,嚴(yán)重影響混凝土和易性。這一點經(jīng)常被很多工程技術(shù)人員所忽視,認為只有外加劑對水泥的適應(yīng)性,而不是水泥對外加劑的適應(yīng)性。不但要注意水泥與外加劑的適應(yīng)性,礦粉與粉煤灰等摻合料與外加劑的適應(yīng)性也是要注意的。膠材與外加劑的適應(yīng)性好,才易配制出和易性好的混凝土,這樣生產(chǎn)時易控制、施工性能好,且強度及耐久性等指標(biāo)也容易達到設(shè)計要求。若膠材的適應(yīng)性差,就不太容易配制出較好的混凝土狀態(tài),對混凝土的質(zhì)量把控也造成較大的難度。
(2)骨料
骨料對混凝土配合比調(diào)整的影響可以用“巨大”來形容,上面所舉例的 C30 配合比的差異,主要原因就是粗細骨料品質(zhì)對混凝土性能的影響。
細骨料中有天然砂和機制砂之分,在使用時對混凝土性能影響是有較大差異的。大部分天然砂的級配都是比較好的,其性能指標(biāo)中的粗細程度與含泥量是影響混凝土性能的關(guān)鍵。因現(xiàn)在大部分混凝土都是泵送施工,企業(yè)為追求經(jīng)濟效益,膠材用量都不是很富余,這樣砂的細度模數(shù)就會對混凝土的工作性具有較大的影響。例如 C35 及以下的配合比,因膠材用量相對較少,若使用細度 2.7 以上的砂,反而不易配制出和易性好的混凝土,經(jīng)常會出現(xiàn)混凝土離析泌水、混凝土發(fā)散等和易性不良的情況。同樣的配比若選擇稍細一些的砂,把細度模數(shù)控制在 2.3~2.5 的范圍內(nèi),反而能配制出和易性較好的混凝土。但對 C40 及以上的高等級混凝土,因膠材用量較富余,使用較粗的中砂對混凝土性能更為有利。對機制砂來說,雖然有些廠家品質(zhì)性能可以和天然砂相媲美,能完全代替天然砂使用,但對大部分的機制砂來說,都是生產(chǎn)碎石的尾料再加工,級配性能上經(jīng)常會不理想,且顆粒形態(tài)遠沒有天然砂好,存在一定的針片狀顆粒,這樣就導(dǎo)致配合比調(diào)整時,膠材用量要比天然砂多一些,才能滿足混凝土的各項性能。又因為制造機制砂的石材較多,機制砂都會具有一定的石粉含量,所以不同材質(zhì)的生產(chǎn)出的砂,對混凝土性能也會有不同影響,常見的是鈣質(zhì)石材對用水量影響較小,而硅質(zhì)石材則需要較高的外加劑用量才能控制住混凝土的用水量。但不論是天然砂還是機制砂,含泥量增加對混凝土性能都是不利的,對機制砂時,還要注意區(qū)分細顆粒是泥還是石粉,才能在配合比調(diào)試中采用不同的解決方式。
粗骨料對混凝土配合比調(diào)配的性能影響主要是粒徑大小、形態(tài)及原材的材質(zhì)。對泵送混凝土,粒徑較大或顆粒形態(tài)不好(尤其是針片狀含量多),對混凝土工作性有較大影響。對較高強度等級的混凝土,粗骨料的原材品質(zhì)是配制基礎(chǔ)。當(dāng)這些不利因素較突出時,為了保證混凝土工作性及強度,調(diào)整時只能采取提高砂率、增加膠材用量等解決辦法。所以粗骨料的粒徑大小、粒徑形態(tài)及自身材質(zhì),這些因素都能對普通泵送混凝土膠材用量、施工性能及強度造成較大的影響,尤其是 C50及以上高強泵送施工混凝土,往往起著關(guān)鍵性作用。
(3)外加劑
外加劑對混凝土調(diào)整的功能主要體現(xiàn)在控制用水量和與各種材料的適應(yīng)性上。水膠比是強度的理論基礎(chǔ),用水量的控制是強度的保證。選擇適應(yīng)性較好的外加劑,往往也能在使用時體現(xiàn)出較好的減水率,配制出的混凝土狀態(tài)及坍落度損失也往往較良好,施工性能優(yōu)良,強度等性能較容易保證。
混凝土生產(chǎn)是大宗原材料互相匹配的結(jié)果,這么多材料要保證絕對穩(wěn)定是不可能的,所以當(dāng)原材料性能變化時,通過調(diào)整外加劑摻量的方式來保證生產(chǎn)及混凝土質(zhì)量,是十分必要的。因很多從事混凝土的新人未接觸過外加劑,對外加劑的用量不敢做出調(diào)整,這是對外加劑的一種誤解。當(dāng)混凝土生產(chǎn)時,用水量與理論配比出現(xiàn)較大偏差時,是必須要調(diào)整外加劑用量的。用水量太低時,要減少外加劑,反之要增加外加劑用量,使生產(chǎn)用水量保持在合理的區(qū)間里,才能保證混凝土的質(zhì)量。
通過調(diào)整外加劑用量來調(diào)整用水量在合理的范圍內(nèi),還因為混凝土和易性保證是需要一定的水泥漿量的支持的,而水泥漿是由膠材用量和水組成的。用水太多雖然增加了總水泥漿量,但強度不能保證,而用水太少時,因減少了總漿量,會出現(xiàn)和易性不好,生產(chǎn)控制時較敏感,混凝土的勻質(zhì)性不好,不利于施工,也不利于實體構(gòu)件強度。
以上的幾點,僅是混凝土調(diào)配時,以原材料的最為普遍的一些性能考慮,也是混凝土最常出現(xiàn)問題的一些方面。對材料性能的把握,新人可以依據(jù)國家的相應(yīng)規(guī)范進行學(xué)習(xí)。因規(guī)范在制定時,會對全國不同地區(qū)的材料進行取樣驗證,把一些對混凝土影響較大的因素進行匯總,具有非常好的理論指導(dǎo)意義。
劉臻一(1982—),男,總工程師。
[通訊地址]浙江省杭州市余杭區(qū)崇賢鎮(zhèn)北莊工業(yè)區(qū)杭州三中混凝土有限公司(311108)