從混凝土配合比談提高水泥混凝土外觀質(zhì)量

現(xiàn)代橋涵施工過(guò)程中，對(duì)混凝土外觀質(zhì)量的要求不斷提高，這樣不僅提高了橋涵建設(shè)內(nèi)部質(zhì)量還保證了橋涵外部美觀，因此必須采取有效的技術(shù)保障和質(zhì)量控制措施，保證混凝土的外觀質(zhì)量，在這一點(diǎn)上混凝土的配合比以及配合比的生產(chǎn)控制對(duì)混凝土的工作性能尤為重要，并直接決定水泥混凝土的外觀質(zhì)量。

引起混凝土外觀質(zhì)量的因素很多，然而由混凝土配合比引起的外觀質(zhì)量問(wèn)題主要表現(xiàn)在混凝土表面有“砂線、水波紋、鱗狀色斑、分層”等；要解決這個(gè)問(wèn)題主要應(yīng)從控制原材料、合理調(diào)配配合比，提高和易性、粘聚性，減少離析、泌水等方面來(lái)控制。解決了這些問(wèn)題，也就從源頭上控制了混凝土的外觀質(zhì)量。

下面以用于青臨高速第二十三標(biāo)施工中墩柱等部位的C30混凝土配合比的設(shè)計(jì)以及兩次優(yōu)化調(diào)整為例談?wù)劵炷僚浜媳鹊淖兓瘜?duì)混凝土性能及外觀質(zhì)量的改善。

1.原材料選取

原材料是控制質(zhì)量關(guān)鍵，必須選擇合適的原材料加以控制。水泥混凝土主要有四種基本材料，即水泥、水、粗集料、細(xì)集料（砂），一種關(guān)鍵材料即外加劑，另外有時(shí)還會(huì)使用粉煤灰、超細(xì)粉等添加材料。

1.1水泥選取

水泥是影響混凝土外觀的主要材料之一，本工程中我們選用山東沂州水泥集團(tuán)，P.O42.5級(jí)水泥。生產(chǎn)規(guī)模較大，質(zhì)量均勻一致，有利于保證外觀顏色一致。由于同種或不同種水泥的生料是按一定的化學(xué)成份比例配制的并磨研到一定的細(xì)度，均勻混合，在旋窯中煅燒而成，生產(chǎn)水泥各工序的差異性，各種、各批水泥所具有的物理、化學(xué)性質(zhì)也有所不同。因而，不同的品種、規(guī)格、甚至不同批號(hào)的水泥所澆筑的混凝土顏色也不一致。

值得一提的是，現(xiàn)在水泥生產(chǎn)工藝中為提高產(chǎn)量，節(jié)約成本往往會(huì)加入一定量的助磨劑，助磨劑是在水泥粉磨時(shí)加入的起助磨作用而又不損害水泥性能的外加劑。助磨劑的使用有其優(yōu)越性，同時(shí)也可能給水泥的細(xì)度以及與外加劑的兼容性等方面帶來(lái)不利影響，間接引起混凝土外觀質(zhì)量病害。

1.2水選取

水主要控制硫酸鹽含量和氯離子含量等指標(biāo)，一般地下水或者飲用水都能滿足施工要求，一般不會(huì)對(duì)外觀質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。

1.3粗、細(xì)集料選取

粗、細(xì)集料的級(jí)配是為了使混凝土達(dá)到最大密度，前一級(jí)集料之間的空隙，由次一級(jí)集料所填充，其它所余空隙由水泥漿的細(xì)小集料包裹，致使混凝土強(qiáng)度較高，外觀表層也密實(shí)光滑。本工程中所采用的是臨沂馬廠湖生產(chǎn)的16-31.5mm、10-20mm、5-10mm摻配成的5-31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石，砂采自臨沂市河?xùn)|區(qū)鄭旺鎮(zhèn)沭河（Ⅱ區(qū)）中砂，實(shí)際生產(chǎn)中其細(xì)度模數(shù)也有小幅變化，應(yīng)根據(jù)情況對(duì)砂率做相應(yīng)的調(diào)整。粗、細(xì)集料在混凝土中起到骨架作用，硬化后的混凝土粗、細(xì)集料被水泥漿晶體結(jié)構(gòu)所包裹，使水泥晶體起到連接作用。

1.4外加劑選取

外加劑是改善混凝土工作性能的添加劑，我們采用的是山東淄博華偉銀凱建材有限公司生產(chǎn)NOF-1C高效減水劑（粉劑）。外加劑使用前必須通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證與水泥的兼容性，合理選配外加劑并調(diào)試出最佳的摻量能夠降低混凝土中的水灰比，改善混凝土的和易性，間接起到提高混凝土外觀質(zhì)量和強(qiáng)度的作用。

1.5超細(xì)粉的加入

超細(xì)粉主要就是提高混凝土和易性，減少泌水，直接改善混凝土的外觀質(zhì)量。我們選擇的是臨沂馬廠湖生產(chǎn)的超細(xì)粉，比表面積在被測(cè)試樣比表面積400m2/kg以上。

2.設(shè)計(jì)過(guò)程：

首先確定材料級(jí)配，合理的級(jí)配比例能夠使顆粒相互嵌擠、并最終被水泥等粉料包裹，才能使混凝土的顆粒組成達(dá)到一個(gè)良好的狀態(tài)，有利于提高混凝土的工作性，減少混凝土產(chǎn)生離析、泌水的發(fā)生。

然后確定水灰比、用水量、砂率等指標(biāo)，按以往經(jīng)驗(yàn)結(jié)合查《普通水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》表4.0.1-2選取水灰比，確定試配混凝土的用水量，選定砂率，假定容重，從而確定基準(zhǔn)配合比。按基準(zhǔn)配合比水灰比分別增加和減少0.03；砂率保持不變，計(jì)算出另外兩組配合比，經(jīng)實(shí)測(cè)坍落度、容重、以及混凝土的工作性、強(qiáng)度、耐久性等指標(biāo)選定最終混凝土配合比。

3.實(shí)例中使用的C30混凝土配合比設(shè)計(jì)調(diào)整過(guò)程：

將各種原材料按適當(dāng)?shù)募?jí)配和比例攪拌均勻，采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒒炷林械目諝夂陀坞x水排出，使水泥漿填充粗細(xì)集料之間空隙，才能成為內(nèi)實(shí)外光的膠結(jié)實(shí)體。了解了各種材料的工作機(jī)理，就不難分析對(duì)于改善混凝土工作性及外觀質(zhì)量所做的調(diào)整了。

3.1級(jí)配調(diào)整

只有合理的級(jí)配比例使顆粒相互嵌擠、并最終被水泥等粉料包裹，才能使混凝土的顆粒組成達(dá)到一個(gè)良好的狀態(tài)，有利于提高混凝土的工作性，減少混凝土產(chǎn)生離析、泌水的發(fā)生，避免由此產(chǎn)生的外觀質(zhì)量病害。

在初始配合比中我們采用的級(jí)配比例中16-31.5mm碎石和10-20mm碎石的比例為25:55，后調(diào)整為35:45，當(dāng)然此次調(diào)整主要是為了適應(yīng)原材料進(jìn)場(chǎng)規(guī)格所產(chǎn)生的變化，調(diào)整后保持混合篩分結(jié)果無(wú)太大變化，在這一點(diǎn)上很多人會(huì)覺(jué)得增加細(xì)集料的用量而減少粗集料的含量才會(huì)減少離析現(xiàn)象的發(fā)生，其實(shí)如果細(xì)集料含量多而粗集料少的話，會(huì)造成單位體積材料的表面積急劇增加，需要更多的水泥等膠凝材料的填充，如不增加水泥用量，會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的離析和泌水現(xiàn)象。因此主要還是應(yīng)該控制在合理的混合級(jí)配范圍。

表一：級(jí)配調(diào)整參數(shù)匯總

材料名稱(chēng)類(lèi)型碎石砂

16-31.5mm10-20mm5-10mm

砂率%細(xì)度模數(shù)

初始配比255520402.89

調(diào)整一354520402.76

調(diào)整二354520392.80

級(jí)配類(lèi)型5-31.5mm

連續(xù)級(jí)配

通過(guò)百分率

級(jí)配范圍篩孔尺寸37.531.519.09.5

最大1001008530

最小100955510

篩分試驗(yàn)

結(jié)果

初始配比10010070.120.9

調(diào)整一10099.071.419.5

調(diào)整二10010072.618.4

3.2工作性調(diào)整

工作性包括混凝土的和易性、坍落度、粘聚性、耐久性等多項(xiàng)指標(biāo)，混凝土工作性能的好壞直接影響混凝土的施工及外觀質(zhì)量的優(yōu)劣。

初始的配合比中，混凝土的設(shè)計(jì)坍落度為70-90mm，現(xiàn)場(chǎng)反應(yīng)不利于施工，同時(shí)在實(shí)際施工中出現(xiàn)了蜂窩、麻面的現(xiàn)象，為此第一次調(diào)整時(shí)就將設(shè)計(jì)坍落度提高到了90-110mm，為提高混凝土的粘聚性在保持用水量不變的前提下，適當(dāng)降低水灰比，相應(yīng)水泥用量增加至378Kg/m3，混凝土中水泥用量如果不足，則混凝土外觀表現(xiàn)出魚(yú)鱗紋麻面等現(xiàn)象；因此不能對(duì)水泥用量做太大的調(diào)整。在試配中由于級(jí)配的調(diào)整、砂的細(xì)度模數(shù)的減小等多項(xiàng)影響，外加劑摻量只用到0.5%就達(dá)到了設(shè)計(jì)坍落度。通過(guò)此次調(diào)整，混凝土的工作性和外觀質(zhì)量有一定提高，然后現(xiàn)場(chǎng)還是會(huì)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，通過(guò)分析，考慮到本工程采用的集料全部為水洗料，潔凈程度很高，粗集料中0.075mm篩孔以下部分幾乎為0，這樣在級(jí)配理論中逐級(jí)填充、包裹所需要的水泥就要增加，然而如果混凝土中水泥用量過(guò)多，則混凝土膠結(jié)時(shí)易出現(xiàn)收縮龜裂，也會(huì)影響其外觀質(zhì)量，因此考慮采用比水泥更細(xì)的超細(xì)粉，為此在第二次調(diào)整的基礎(chǔ)上又添加了水泥用量5%的超細(xì)粉以改善其粘聚性、保水性，減少離析、秘水，同時(shí)適當(dāng)增加外加劑摻量，降低了1%的砂率，通過(guò)再次優(yōu)化調(diào)整從根本上改善了混凝土的外觀質(zhì)量。

表二：工作性調(diào)整參數(shù)匯總

混凝土配合比及原材料的品質(zhì)對(duì)混凝土的內(nèi)實(shí)外美起著特別重要的作用。因此，在混凝土施工前，由工地試驗(yàn)室對(duì)周?chē)晒┻x用的原材料和工程用水以及混凝土外加劑等進(jìn)行試驗(yàn)分析，并進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)。墩柱、墩(臺(tái))帽等結(jié)構(gòu)物混凝土配合比都經(jīng)過(guò)多次試配及實(shí)際澆筑試驗(yàn)后，才最終確定了最佳的配合比。

為了確保混凝土從拌和站到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)時(shí)的質(zhì)量，還應(yīng)加強(qiáng)混凝土的拌和管理，確保計(jì)量準(zhǔn)確、攪拌均勻，在不同的時(shí)間段、不同的氣溫條件下的坍落度損失和凝結(jié)時(shí)間測(cè)定。雨季施工還應(yīng)注意加大對(duì)骨料含水率的測(cè)定頻率并據(jù)以調(diào)整骨料和水的用量，確保施工配合比各種材料用量不偏離理論設(shè)計(jì)配合比。

優(yōu)化混凝土的配合比是提高混凝土外觀質(zhì)量的第一步，加強(qiáng)施工過(guò)程的控制也是提高混凝土外觀質(zhì)量的重要步驟，特別是在模板支護(hù)、混凝土振搗、拆模、養(yǎng)生等方面，，所以只有加強(qiáng)各個(gè)施工環(huán)節(jié)的控制才能有好的混凝土外觀質(zhì)量。