“二次投料”生產C 30混凝土的試驗研究

王威，張作旺，高建洋，付東

（1. 河南海華工程建設管理股份有限公司，河南 鄭州 450000；2. 河南五建混凝土有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

“一次投料”是將所有的原材料裝入攪拌機一起攪拌，常常是水包裹了石子?！岸瓮读稀笔窍葘⒊右酝獾牟牧蠑嚢璩删鶆虻纳皾{，投入石子后再攪拌，形成漿包石子，籍以提高混凝土抗壓強度，改善和易性。

“二次投料”生產混凝土技術運用始于上世紀中葉美國，混凝土強度提高 8% 以上，改善了和易性，提高了耐久性。很快在發達國家流行起來。我國是在改革開放初期在各地運用起來的，現在這項技術已經很成熟了。

“二次投料”有兩種方法：一種是先攪拌水泥漿，再將其余材料投入拌合成混凝土；第二種是先將石子除外的材料攪拌成水泥砂漿，再將石子投入拌合成混凝土。攪拌效果后者優于前者。

本次試驗研究的內容包括：確定既經濟又合理的C30 混凝土總攪拌時間 t；恰當分配第一次攪拌時間 t1和第二次攪拌時間 t2，使混凝土性能達到最佳狀態。

1 試驗方案

1.1 試驗原材料及配合比

試驗采用：鄭州天瑞 P·O42.5 水泥；濟源國泰 S95級礦粉；洛陽電廠 Ⅰ 級粉煤灰：鄭州賈峪 0～5mm 機制砂；鄭州賈峪 5～20mm 碎石；新鄉科之杰 Point-400高效減水劑；自來水。

C30 混凝土初次試驗配合比采用河南五建近期生產使用的 C30 混凝土配合比，符合 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》[1]，詳見表 1。

表1 C 30 混凝土配合比 k g/m3

1.2 總攪拌時間的確定

GB 50666—2011《混凝土結構工程施工規范》[2]規定最短攪拌時間為 60s，在此基礎上增加了 5s 為 65s。

1.3 第一次與第二次攪拌時間選定

通過系統性試驗，選定第一次攪拌時間 t1和第二次攪拌時間 t2。t1為 15s、20s、25s、30s、35s，相對應的t2為 50s、45s、40s、35s、30s。

1.4 攪拌設備

選擇生產用 MA06750/4500SDYHB 型強制式攪拌機進行生產性試驗，這是為了避免先在試驗室的攪拌機中做試驗，再到生產用的攪拌機做驗證性試驗。一次完成試驗，節省時間。

1.5 確定試件數量

C30 混凝土做了 6 批試驗，每批 10 組。其中“一次投料”1 批，“二次投料”5 批。求出在配合比相同條件下“二次投料”與“一次投料”相比 28d 混凝土抗壓強度提高的比例。

2 “二次投料”兩次攪拌時間的確定

2.1 兩種攪拌方式 C 30 混凝土抗壓強度對比

6 批試驗 28d 混凝土抗壓強度平均值見表 2。

表2 28 d 混凝土抗壓強度平均值 MP a

2.2 第一次攪拌時間的確定

將 6 批試驗，每批混凝土的 7d、14d 和 28d 平均抗壓強度與對應的第一次攪拌時間的關系繪制成曲線，見圖 1。圖中 t1=0 的 f 值是“一次投料”所得的混凝土抗壓強度。

圖1 f—t1 曲線圖

由圖 1 可知：

（1）t1在 15～35s 范圍內變化時，曲線起伏平緩且對稱。

（2）t1在 25s 時，各齡期抗壓強度均達到最大值。

（3）f 達到最大值時，t1和 t2的比值是 0.625，接近黃金比例 0.618，偏差為 1.13%。

不同齡期“二次投料”與“一次投料”混凝土強度對比圖見圖 2，通過計算可得，使用“二次投料”生產方式，混凝土抗壓強度均提高了 8.0% 以上。

圖2 兩種投料方式混凝土強度對比圖

在總攪拌時間 t 確定后，第一次砂漿攪拌時間 t1從短到長是砂漿均勻性提高的過程。最佳的點位即混凝土強度達到最大值時，砂漿的均勻性雖未達到極致，但是材料組合的、綜合的性能達到了極致，即砂漿包裹石子的均勻性達到了最佳狀態。這種特性是由于混凝土是多組分材料決定的。

按照本次試驗 C30 混凝土采用的配合比，對于不同齡期，在總攪拌時間 t 確定后，“二次投料”兩次攪拌時間 t1和 t2最佳分配比例都是黃金比例。

t1可按下式求得：t1/t2= t1/(t-t1) =0.618，t1=0.382t。

3 “二次投料”生產的 C30 混凝土工作性能

觀察“二次投料”5 批混凝土工作性能試驗，混凝土呈現的狀態是“既能立得住，又能坍得開”，有較好的流動性，便于混凝土澆灌密實，有利于提高混凝土的耐久性。

現場所用二次投料生產的混凝土比較黏稠，未見泌水和離析。當混凝土坍落度達到 210～230mm 時，對應的擴展度為 580～625mm，擴展度與坍落度之比的平均值接近常數 2.7。

從施工現場澆灌混凝土的情況看，機制砂的含粉量對混凝土的和易性有明顯的影響，宜按國家標準 GB/T 14684—2011《建筑用砂》[3]中的規定減半控制。

4 “二次投料”改進試驗

“二次投料”能提高混凝土性能是確定無疑的，如何做到既滿足混凝土性能需求又能節省材料、降低能耗呢？下面繼續進行改進試驗。

4.1 改進 1

在混凝土配合比不變的情況下，減少總攪拌時間5s，做了 10 組試驗。選取 t=60s、t1=23s、t2=37s，兩次攪拌時間仍保持黃金比例。28d 抗壓強度見表 3。

表3 改進 1 混凝土 28 d 抗壓強度 MP a

平均強度為 44.3MPa，與表 2 中相對應的 46.5MPa比，攪拌時間減少了 7.7%，混凝土強度降低了 4.7%。

4.2 改進 2

總攪拌時間減少 5s；1m3 混凝土減少水泥用量15kg，調整后的混凝土配合比見表 4。選取 t=60s，t1=23s、t2=37s。28d 混凝土抗壓強度見表 5。

表4 調整后的配合比k g/m3

表5 改進 2 混凝土抗壓強度 MP a

平均強度為 43.3MPa。與表 2 中相對應的 46.5MPa比，攪拌時間減少 7.7%，水泥減少了 7.7%，混凝土強度降低了 6.9%。雖然混凝土強度降低了，但仍能滿足需求還有較大富余，富余比例為：

式中：1.15 為混凝土強度評定系數。

表5 中混凝土強度最低值 42.8MPa，其富余比例為24.1%，仍很充裕。

5 “二次投料”生產工藝經濟效益分析

（1）在攪拌時間 60s、“二次投料”方式相同的前提下，原配合比與新配合比的材料費詳見表 6。

由表 6 可知，新配合比 1m3 混凝土成本節省 4.05元，約占現有利潤的 29%。

從本文第 4 部分可以看出，“二次投料”生產工藝仍有改進的余地，成本可以進一步降低。

（2）采用“二次投料”生產混凝土工藝，在攪拌機底盤、內壁與石子之間有砂漿介質，砂漿成為石子與底盤、內壁摩擦的潤滑劑，降低了底盤、內壁的磨損，攪拌機使用壽命得以延長。

（3）“一次投料”生產混凝土，電流強度峰值為158～162A?！岸瓮读稀鄙a混凝土，第一次攪拌砂漿的電流峰值為 130～140A，第二次攪拌混凝土的電流峰值為 140～148A，與“一次投料”比平均降低了10%，從而降低了電流對原器件的沖擊，延長了配電設備的使用期。

（4）兩種投料方式對比，“二次投料”的耗電量和電費略低。

表6 混凝土材料成本對比

6 總結

（1）“二次投料”生產混凝土提高了混凝土中砂漿和混凝土的均勻性，使混凝土中各種材料組合的、綜合的性能達到了最佳狀態。

（2）“二次投料”生產的 C30 混凝土 28d 抗壓強度比“一次投料”提高 8.0% 以上。

（3）“二次投料”生產 C30 混凝土總攪拌時間65s 很恰當，第一次攪拌時間 t1與第二次攪拌時間 t2的最佳比例是黃金比例，第一次攪拌時間 t1=0.382t。

（4）采用“二次投料”生產方式，混凝土的工作性能明顯提高。

（5）在原 1m3混凝土配合比中，水泥用量可以減少 5kg，單方成本得以節約，單方利潤得以增加 29%，經濟效益和社會效益顯著。

附注：該文圖、表中所有數據全部來自“河南五建混凝土有限公司”試驗資料。