預濕骨料技術對橋梁用混凝土性能影響的應用實踐

1 前言

砂石是工程建設中最基本且不可或缺的建筑材料。長期以來，砂石主要由區域市場就近供應，供需總體平衡，價格基本穩定。經過多年大規模地開采，天然砂石資源逐漸減少，且近年來國內主要江河來沙量大幅度下降，加之一些地方對砂石基礎性重要性認識不足，行業整治工作簡單粗放，機制砂石企業數量明顯減少，造成了區域性短期供不應求，價格大幅度上漲，低質砂石進入市場，在增加基建投資和重大項目建設成本的同時，影響了工程建設進度，并給施工帶來了質量安全隱患。劣質砂石對混凝土工作性、強度等性能指標控制造成了較大影響，亟須采取綜合措施，促進行業健康有序發展。本文通過試驗，在不改變混凝土拌合用水量的情況下，將混凝土拌合用水的一部分用于混凝土骨料濕潤，而其他部分用于拌合混凝土膠凝材料，研究了預濕骨料用水量、預濕時間對混凝土工作性及強度發展的影響。

2 混凝土預濕骨料基本概念及應用現狀

混凝土骨料中的砂石含泥或石粉對混凝土配合比有較大影響，因此在實際拌合過程中，混凝土的工作性較差。同時，劣質砂石存在較多的裂縫及毛細孔，本身的吸水率較高；在混凝土攪拌結束后，砂石吸收了部分的拌合用水，從而導致混凝土流動性很快降低，坍落度損失大。混凝土預濕骨料技術通過對混凝土骨料在拌合前進行濕潤，使混凝土骨料中砂石含泥、石粉飽和，同時粗集料的裂縫濕潤及毛細孔水壓力要達到平衡狀態；在加入拌合水后，拌合水可以完全用于混凝土拌合，并避免外加劑隨拌合水進入骨料中而無法完全在膠凝材料中發揮作用的情況[1]。

混凝土預濕骨料技術相對于傳統的混凝土生產而言，不僅會對新拌混凝土的工作性、硬化混凝土內部結構產生重要影響，還會對混凝土的力學及收縮性能等產生較大影響。但是，由于目前對混凝土預濕骨料技術的研究不全面，結論也并不一致，給混凝土預濕骨料技術在同行業的推廣使用造成了困難。對于混凝土拌合中出現的坍落度損失較大等問題，目前的常規思路有單獨加水、單獨加外加劑以及同時加水和外加劑的方法，但此類方法對混凝土強度、經濟性等均有不利影響，且在無專業人員指導下，常常會導致混凝土質量不符合設計要求。

3 工程概況

福建普通國省干線公路聯十一線（莆田境）涵江江口至仙游楓亭段工程，是福建省“八縱十一橫十五聯”的重要組成部分。A11-1 合同段位于莆田市仙游縣楓亭鎮，起點樁號為K43+560，終點樁號為K45+200，路線平面走向與S201 省道基本一致，路線全長1.64km，左右輔路起點接規劃興園路（濱海大道輔路設計終點），設計起點ZFK43+930=YFK43+930=K43+930，終點與主線樁號一致，鋪路路線長1.27km。全線橋梁2座，其中大橋1座（興園路高架橋），中橋1座（岐下中橋），涵洞1座（RC 排洪箱涵），與規劃興園路、岐下路、山海大道形成交叉[2]。路線主要控制點為軟基處理、興園路高架橋。

橋梁使用的混凝土主要有C50混凝土、C40混凝土、C35混凝土、C30混凝土。其中C50混凝土主要用于預制30mT梁；C40混凝土主要用于橋墩墩身、蓋梁、臺身、耳背墻、橋臺帽梁；C35混凝土主要用于承臺、系梁、搭板。C30混凝土主要用于護欄。本文以C40混凝土現澆墩身應用實例，進行了混凝土預濕骨料技術研究。

4 混凝土預濕骨料技術在項目的應用實踐

新拌混凝土的工作性包括混凝土初始坍落度、坍落度經時損失量等，不僅對混凝土現場施工有影響，而且對混凝土的力學性能和使用壽命也有重要影響，因此對新拌合混凝土工作性的質量控制是混凝土施工質量的重要保證。干燥骨料在拌合過程中以吸收拌合水為主；而飽和的濕潤骨料在拌合過程中主要為膠凝材料的濕潤返水，有利于膠凝材料的拌合和外加劑均勻分散，并對混凝土的性能產生影響。

在本試驗過程中，混凝土的攪拌采用強制式單臥軸混凝土攪拌機。不同預濕用水量、不同預濕時間的骨料配置抗壓強度為40MPa的混凝土，研究干燥狀態和經過預濕處理的骨料分別對混凝土工作性、強度的影響；觀察混凝土坍落度的變化規律，分析其對減小混凝土坍落度損失和影響強度的作用機埋。混凝土所用水泥為海螺水泥P.042.5；砂：閩江砂場，規格中砂Ⅱ區，細度模數2.63，表觀密度2630kg/m3，堆積密度1490kg/m3，含泥量1%；碎石：仙游楓亭碎石場，規格5～31.5mm，表觀密度2600kg/m3，堆積密度1540kg/m3，含泥量0.8%，壓碎值14.6%，針片狀8.2%；粉煤灰：福建新源粉煤灰開發有限公司產Ⅱ級粉煤灰；外加劑：福州博潤高性能減水劑，混凝土初始配合比設計見表1[3]。

表1 混凝土配合比

4.1 混凝土骨料預濕用水量試驗

混凝土預濕用水量試驗采用單因素試驗法，預濕用水量分別為拌合水量的0%、10%、20%、30%、40%、50%。不同預濕用水量混凝土，拌合物出鍋3min 內進行坍落度試驗，結果列于表2。

對表2中數據進行分析，預濕用水量為0時，混凝土坍落度為210mm，1h 經時損失量為45mm，占其自身初始坍落度的21.43%，隨著預濕用水量的增加，其坍落度逐漸減小；當預濕用水量達到30%時，坍落度值為195mm，預濕用水量繼續增加，坍落度數值保持不變；預濕用水量為10%時，1h 經時損失量為35mm，占其自身初始坍落度的17.07%；預濕用水量為20%時，1h 經時損失量為30mm，占其自身初始坍落度的15%；當預濕用水量為30%時，1h 經時損失量為20mm，占其自身初始坍落度的10.26%；預濕用水量繼續增加，混凝土坍落度1h 經時損失基本保持穩定。這表明當預濕用水量低于拌合水量的30%時，預濕技術對減小新拌混凝土工作性損失的效果越顯著；當預濕用水量大于30%時，預濕技術對減小新拌混凝土工作性損失的效果不再增加。

綜上所述，混凝土預濕骨料技術的最優預濕用水量為拌合水量的30%。當預濕用水量為拌合水量的30%時，其坍落度符合混凝土工程要求，1h 經時損失量達到最小值。

表2 不同預濕用水量新拌混凝土的坍落度（試30L）

4.2 混凝土骨料預濕時間試驗

混凝土預濕時間試驗采用單因素試驗法，預濕時間分別為0h、0.5h、1h、2h、4h、8h，預濕用水量為拌合水量的30%。

制備不同預濕時間的混凝土，拌合物出鍋3min 內進行坍落度試驗，結果列于表3。

表3 不同預濕時間新拌混凝土的坍落度

對表3中數據進行分析，預濕時間為0h時，混凝土坍落度為195mm，1h 經時損失量占其自身初始坍落度的10.26%，隨著預濕時間的增加，其坍落度逐漸減小；當預濕時間達到2h時，坍落度值為190mm，預濕時間繼續增加，坍落度數值保持不變；預濕時間為0.5h時，1h 經時損失量為10.26%；預濕時間為1h時，1h 經時損失量為7.69%；當預濕時間為2h時，1h 經時損失量為5.26%；預濕時間繼續增加，1h 經時損失量不再減小。這表明當預濕時間低于2h，隨著預濕時間的增加，預濕技術對減小新拌混凝土工作性損失的效果越顯著；當預濕時間大于2h時，預濕技術對減小新拌混凝土工作性損失的效果不再增加。

綜上所述，混凝土預濕骨料技術的最優預濕時間為2h，其坍落度符合混凝土施工要求，1h 經時損失量達到最小值。

4.3 預濕骨料技術對混凝土強度發展的影響

為了研究混凝土預濕骨料技術對混凝土強度發展的影響，本試驗通過對照試驗對比混凝土3d、7d、28d 抗壓強度，并分析試驗結果。根據混凝土骨料預濕用水量試驗和預濕時間試驗結果，采用混凝土骨料預濕用水量為拌合水量的30%，預濕時間為2h，混凝土配合比采用表1制備混凝土標準試塊，試塊尺寸為150mm×150mm×150mm。試驗結果見圖1。

圖1 預濕骨料技術對混凝土抗壓強度的影響

圖1是混凝土預濕骨料技術與傳統混凝土攪拌技術制備混凝土抗壓強度的對比曲線圖。由曲線可知，預濕骨料技術在混凝土3d、7d、28d 抗壓強度均有所提高。其中傳統攪拌技術與預濕骨料技術3d 抗壓強度分別為34.7MPa、38.7MPa，7d 抗壓強度分別為40.4MPa、43.9MPa，28d抗壓強度分別為50.4MPa、55.6MPa，這說明骨料預濕對混凝土強度發展具有積極影響。

4.4 結果與討論

4.4.1 預濕骨料技術的效果

通過對混凝土預濕骨料技術對混凝土坍落度、1h經時變化量、強度的研究，本文得出以下結論：當預濕用水量為拌合水量的30%，預濕時間為2h時，混凝土坍落度符合工程實際，且其經時變化量較小，不影響混凝土后期施工。預濕骨料技術在不調整混凝土水灰比的前提下，骨料經過預濕處理后，其3d、7d、28d抗壓強度有所提高，避免了因混凝土配合比設計不考慮劣質砂石影響導致工程施工中混凝土坍落度損失較大和強度不足的工程問題。

4.4.2 社會效益

采用預濕骨料技術拌制混凝土，有效控制了砂石在拌制過程中的粉塵，減少了揚塵污染，其對改善生產環境具有顯著效果。混凝土坍落度較為穩定，有利于對混凝土的質量控制，在節約資源的同時有利于環境保護。混凝土預濕骨料技術便于操作，僅需在料倉遮陽棚立柱安裝噴淋系統，即可實現混凝土骨料的預濕工藝，這有利于在同行業推廣使用；同時，混凝土預濕骨料技術是改善施工環境、實現建筑行業可持續發展的重要途徑，具有明顯的社會效益和環境效益。

4.4.3 經濟效益

通過在料倉遮陽棚立柱安裝噴淋系統對骨料進行預濕處理，大大提高了除塵設備使用周期，減少因混凝土流動性不足而增加的攪拌機耗電。單方混凝土可節約電耗0.025kw·h，延長攪拌系統的使用壽命。混凝土外加劑使用量有效減少8%～12%，提高混凝土28d 標準養護強度3～5MPa 后，可折合節約水泥14kg。

5 結語

采用混凝土預濕骨料技術生產混凝土，可使混凝土出機坍落度和施工現場泵送坍落度相對穩定，對混凝土施工和現場質量控制具有積極影響；同時，減少了混凝土退灰傾倒排放的數量，在節約資源的同時保護了環境；混凝土預濕骨料技術操作簡單方便，且有利于環境保護和資源節約，符合建筑業可持續發展的國家政策，具有一定的社會效益和經濟效益。

通過對預濕用水量和預濕時間進行控制，詳細研究了預濕用水量和預濕時間對混凝土拌和物初始坍落度、坍落度經時損失以及強度產生的影響，并根據福建省普通國省干線公路聯十一線（莆田境）涵江江口至仙游楓亭段工程A11-1 合同段(K43+560～K45+200)項目分析出了最佳預濕用水量和預濕時間，在節約成本的同時提高了混凝土質量，為解決當前混凝土行業因砂石質量下降造成的混凝土質量降低提供了依據。