不同投料工藝對混凝土性能影響試驗研究

陳燦燦，喬偉華

（1. 洛陽市金鑒工程質量檢測中心有限公司，河南 洛陽 471000；2. 鄭州金龍商品混凝土有限公司，河南 鄭州 450000）

0 前言

預拌混凝土一般由四種材料（膠凝材料、骨料、減水劑、水等）、七種組分（水泥與 2 種以上摻和料、粗細骨料、減水劑、水等）組成，由于組分多，材料的物理性能有差異，因此，攪拌過程中各種材料的混合均勻情況將直接影響混凝土的施工性能和使用性能。而投料工藝（順序）的不同，對混凝土攪拌產生不同結果。目前國內預拌混凝土工業生產中，一般都采用一次投料生產工藝，國外有些國家（如日本等）采用二次投料工藝。本文試驗研究不同投料工藝對預拌混凝土施工性能和使用性能的影響。結果表明，與一次投料工藝相比，不同的投料工藝對預拌混凝土施工性能和使用性能的影響不同，主要表現在混凝土的初始狀態、坍落度、擴展度以及強度等方面差異。

1 現狀分析

現行的一次投料生產工藝適用于原來的普通混凝土，由于普通混凝土組分少、水膠比大，攪拌均勻相對容易實現。而預拌混凝土由于組分多、水膠比小，攪拌均勻相對較難達到。生產與試驗證明：一次投料攪拌工藝，混凝土中的膠凝材料（水泥、摻和料）存在攪拌不均勻和顆粒團聚現象，因此，對混凝土的施工和使用產生不良影響。

2 試驗方案

試驗主要針對投料工藝、加水量和攪拌時間進行不同組合，采用四種二次投料工藝進行試驗。分別將膠凝材料制備成凈漿、膠凝材料與細骨料制備成砂漿、膠凝材料與粗骨料制備成粗漿，再與余下材料進行攪拌。A、凈漿+粗細骨料，B、凈漿+預拌粗細骨料，C、砂漿+粗骨料，D、粗漿+細骨料。每種工藝采用兩種加水方式：a、第一次投料加 100% 的水與減水劑，b、第一次投料加 80% 水與 100% 減水劑，第二次投料加 20% 水。上述四種投料工藝和兩種加水方式產生 8 種工藝，每種工藝的兩次攪拌時間比例為 1:1 和 1.5:1，總攪拌時間 120s，即：1、攪拌時間為 60s、60s，2、攪拌時間為 90s、30s。上述組成的 16 組具體試驗方案見表 1。

表1 投料工藝試驗方案一覽表

3 試驗過程與結果

3.1 原材料

（1）水泥：焦作沁陽金隅 P·O42.5 水泥；摻合料：山西立恒 S95 級礦渣微粉，鄭州滎陽國電Ⅱ級粉煤灰。

（2）石子：鄭州賈峪碎石 5～25mm 連續級配，表觀密度 2.73g/cm3，堆積密度 1.5g/cm3。

（3）砂：魯山河砂，細度模數 2.4，含泥量 4.5%，含水量 0%。（4）減水劑：江蘇蘇博特聚羧酸高效減水劑。（5）水：自來水。

3.2 混凝土強度等級與配合比

試驗混凝土為 C35 強度等級，坍落度 230mm，混凝土配合比見表 2，與目前生產實際相同。

表2 混凝土配合比 kg/m3

3.3 試驗主要設備、標準

（1）單臥軸強制式混凝土攪拌機（HJW-30/60）、Ф100/200mm 喇叭狀坍落度桶，150mm×150mm× 150mm 試模。

（2）按照試驗方案對配合比試樣進行攪拌，觀察混凝土表觀性能（泌水、離析、骨料包裹等情況）；檢測試樣的施工性能（初始狀態和 60min 的坍落度與擴展度）；按照 GB/T 50081—2016《普通混凝土力學性能試驗方法》進行試塊成型、養護，檢測 7d、28d 齡期抗壓強度。

3.4 試驗結果

按照相關標準檢測試驗，結果見表 3。

4 試驗結果分析

總體分析：從表 3 可以看出，所有四種投料工藝的混凝土試樣的表觀性能、坍落度、擴展度以及齡期強度等技術指標基本能達到設計要求，與生產實際基本相符，同時也存在差異。混凝土表觀性能、坍落度、擴展度等存在關聯性，表觀性能好的混凝土試樣其施工性能也好；在齡期強度方面，A、B、C 投料工藝的施工性能與強度關聯性較好，而 D 投料工藝則不同，它們表觀與施工性能不太理想，但其齡期強度較其他工藝高。

表3 不同投料工藝試驗結果

4.1 混凝土表觀性能

試驗結果表明，四種投料工藝混凝土的初始狀態存在差異，多數沒有一次投料工藝好。其中 C、A 的 Ca2、Ca1、Ab2、Ab1 工藝最好，D 系列投料工藝最差，B 工藝一般。四種工藝在加水量和一次攪拌時間相同的條件下，一次加水 100%，分別攪拌 60s 的混凝土初始狀態排序：Ca1＞Aa1＞Ba1>Da1；一次加水 80%，分別攪拌 60s 的排序：Ab1＞Cb1＞Bb1＞Db1。一次加水 100%，攪拌 90s 與 30s 的混凝土初始狀態排序：Ca2＞ Aa2＞Ba2＞Da2；一次加水 80%，攪拌 90s 與 30s 的排序 Ab2＞Cb2＞Bb2＞Db2。

4.2 施工性能（坍落度、擴展度）

四種投料工藝混凝土的初始坍落度在 210～245mm 之間變化，Ca2 的初始坍落度最大（245mm），Da2 最小（210mm），其中只有 Ca2、Ca1、Ab2、Ab1 符合設計要求（230mm），優于一次投料工藝，其他均低于 230mm，沒有一次投料工藝效果好。60min 后坍落度 205～225mm 之間變化，只有 Ca2、Ca1、Ab2、Ab1 優于一次投料工藝的 215mm。初始和 60min 擴展度變化與坍落度一致。

4.3 抗壓強度

抗壓強度試驗結果表明，所有 16 組投料工藝的混凝土 7d 抗壓強度有 13 組均高于一次投料工藝的 34.8MPa，只有 Aa1（31.8MPa）、Ba1（34.5MPa）和 Da1（33.6MPa）3 組低于一次投料工藝，最高的達到 37.9MPa，一般在 35～37MPa 之間。所有 16 組投料工藝的混凝土 28d 抗壓強度有 9 組達到和超過一次投料工藝的 48.8MPa，其中 5 組強度大于 50MPa，強度最高的達到 52.7MPa；7 組小于一次投料工藝的 48.8MPa，其中 Aa1、Ba1、Cb1 和 Da1 等 4 組低于 1.0MPa 以上。

綜合分析 4 種投料工藝，其實 B 工藝與 A 工藝沒有本質區別，按理論分析應該優于 A，但試驗結果卻相反，需要進行進一步試驗研究。D 工藝屬于粗漿攪拌，粗骨料與膠凝材料在粒徑上差距較大，有利于膠凝材料攪拌均勻，提高混凝土強度，但試樣的表觀性能和施工性能偏差，與第一次加水量及攪拌時間有關，優化該參數可以改善其性能指標。A、C 工藝只有 Ab2、Ca2 所有試驗性能指標均優于一次投料工藝，Ab1、Ca1 的 28d 抗壓強度略低于一次投料工藝，進一步說明不同投料工藝的第一次加水量及攪拌時間對混凝土性能影響較大。

5 結論

不同投料工藝對混凝土的表觀、施工及使用性能產生不同影響，其中“凈漿+粗細骨料”第一次加 80% 水與 100% 減水劑攪拌 90s、“砂漿+粗骨料”第一次加 100% 水與 100% 減水劑攪拌 90s 效果最好，所有試驗性能優于一次投料工藝，“粗漿+細骨料”工藝，混凝土施工性能沒有一次投料效果好，但可提高混凝土強度，如果優化第一次加水量與攪拌時間，可以改善混凝土施工性能。