常規品水洗砂配制高性能大流態混凝土的配合比優化設計方案

邱文會，王龍，鞏繁龍

（河南金諾混凝土有限公司，河南 許昌 461000）

0 前言

伴隨著國家基建及房地產的迅猛發展，天然砂資源越來越緊張，進而只能選擇使用人工砂。常見人工砂有機制砂和水洗砂，水洗砂來源于礦山石材的邊角料，其含泥量、含粉量、吸水率、礦物黏土、壓碎指標等，對混凝土產品質量都會產生影響。近年來國家對環保的要求越來越高，水洗砂領域又要求用絮凝劑凈化水質，更加加劇混凝土產品的不穩定性。

水洗砂的通病是顆粒級配不穩定，大量應用水洗砂的混凝土，狀態大多稠稀不穩定，稠時到工地泵送困難，工地需二次加水才能勉強施工，稀時澆筑到施工部位，出現離析或滯后泌水。此兩種情況均無法保證混凝土強度及穩定性，也會造成后期回彈強度的下降及碳化值的升高。針對上述情況，須優化混凝土配合比。

1 原材料常規品求精品

高品質混凝土需要從源頭把控原材料品質。水泥、礦粉、粉煤灰在每車進場后進行質量檢驗，檢測其與外加劑適應性、需水量比、凝結時間、燒失量等重要指標。加強質檢人員培訓，對砂石骨料嚴格把關，減小砂石骨料的質量波動。

（1）水洗砂遵循“常規品求精品，精品選勻質品”的原則，嚴控水洗砂進場品質。管控前后對比見圖1 和表 1、2。

圖1 水洗砂對比

表1 原水洗砂篩分數據

表2 水洗砂數據對比

圖1 原水洗砂細度模數大、含泥量大、級配不佳、自密實度差，影響混凝土和易性及強度。對水洗砂質量管控后，圖 2 砂子含泥量低、連續級配有明顯改善，穩定性提升。

（2）面砂質量把控前后對比見圖 2 和表 3。

圖2 面砂對比

表3 面砂數據對比

將開封黃面砂改為舞鋼黑面砂，可有效解決面砂含泥量高、品質波動大等問題，在混凝土中可提高面砂用量，增加混凝土密實度，提高混凝土和易性。

（3）石子質量把控前后對比見圖 3 和表 4。

圖3 石子對比

表4 石子數據對比

對石子質量把控后針片狀石子減少，石子空隙率降低，可增加石子用量，改善混凝土流動性，提高混凝土密實度，從而有效增加混凝土強度。

（4）選擇品質穩定水泥

針對原水泥不穩定的問題，對每批次的進場水泥進行檢測，做好與外加劑適應性凈漿試驗（圖 4），做到對進場水泥有明確了解。同時引進天瑞水泥，作為橫向對比（表 5）。

圖4 水泥與外加劑匹配性初始及半小時擴展度對比

表5 水泥基礎數據檢測對比

（5）改善減水劑性能

現有減水劑多為醚類高性能聚羧酸，此類減水劑減水性能優越，但敏感性強、抗吸附能力差，在砂石狀態不穩定的情況下，造成混凝土狀態、和易性及保坍性能波動極大。據此情況改用敏感度低的脂類減水劑，通過減水劑的合成及復配，降低減水劑的敏感度，在低砂率的前提下保證混凝土的和易性及保坍性，同時在混凝土中加入適量細砂和石粉時，降低混凝土粘度，保證施工順利。表 6 為外加劑的具體調整思路。

表6 外加劑的調整方向

（6）添加石粉微集料

石粉采用金諾干粉砂漿生產線砂石骨料加工過程中產生的粒徑小于 0.075mm 的粉狀顆粒物，其純度相對比較高，能夠很好地改善混凝土性能。

1）石粉作為微集料起填充作用。石粉顆粒很小，在混凝土中可起微集料作用，充填到微小的孔隙中，同時參與水化反應，物理充填和水化反應產物充填共同作用，比惰性微集料單純的物理充填效果更好，使混凝土更加密實，從而提高了混凝土的強度。

2）石粉具備保水增稠作用。一方面石粉可以吸收混凝土中的用水，在一定程度上增加混凝土的單位用水量，適當提高石粉含量，可增加混凝土的黏度，有效降低了混凝土拌合物離析和泌水的風險；另一方面，在混凝土硬化過程中，石粉會釋放其吸收的水分，用于補償混凝土后期水化用水，從而減少了混凝土的收縮。

2 優化混凝土配合比

由于水洗砂細度模數偏大、砂子粒形差，級配分布嚴重不均勻，按照傳統質量法設計配合比，制備的混凝土和易性差、砂石分離嚴重。據此宜根據水膠比，漿骨比、砂石比和礦物摻合料用量等四要素，由各材料在滿足施工前提下緊密堆積的原理，用絕對體積法計算材料用量設計配合比。降低砂率，引入不同級配的細顆粒相互填充，通過外加劑調整降低粘度、增加和易性及保坍性。兩種方案設計的 C30 混凝土配合比及單方價格見表 7。

表7 質量法設計的原配比與絕對體積法優化后的現配比

（1）通過對水洗砂、面砂、石子的改善及嚴格進廠質量把控，可有效減低混凝土砂率，改善和易性，提高強度。

（2）引入石粉作為混凝土填充料，提高混凝土和易性及密實度，降低混凝土材料成本。

（3）運用體積法計算混凝土配比，控制水膠比，降低膠材用量，通過外加劑輔助調整，可改善混凝土整體密實度及工作性，提升混凝土回彈強度，減小碳化，降低混凝土綜合成本。

（4）針對不同強度等級混凝土、不同施工部位及不同施工習慣工地，根據體積法設計不同配合比，更能精細、準確地優化混凝土成本。

實際生產中配比應用及成本計算見表 8。由表 8 可以看出，單方成本 C30 降低 15.45 元， C35 降低 17.56元，C40 降低22.92 元，C45 降低 18.58 元，C50 降低11.41 元。以 C30 為例，5 月份至今共生產 96312m3，共節省約 1488020.4 元。

表8 實際生產中的配合比及成本計算

3 加強與施工方技術溝通

混凝土運出商砼公司時僅屬于半成品，因此要加強與施工方的技術溝通，確保混凝土施工順利，并保證最終質量。

（1）提前與施工方進行技術交底，了解施工要求，提出合理建議，確保施工高效、順利地完成。

（2）保證混凝土到達澆筑部位的工作性和穩定性，杜絕施工工人無節制的對混凝土二次加水。

（3）積極監督與配合施工方對澆筑部位進行科學有效的養護工作，從而減小碳化，保證回彈強度。

4 方案調整后混凝土性能對比

4.1 混凝土工作性能

通過試驗驗證配比改善后新拌混凝土的效果見圖5～7。通過對比可知，混凝土工作性能得到明顯改善，體積穩定性提高。

圖5 通過試驗驗證配比改善后效果

圖6 坍落度、擴展度試驗

經過半年實際應用及觀察，采用優化后新配合比，混凝土的流動性、粘聚性、保坍性及穩定性得到有效改善，通過與工地有效溝通及澆筑現場質控檢驗，能基本杜絕施工工人對混凝土二次加水現象，保證混凝土施工穩定性及后期強度。

4.2 混凝土力學性能及碳化

優化前后混凝土的力學性能及碳化深度對比數據見表 9。由表 9 可知，新配比降低 20kg 水泥，碳化值更小，回彈值接近，數值均勻強度值更高。

圖7 混凝土出機狀態

表9 混凝土強度及碳化深度

6 總結

通過半年的實踐表明，混凝土和易性明顯改善，狀態穩定性有所提高，混凝土勻質性好；回彈值離散性變小，碳化值有改善，但碳化主要影響因素在于工地施工規范度及后期合理養護，后續高強等級在實際應用中進一步觀察狀態收集數據；混凝土的經濟成本平均單方下降 10～20 元，混凝土技術水平提升顯著，企業的綜合競爭能力明顯增強。