原材料對預(yù)拌混凝土性能的影響及質(zhì)量控制要點(diǎn)

拜生智

（甘肅省平?jīng)鍪泻耆鸾ㄖこ逃邢挢?zé)任公司）

0 引言

隨著環(huán)保力度的逐步升級，混凝土行業(yè)也出現(xiàn)諸多問題，如原材料來源緊張、價(jià)格瘋漲、質(zhì)量參差不齊等。作為混凝土企業(yè)，堅(jiān)持“質(zhì)量就是企業(yè)的生命”的原則，是企業(yè)在激烈競爭中脫穎而出的有效手段。

混凝土質(zhì)量的源頭是原材料。水泥、砂石等原材料作為混凝土的組成材料，每一種材料的質(zhì)量都會直接影響混凝土拌合物以及硬化混凝土的質(zhì)量。本文探討了各種原材料對混凝土性能的影響以及質(zhì)量控制措施。

1 絮凝劑

由于天然砂資源匱乏，大量使用機(jī)制砂已是大勢所趨。機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝包括破碎、篩分、水洗等過程，為了快速降低成品砂的含泥或粉，使用絮凝劑是大多數(shù)制砂企業(yè)采取的措施之一。目前國家倡導(dǎo)綠色生產(chǎn)，為了降低生產(chǎn)企業(yè)對環(huán)境的污染，禁止制砂場將污水外排，因此砂廠將洗砂水循環(huán)利用，導(dǎo)致水中絮凝劑殘余不斷提高，從而影響了混凝土的質(zhì)量。絮凝劑對混凝土質(zhì)量的影響有兩方面。

1.1 絮凝劑對混凝土工作性能的影響

如圖1 所示，同一批外加劑，不同產(chǎn)地的砂絮凝劑含量不同，在外加劑摻量相同的情況下表現(xiàn)出來的狀態(tài)差別較大，絮凝劑含量大導(dǎo)致混凝土沒有流動性，所以需提高外加劑摻量才能保證正常的工作狀態(tài)。

圖1 不同機(jī)制砂摻入相同摻量的外加劑攪拌后的混凝土狀態(tài)

常用的絮凝劑有聚丙烯酰胺（PAM 陽離子）、聚丙烯酰胺（PAM 陰離子）、兩性聚丙烯酰胺（PAM 兩性）、聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鐵(SPFS)、聚丙烯酸鈉（PAA-Na）和聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDDA）等7 種。

研究表明，不同品種和殘余量的絮凝劑對混凝土的凈漿流動度、拌合物性能以及強(qiáng)度產(chǎn)生不同程度的影響。機(jī)制砂中的絮凝劑含量提升，會導(dǎo)致明顯的凈漿流動度降低，反應(yīng)在混凝土中則是初始擴(kuò)展度的降低，達(dá)到一定量時(shí)，會導(dǎo)致混凝土直接喪失流動性。

如圖2 所示，不同品種的絮凝劑對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響差異較大。兩性聚丙烯酰胺（PAM 兩性）對混凝土的強(qiáng)度幾乎沒有影響，聚合氯化鋁（PAC）則影響較大。假設(shè)洗砂水中PAM 兩性殘余濃度達(dá)到0.04%，混凝土28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到125%，但當(dāng)洗砂水中PAC 殘余濃度達(dá)到0.04%時(shí)，相同配合比的混凝土的抗壓強(qiáng)度可能會跌至90%左右，兩者偏差超過30%。

圖2 絮凝劑對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

1.2 絮凝劑引發(fā)混凝土中氯離子含量的增長

由于市面上絮凝劑種類繁多，質(zhì)量參差不齊，價(jià)格也相差甚遠(yuǎn)，出于高利潤的誘惑，某些機(jī)制砂生產(chǎn)企業(yè)會選擇價(jià)格相對較低的聚合氯化鋁（PAC）品種的絮凝劑。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，使用PAC 后，當(dāng)機(jī)制砂的含水率在6%時(shí)，氯離子含量可達(dá)0.0017%，而當(dāng)機(jī)制砂含水率高至10%時(shí)，氯離子含量可高達(dá)0.0029%。事實(shí)上，除了聚合氯化鋁，聚丙烯酸鈉（PAA-Na）和聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDDA）這兩種絮凝劑同樣也含有氯離子，只是含量相對較低，所以開展機(jī)制砂中的氯離子含量檢測是很有必要的。

1.3 快速檢測絮凝劑含量的兩種簡易方法

⑴加水?dāng)嚢瑁ㄟ^觀察混合液的澄清速度來定性判定絮凝劑的含量。

取300g 機(jī)制砂（濕砂），加入300g 自來水，用玻璃棒充分?jǐn)嚢杈鶆颍^察上層水與泥的混合液的澄清速度。若20 秒以內(nèi)快速澄清，則絮凝劑含量較高，可能對混凝土有明顯影響；若澄清時(shí)間超過30 分鐘以上，則基本可以斷定機(jī)制砂中未含絮凝劑。

⑵手觸目測。

加適量水，使砂處于完全浸潤狀態(tài)，用勺舀取濕砂，觀察攪動時(shí)狀態(tài)，然后用手捏成團(tuán)狀，放開后觀察形態(tài)。含有絮凝劑的砂在舀取時(shí)，成團(tuán)狀不容易散開，且保水性比較好，反之捏成團(tuán)狀放開后散開，則不含絮凝劑。

2 水泥

2.1 水泥溫度

水泥入庫溫度控制在60℃以內(nèi)，高溫水泥的危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

⑴使用溫度較高的水泥，與水混合后還未發(fā)生水化前其熱能就會消耗一部分水，導(dǎo)致用水量加大，水灰比提高，降低了混凝土強(qiáng)度。

⑵由于溫度高，水泥水化速度快，即使通過提高用水量和減水劑摻量來保證混凝土的初始狀態(tài)，坍落度經(jīng)時(shí)損失也會加快，短時(shí)間內(nèi)喪失流動性，從而影響工地現(xiàn)場的可泵性和可操作性。

⑶對于大體積混凝土，入模溫度的控制是非常有必要的，而且高溫水泥的危害性也是可預(yù)見性的。溫度裂縫的出現(xiàn)就是因?yàn)榛炷羶?nèi)外溫差太大造成，溫度高的水泥會加劇溫度裂縫的出現(xiàn)，不但影響工程質(zhì)量，裂縫處理及后期維護(hù)也會造成不小的經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 強(qiáng)度穩(wěn)定

水泥強(qiáng)度的波動會直接影響混凝土強(qiáng)度的變化。作為混凝土生產(chǎn)企業(yè)，在選擇水泥供應(yīng)商時(shí)，一定要指定水泥品牌、型號、強(qiáng)度等級等，且28 天強(qiáng)度必須穩(wěn)定在某一范圍內(nèi)，實(shí)際使用時(shí)按國家標(biāo)準(zhǔn)GB 175 檢測頻率對樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，并與水泥廠提供的質(zhì)檢報(bào)告進(jìn)行比對，差異較大或不合格時(shí)可申請仲裁，從而保證混凝土強(qiáng)度的穩(wěn)定性。

2.3 凝結(jié)時(shí)間

水泥的凝結(jié)時(shí)間，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定初凝不少于45 分鐘，終凝時(shí)間分品種作出區(qū)別，硅酸鹽水泥不得晚于6.5 小時(shí)，其他水泥終凝時(shí)間不得晚于10 小時(shí)。現(xiàn)代商品混凝土中都使用減水劑，因此水泥的凝結(jié)時(shí)間穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，再由減水劑來調(diào)整混凝土的凝結(jié)時(shí)間。不同地區(qū)的水泥因材料、氣候的不同導(dǎo)致凝結(jié)時(shí)間差異較大，基本規(guī)律是水泥每調(diào)整30 分鐘的凝結(jié)時(shí)間（按終凝時(shí)間計(jì)），混凝土可相應(yīng)提早或延緩1～1.5 小時(shí)，因此對于水泥凝結(jié)時(shí)間的穩(wěn)定范圍，筆者建議控制在30 分鐘左右，以保證混凝土的凝結(jié)時(shí)間相對穩(wěn)定。

2.4 水泥儲存

不同廠家即使是相同等級的水泥都必須分罐儲存，切不可混用。攪拌站在換用水泥前應(yīng)將罐內(nèi)庫存水泥清零后方可將其他廠家水泥入庫。

不同廠家的水泥不管是熟料還是混合材，包括石膏與助磨劑等，所使用的材料品種、比例等都差異較大，反映在混凝土中則是與外加劑的適應(yīng)性、摻量等方面偏差都較大，自然會對混凝土的質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。

3 石子

3.1 石子最大粒徑與級配的質(zhì)量把控

商品混凝土以泵送為主，石子級配與最大粒徑不但影響混凝土的強(qiáng)度，也會對泵送性能起到關(guān)鍵性的作用。滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土中用砂，石標(biāo)準(zhǔn)》JGJ 52-2006[2]中5～31.5mm 或5～25mm 連續(xù)級配即可，最大粒徑不超過31.5mm。但實(shí)際生產(chǎn)中，石場提供的材料未必能達(dá)標(biāo)，需要攪拌站試驗(yàn)室通過反復(fù)試驗(yàn)來確定石子的合理級配。

合理級配由兩個指標(biāo)來體現(xiàn)：①完全滿足規(guī)范中的連續(xù)級配要求；②控制石子的空隙率，空隙率越小，工作性能相對會越好，強(qiáng)度自然也越高。個人建議，對于C50及C50 以上的高標(biāo)號混凝土，石子的空隙率最好控制在40%左右，對于C50 以下的混凝土，石子的空隙率最好控制在43%左右。

3.2 含泥量

石子中的含泥量偏大會降低水泥漿對粗骨料的握裹力，從而降低混凝土強(qiáng)度，并且降低混凝土骨料界面的粘結(jié)強(qiáng)度以及混凝土的抗拉強(qiáng)度，容易產(chǎn)生裂縫。另一方面，含泥量過大會導(dǎo)致水泥與碎石間內(nèi)摩擦力減小，內(nèi)應(yīng)力增加，產(chǎn)生滑動，最終開裂，降低強(qiáng)度。

工程實(shí)踐及相關(guān)研究表明，含泥量對混凝土的耐久性有很大的影響。由于含泥量會影響混凝土的均勻即影響水泥石與碎石、水泥石之間的粘結(jié)，還會在混凝土中形成不封閉的氣孔，在凍融情況下，泥膨脹比、收縮比與混凝土不一樣，因此，骨料中含泥量大就會影響混凝土的耐久性，抗凍性降低比較明顯。

3.3 石子粒型、粒狀

石子顆粒形狀一般有球形、棱角形（接近立方體形狀）、多面體形和針狀、片狀等，其決定因素與生產(chǎn)工藝以及母巖材質(zhì)等有關(guān)，較為理想的是接近球狀體顆?；蚨嗝骟w形狀顆粒級配，與水泥漿體的粘結(jié)力強(qiáng)，混凝土的抗壓強(qiáng)度也高。而石子針狀或片狀顆粒則會影響混凝土的工作性能及強(qiáng)度。

針片狀使石子總比表面積增加，所需用水量及漿體量都會提高，增加單方材料成本。若保持漿體量不變，則會降低混凝土的粘聚性，甚至出現(xiàn)離析泌水現(xiàn)象，進(jìn)而影響混凝土的可泵性。針片狀會造成碎石的堅(jiān)韌性變差，提高碎石的壓碎指標(biāo)，從而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的降低。筆者認(rèn)為，針片狀含量在10%以內(nèi)對混凝土強(qiáng)度及工作性能的影響較輕。

3.4 壓碎指標(biāo)

石子作為混凝土的骨架，就如同鋼筋作為混凝土構(gòu)件的骨架一樣，起到了受力支撐作用。因此石子的質(zhì)量對混凝土的影響不言而喻，特別是壓碎指標(biāo)。在石子級配偏差不大的情況下，石子的壓碎指標(biāo)越高，混凝土強(qiáng)度就越低，兩者之間成反比。尤其對于C50 及C50 以上混凝土，盡量選用壓碎指標(biāo)在12%以內(nèi)的5～25mm 連續(xù)級配的石子。

4 粉煤灰

粉煤灰在混凝土中會產(chǎn)生三種效應(yīng)，即活性效應(yīng)、顆粒形態(tài)效應(yīng)以及微集料效應(yīng)。

4.1 細(xì)度

細(xì)度體現(xiàn)出粉煤灰的微集料效應(yīng)。

大量試驗(yàn)表明，粉煤灰能促進(jìn)混凝土后期強(qiáng)度的增長。粉煤灰的顆粒越細(xì)，比表面積越大，粉煤灰中的活性成分SiO2和A12O3越容易與水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2進(jìn)行二次水化，從而提高混凝土的后期強(qiáng)度。強(qiáng)度的提高也體現(xiàn)了粉煤灰的活性效應(yīng)。

4.2 玻璃球體

玻璃球體體現(xiàn)出粉煤灰的顆粒形態(tài)效應(yīng)。

試驗(yàn)室在驗(yàn)收粉煤灰時(shí)，檢測細(xì)度后，可將少部分篩余成分放到40～100 倍的顯微鏡下觀察其內(nèi)部玻璃球體含量，并且以此來鑒別真假粉煤灰。優(yōu)質(zhì)粉煤灰中玻璃球體含量高，生產(chǎn)出的混凝土流動性就好。

4.3 需水量比

需水量比的高低會影響混凝土的拌合用水量，在膠凝材料固定不變的前提下，需水量比越低所需的用水量少，混凝土中水灰比小強(qiáng)度高，反之水灰比高強(qiáng)度低。因此需水量比也是選擇粉煤灰所需考慮的重要指標(biāo)之一。

4.4 燒失量

燒失量的高低在一定程度上反映了含碳量的多少。燒失量大，含碳量就高，碳離子對于外加劑的吸附性也較強(qiáng)，另外還會破壞外加劑中的引氣成分，造成混凝土坍損及泵損大等問題。

5 礦渣粉

5.1 比表面積

比表面積是控制礦粉質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，國家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥，砂漿和混凝土中的?；郀t礦渣粉》GB/T 18046-2017[3]中規(guī)定，礦粉的比表面積≥350m2/㎏。礦粉比表面積大小會影響其活性，試驗(yàn)證明，礦粉的比表面積在420～450m2/㎏時(shí)，活性發(fā)揮最好。因此攪拌站試驗(yàn)室應(yīng)對礦粉樣品按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測頻率對其檢驗(yàn)，并對比廠家提供的質(zhì)檢報(bào)告。

5.2 活性指數(shù)

礦粉活性和強(qiáng)度有關(guān)。礦粉的活性指數(shù)越高，混凝土的抗壓強(qiáng)度就越高，二者之間成正比。國家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥，砂漿和混凝土中的?；郀t礦渣粉》GB/T 18046-2017 中規(guī)定，根據(jù)礦粉活性高低將礦粉分為S75、S95、S105 三個等級。普通混凝土基本上選用S95級礦粉。

假如礦粉7 天活性低于75%，而28 天卻高于95%，這樣的礦粉是不合格，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)也限制了7 天的活性，二者必須都達(dá)標(biāo)才能算合格。不合格的礦粉對澆筑到構(gòu)件的混凝土?xí)杏绊?，補(bǔ)救措施是提醒工地推遲拆模時(shí)間，以免因混凝土強(qiáng)度低，拆模過早而造成板面開裂等質(zhì)量事故。

6 外加劑

6.1 與膠凝材料的適應(yīng)性

以前的概念是檢驗(yàn)減水劑與水泥的適應(yīng)性，隨著混凝土材料不斷的發(fā)展變化，外加劑不但要適應(yīng)水泥，還應(yīng)根據(jù)攪拌站所選用的粉煤灰及礦粉作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

攪拌站試驗(yàn)室購進(jìn)一批新的外加劑后，應(yīng)將凈漿流動度和混凝土試配結(jié)合起來評價(jià)外加劑與膠凝材料的適應(yīng)性。將水泥、粉煤灰及礦粉留置大桶樣品，密封保存15～30 天，每次試驗(yàn)選用同一批用膠材，以此來判斷外加劑的質(zhì)量波動會更為客觀。

6.2 減水率的變化

減水率的變化會直接影響到生產(chǎn)中外加劑的摻量調(diào)整，而摻量高低又會直接影響混凝土的工作性能。因此試驗(yàn)室應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》GB8076-2008中相關(guān)規(guī)定對每一批外加劑進(jìn)行抽樣檢測膠砂減水率。

7 結(jié)語

原材料的質(zhì)量決定了混凝土的質(zhì)量，面對材料價(jià)格的起伏不定以及競爭激烈的市場環(huán)境，如何把控好每一種原材料并通過加強(qiáng)管理來保證每車混凝土的質(zhì)量顯得尤為重要。質(zhì)量是企業(yè)的生命線，也是企業(yè)賴以生存之根本，每一位混凝土技術(shù)人員都應(yīng)堅(jiān)守初心，將“百年大計(jì)，質(zhì)量為本”牢記心中，為建筑行業(yè)的發(fā)展添磚加瓦！