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搅拌楼用水量对混凝土强度的影响

来源:河南省毅成重工机械制造有限公司时间:2021/7/13 15:33:34

 在胶凝材料(水泥+矿渣+粉煤灰+其他掺合料等)强度及其单位体积用量一定的条件下,水胶比或单位体积用水量将是影响混凝土强度最主要的因素,也是决定性因素。

在理论上,水泥水化时所需的结合水仅为水泥质量的24%左右。在水胶比为0.24时,混凝土拌合物是没有流动性的,除非掺加特殊的高效减水剂。在实际工程中为了获得必要的施工和易性,在拌制混凝土拌合物时常需加入较多的水,导致普通混凝土的水胶比提高,通常在0.30~0.70之间。当混凝土硬化后,多余水分残留在混凝土中形成水泡,蒸发后则形成气孔,从而减小了混凝土抵抗荷载的有效截面,并在气孔周围形成应力集中,进而降低混凝土强度。

在混凝土的配制强度确定后,在胶凝材料(28d)胶砂强度一定的条件下,水胶比就被首先确定;再在泵送剂的减水率和施工要求和易性已知的条件下,混凝土的用水量就被确定了。混凝土的配合比经过了初步计算、试拌及和易性调整,以及水胶比和强度调整,最终得到了实验室配合比。其中的用水量和水胶比是一定的或是确定的,不应变动,不然就会导致混凝土强度的变化。

对于混凝土搅拌楼的控制,应按照“最终得到的实验室配合比”转化为施工配合比,它必须是设法拌出满足和易性要求的混凝土。但由于原材料的波动,用水量会产生波动,会引起混凝土强度的波动。对此在搅拌楼工作的人们已做出了很多努力,但仍有不合常规的情况发生。

因此,在当今,虽然违规增加用水量的事已越来越少;但不可控的增加用水量的事实却常有发生,从而导致强度降低。为此,笔者通过近年来的实践经验,撰写成此文,与大家分享,取长补短,共同提高。

1关于多加水引起的强度波动

以配制C35泵送(坍落度180m3m3)混凝土(配制强度43.2m3Pa)为例,在不掺泵送剂的条件下其用水量为240kg/m3。该混凝土配合比经过了初步计算、试拌及和易性调整、以及水胶比和强度调整,最终得到了实验室配合比“为胶凝材料:水:细骨料(已整形的机制砂(中砂)):粗骨料(5—31.5mm碎石):泵送剂(固体)=400:180:800:1000:2.4(kg/m3)。

其中采用42.5级普通水泥、Ⅱ级粉煤灰和S95矿渣粉用量分别为280、50、70kg/m3,泵送剂用量为8kg/m3(泵送剂为水溶液,含固率为30%,其中的含水量应计入用水量中,减水率为25%,减水组分以脂肪族减水剂为主),水胶比为0.45,用水量为180kg/m3。

1.1由单独增加用水量而引起的强度降低

为了揭示用水量增加与混凝土强度降低之间的关系,在此先建立一个多加水与强度降低之间的关系。例如,在上述C35混凝土拌合物中每方单独分别增加用水量为0、5、10、20、30、40、50kg的条件下,混凝土的水胶比依次增加分别为0.4500.462、0.475、0.500、0.525、0550、0.575混凝土的抗压强度(在搅拌均匀的条件下,经过计算)依次降低分别为43.2、42.0、40.7、38.5、36.4、34.6、32.9MPa;与不加水的混凝土强度相比较,其混凝土强度降低值分别为0、1.2、2.5、4.7、6.8、8.6、10.6MPa,其混凝土强度降低率分别为0%、2.8%、5.8%、10.9%、15.7%、19.9%、24。5%。见表1。

假设由于等待时间长和气温高等原因,在坍落度经时损失量大的情况下,在施工现场单独增加用水量,有时会达到每方混凝土中增加20~40kg水。

在原材料品质良好的条件下,在搅拌楼每立方混凝土中增加20~40kg水,这几乎是不可能的事。但在细骨料的含水率大幅度波动(料堆底层,或突然降大雨)的情况下,这种情况还是有可能发生的。

由此可见,单独增加10、20、40kg用水量,混凝土强度降低率分别为5.8%、10.9%、19.9%。因此,对于工地加水的做法不可取。在工地现场混凝土拌合物坍落度损失严重的情况下,必须通过再掺加泵送剂的方法对和易性进行调整。

1.2忽视骨料含水率变化,在不知不觉中多加了水

在原材料等质量稳定的条件下,按设计好的配合比拌制混凝土,按技术要求控制混凝土质量。在通常情况下不会增加用水量,电脑操控员或工艺员的权限一般定为每立方混凝土可增加不大于5kg或不大于10kg用水量。并应及时汇报试验室主任,采取必要的措施。

一般情况下粗细骨料的含水率是常有波动的,如遇下雨或在料堆的底层多会使骨料的含水率增加。假设由于粗骨料的含水率少计1.0%和2.0%,则在每立方混凝土中多增加了10kg和20kg水而少用了10kg和20kg粗骨料;又假设由于细骨料的含水率少计2.5%和5.0%,则在每立方混凝土中多增加了20kg和40kg水而少用了20kg和40kg细骨料。多加水和少用骨料都会使混凝土的强度降低。

上述情况常有发生,有时还有粗细骨料的含水率同时少计,易使混凝土拌合物发生离析和强度下降。由表1可知,每方混凝土拌合物多加了30kg水,混凝土强度将由43.2MPa降为36.4MPa,如果再遇上工地第二天就拆模且不再保湿养护,如柱和剪力墙,则28d龄期强度还要再降30%,降为25.5MPa。

这种“忽视骨料含水率变化,在不知不觉中多加了水”的现象是很容易被发现的。因为,水一多则流动性马上偏大,甚至离析。电脑操控员或工艺员要认真观察,控制好用水量。

有个实例,可说明多加水造成的后果。某搅拌站的一车混凝土拌合物到达工地,泵送到10层楼面浇筑柱梁板,当打满柱再打梁和板时发现该混凝土拌合物严重离析,无法使用,在被阻止前已浇筑约5m3导致这一浇筑区域的混凝土在第二天被清除,钢筋重新布置和模板重新支撑,多支出人工费和材料费5万元。对于上述混凝土拌合物的严重离析现象,查看搅拌楼记录和监控录像,前中后这三车混凝土的用水量相同,卸料口混凝土拌合物的流动性也相当,搅拌楼没有多加水。后经监控录像可知是驾驶员未清除搅拌筒中的洗车水或其他积水。这些水使每方混凝土拌合物单独增加用水量约为40kg,导致本该正常的混凝土拌合物严重离析。

1.3忽视原材料品质的变化,在不知不觉中多加了水

在骨料含水率确定的条件下,按照设计好的(能满足强度、和易性、耐久性和经济性要求)混凝土配合比,用于搅拌楼,此时拌出来的混凝土拌合物,一定是以满足和易性为准的。但在原材料品质有较大波动的情况下,不进行检测,不进行试拌,而且忽视这些波动,使搅拌楼在不知不觉中多加了水,而且似乎是有理由的多加水。

这实际上要比工地加生水,更不可取。所以只要有一个材料变了,(理论上)就要进行试验室试拌,控制实际用水量,调整泵送剂的掺量。例如,换了粉煤灰或水泥或泵送剂或砂等,就得试拌。更不能把搅拌楼当成试拌的平台。

以下就由原材料品质降低而引起的多加水现象进行探讨。

1.3.1泵送剂减水率降低

由表2可知,案例A中泵送剂减水率由25%分别降为21%、17%、12%和8%时,为了达到要求的坍落度,在搅拌楼上就得分别增加约l0、20、30、40kg/m3的用水量,从而导致混凝土强度的降低。这主要是由于对进场泵送剂检验的不到位和不及时进行试验室试拌而引起。情况主要有两种:一是卖方故意降低了泵送剂质量;二是泵送剂质量未降低但对胶凝材料的适应性降低了。

1.3.2泵送剂对水泥或粉煤灰的适用性降低

由表2可知,案例B中泵送剂对水泥或粉煤灰的适用性由好降为较好、中和差时,为了达到要求的和易性或坍落度,在搅拌楼上就得分别增加约10、20、30kg/m3的用水量,从而导致混凝土强度的降低。

1.3.3粉煤灰质量降低

由表2可知,案例C中粉煤灰质量由Ⅱ级降为准Ⅱ级、Ⅲ级和低于Ⅲ级时,为了达到要求的坍落度,在搅拌楼上就得分别增加约10、15、30kg/m3的用水量,从而导致混凝土强度的降低。

1.3.4水泥标准稠度用水量增加

由表2可知,案例D中水泥标准稠度用水量由27.0%增加到28.5%和30.0%时,为了达到要求的坍落度,在搅拌楼上就得分别增加约10kg/m3和20kg/m3的用水量,从而导致混凝土强度的降低。

1.3.5细骨料含石粉或泥量增加

由表2可知,案例E中细骨料含石粉或泥量由1%增加到6%、11%和16%时,为了达到要求的坍落度,在搅拌楼上就得分别增加约20、40、60kg/m3的用水量,从而导致混凝土强度的降低。例如,当含石粉或泥量由1%增加到11%时,在原有的800kg细骨料中就多带人了80kg的石粉或泥,这80kg细料相当于非活性的掺合料,混入水泥中使普通水泥降级为复合水泥,并使总的细料(胶凝材料)增加了80kg,这80kg细料要流动就需要增加用水量约40kg,这80kg细料要泵送还需要增加泵送剂(水溶液)约1.6~2.0kg。如果忽视这些要求,强度就要降低。

1.3.6粗骨料含石粉或泥量增加

由表2可知,案例F中粗骨料含石粉或泥量由0%增加到2%、3%和4%时,为了达到要求的坍落度,在搅拌楼上就得分别增加约10、15、20kg/m3的用水量,从而导致混凝土强度的降低。

例如,当含石粉或泥量由0%增加到3%时,在原有的1000kg粗骨料中就多带入了30kg的石粉或泥,这30kg细料相当于非活性的掺合料,这30kg细料要流动就需要增加用水量约15kg,这30kg细料要泵送就还需要增加泵送剂(水溶液)约0.6~1.0kg。

1.3.7细骨料品质降低

由表2可知,案例G中当细骨料品质由已整形的机制砂降为普通机制砂、碎屑(已去石粉)和山砂(部分风化,吸水率大)时,为了达到要求的坍落度,在搅拌楼上就得分别增加约10、15、30kg/m3的用水量,从而导致混凝土强度的降低。如果不进行试验室试拌,忽视细骨料品质的降低,混凝土强度降低是不可避免的。

1.3.8粗骨料品种变化

由表2可知,案例H中当粗骨料品种由原有的5~31.5mm碎石变为5~20mm碎石时,为了达到要求的坍落度,在搅拌楼上就得增加约10kg/m3的用水量,从而导致混凝土强度的降低。

当粗骨料品种由碎石变为卵石时,为了达到要求的坍落度,在搅拌楼上往往是可以减水约10kg/m3的。但如果不进行试验室试拌,忽视粗骨料品种的变化,不减少用水量,混凝土强度降低是不可避免的。

1.3.9由外掺膨胀剂而引起的多加水现象

由表2可知,案例I中在通常情况下膨胀剂均按原胶凝材料量外掺加入混凝土中,在外掺40kg/m3膨胀剂又不相应地增加泵送剂用量的条件下,为了达到要求的坍落度,在搅拌楼上就得增加约20kg/m3的用水量,从而导致混凝土强度的降低。

如果外掺40kg/m3膨胀剂是假的,实为粉煤灰,那么由于多加水一定会导致混凝土强度的降低,但由于是粉煤灰,在28d龄期后它会对混凝土强度作出贡献。

如果外掺40kg/m3膨胀剂是假的,实为石灰石粉,那么由于多加水一定会导致混凝土强度的降低,但由于是石灰石粉,在28d龄期后它不会对混凝土强度作出贡献。

如果膨胀剂是假的,实为粉煤灰,它取代粉煤灰内掺40kg/m3,那么它不会使混凝土膨胀,在用水量、和易性和强度方面大致维持不变。如果膨胀剂是假的,实为石灰石粉,它取代粉煤灰内掺40kg/m3,那么它不会使混凝土膨胀,在用水量及和易性方面大致维持不变的条件下,而使混凝土强度有所降低。

1.3.10由掺合料品质降低而引起的多加水现象

由表2可知,案例J中当用粉煤灰取代40kg矿渣时,需要超量取代,设超量系数为1.5,则粉煤灰用量为60kg,如果不进行试拌、不增加泵送剂的量,用水量至少约增加10kg,从而使混凝土强度降低。当原用50kg粉煤灰现为50kg假粉煤灰(实为石灰石粉)时,在用水量及和易性方面大致维持不变的条件下,而使混凝土强度降低。

当原用70kg矿渣现为70kg假矿渣(实为内含50%粉煤灰的矿渣)时,在用水量及和易性方面大致维持不变的条件下,而使混凝土强度降低。

当原用70kg矿渣现为70kg假矿渣(实为内含50%石灰石粉的矿渣)时,在用水量及和易性方面大致维持不变的条件下,而使混凝土强度降低得更多。

1.3.11上述10个案例的综合分析

上述10个案例,在实际生产中均有可能发生,但不大可能同时发生。如果有5个案例同时发生,而且都是按第1种情况(品质降低较小的)。例如,案例A1(泵送剂减水率由25%降为21%)+C1(准Ⅱ粉煤灰替换Ⅱ粉煤灰)+E1(砂含石粉或泥量由1%增加到6%)+GI(普通机制砂取代已整形的机制砂)+I1(外掺40kg膨胀剂,由于外掺,未增加泵送剂)同时发生,未经试拌,并认为材料的品质未降低,那么在搅拌楼上,为了达到要求的和易性或坍落度,就得增加用水量大约50kg/m3。需要说明的是这5个案例中的任何一个都是常发生的,只是不大可能同时发生。

这50kg/m3用水量的增加,只是为了达到要求的和易性或坍落度,并未造成离析,即对和易性而言是必要的。这50kg/m3用水量的增加,是由于多个原材料品质降低而引起的。这50kg/m3用水量的增加,按常理而言是不可能发生的事,这将会使拌合物流动性过大且会产生离析,但实际上没有发生。

这50kg/m3用水量的增加,对于混凝土强度而言是多余的是有害的,它蒸发后会产生气孔进而导致强度降低和抗碳化能力的降低。这50kg/m3用水量的增加,会使水胶比由0.450增加到0.575,会使混凝土的28d强度由43.2MPa降为32.9MPa,如果工地不保湿养护,强度由32.9MPa降为23.0MPa。这样的事在工程实际中一年总会遇上几次。

2结语

影响混凝土强度的主要因素是胶凝材料强度(或水泥强度)和水胶比(或水灰比)。在混凝土配合比确定的条件下,搅拌楼用水量往往会决定混凝土强度。

水可使胶凝材料浆体及其混凝土具有必要的流动性,使混凝土施工在省事省力、保质保量的条件下进行。但用水量增加,水胶比增加,混凝土的强度就会降低。在混凝土用水量一定的条件下,最好的办法是尽量借助(高效)减水剂的掺人,通过试拌,显著地提高流动性,从而达到可泵性。一切单独增加用水量的办法,只会导致强度降低,绝对不可取。

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