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攪拌樓用水量對混凝土強度的影響

來源:河南省毅成重工機械制造有限公司時間:2021/7/13 15:33:34

 在膠凝材料(水泥+礦渣+粉煤灰+其他摻合料等)強度及其單位體積用量一定的條件下,水膠比或單位體積用水量將是影響混凝土強度最主要的因素,也是決定性因素。

在理論上,水泥水化時所需的結合水僅為水泥質量的24%左右。在水膠比為0.24時,混凝土拌合物是沒有流動性的,除非摻加特殊的高效減水劑。在實際工程中為了獲得必要的施工和易性,在拌制混凝土拌合物時常需加入較多的水,導致普通混凝土的水膠比提高,通常在0.30~0.70之間。當混凝土硬化后,多余水分殘留在混凝土中形成水泡,蒸發后則形成氣孔,從而減小了混凝土抵抗荷載的有效截面,并在氣孔周圍形成應力集中,進而降低混凝土強度。

在混凝土的配制強度確定后,在膠凝材料(28d)膠砂強度一定的條件下,水膠比就被首先確定;再在泵送劑的減水率和施工要求和易性已知的條件下,混凝土的用水量就被確定了;炷恋呐浜媳冉涍^了初步計算、試拌及和易性調整,以及水膠比和強度調整,最終得到了實驗室配合比。其中的用水量和水膠比是一定的或是確定的,不應變動,不然就會導致混凝土強度的變化。

對于混凝土攪拌樓的控制,應按照“最終得到的實驗室配合比”轉化為施工配合比,它必須是設法拌出滿足和易性要求的混凝土。但由于原材料的波動,用水量會產生波動,會引起混凝土強度的波動。對此在攪拌樓工作的人們已做出了很多努力,但仍有不合常規的情況發生。

因此,在當今,雖然違規增加用水量的事已越來越少;但不可控的增加用水量的事實卻常有發生,從而導致強度降低。為此,筆者通過近年來的實踐經驗,撰寫成此文,與大家分享,取長補短,共同提高。

1關于多加水引起的強度波動

以配制C35泵送(坍落度180m3m3)混凝土(配制強度43.2m3Pa)為例,在不摻泵送劑的條件下其用水量為240kg/m3。該混凝土配合比經過了初步計算、試拌及和易性調整、以及水膠比和強度調整,最終得到了實驗室配合比“為膠凝材料:水:細骨料(已整形的機制砂(中砂)):粗骨料(5—31.5mm碎石):泵送劑(固體)=400:180:800:1000:2.4(kg/m3)。

其中采用42.5級普通水泥、Ⅱ級粉煤灰和S95礦渣粉用量分別為280、50、70kg/m3,泵送劑用量為8kg/m3(泵送劑為水溶液,含固率為30%,其中的含水量應計入用水量中,減水率為25%,減水組分以脂肪族減水劑為主),水膠比為0.45,用水量為180kg/m3。

1.1由單獨增加用水量而引起的強度降低

為了揭示用水量增加與混凝土強度降低之間的關系,在此先建立一個多加水與強度降低之間的關系。例如,在上述C35混凝土拌合物中每方單獨分別增加用水量為0、5、10、20、30、40、50kg的條件下,混凝土的水膠比依次增加分別為0.4500.462、0.475、0.500、0.525、0550、0.575混凝土的抗壓強度(在攪拌均勻的條件下,經過計算)依次降低分別為43.2、42.0、40.7、38.5、36.4、34.6、32.9MPa;與不加水的混凝土強度相比較,其混凝土強度降低值分別為0、1.2、2.5、4.7、6.8、8.6、10.6MPa,其混凝土強度降低率分別為0%、2.8%、5.8%、10.9%、15.7%、19.9%、24。5%。見表1。

假設由于等待時間長和氣溫高等原因,在坍落度經時損失量大的情況下,在施工現場單獨增加用水量,有時會達到每方混凝土中增加20~40kg水。

在原材料品質良好的條件下,在攪拌樓每立方混凝土中增加20~40kg水,這幾乎是不可能的事。但在細骨料的含水率大幅度波動(料堆底層,或突然降大雨)的情況下,這種情況還是有可能發生的。

由此可見,單獨增加10、20、40kg用水量,混凝土強度降低率分別為5.8%、10.9%、19.9%。因此,對于工地加水的做法不可取。在工地現場混凝土拌合物坍落度損失嚴重的情況下,必須通過再摻加泵送劑的方法對和易性進行調整。

1.2忽視骨料含水率變化,在不知不覺中多加了水

在原材料等質量穩定的條件下,按設計好的配合比拌制混凝土,按技術要求控制混凝土質量。在通常情況下不會增加用水量,電腦操控員或工藝員的權限一般定為每立方混凝土可增加不大于5kg或不大于10kg用水量。并應及時匯報試驗室主任,采取必要的措施。

一般情況下粗細骨料的含水率是常有波動的,如遇下雨或在料堆的底層多會使骨料的含水率增加。假設由于粗骨料的含水率少計1.0%和2.0%,則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;又假設由于細骨料的含水率少計2.5%和5.0%,則在每立方混凝土中多增加了20kg和40kg水而少用了20kg和40kg細骨料。多加水和少用骨料都會使混凝土的強度降低。

上述情況常有發生,有時還有粗細骨料的含水率同時少計,易使混凝土拌合物發生離析和強度下降。由表1可知,每方混凝土拌合物多加了30kg水,混凝土強度將由43.2MPa降為36.4MPa,如果再遇上工地第二天就拆模且不再保濕養護,如柱和剪力墻,則28d齡期強度還要再降30%,降為25.5MPa。

這種“忽視骨料含水率變化,在不知不覺中多加了水”的現象是很容易被發現的。因為,水一多則流動性馬上偏大,甚至離析。電腦操控員或工藝員要認真觀察,控制好用水量。

有個實例,可說明多加水造成的后果。某攪拌站的一車混凝土拌合物到達工地,泵送到10層樓面澆筑柱梁板,當打滿柱再打梁和板時發現該混凝土拌合物嚴重離析,無法使用,在被阻止前已澆筑約5m3導致這一澆筑區域的混凝土在第二天被清除,鋼筋重新布置和模板重新支撐,多支出人工費和材料費5萬元。對于上述混凝土拌合物的嚴重離析現象,查看攪拌樓記錄和監控錄像,前中后這三車混凝土的用水量相同,卸料口混凝土拌合物的流動性也相當,攪拌樓沒有多加水。后經監控錄像可知是駕駛員未清除攪拌筒中的洗車水或其他積水。這些水使每方混凝土拌合物單獨增加用水量約為40kg,導致本該正常的混凝土拌合物嚴重離析。

1.3忽視原材料品質的變化,在不知不覺中多加了水

在骨料含水率確定的條件下,按照設計好的(能滿足強度、和易性、耐久性和經濟性要求)混凝土配合比,用于攪拌樓,此時拌出來的混凝土拌合物,一定是以滿足和易性為準的。但在原材料品質有較大波動的情況下,不進行檢測,不進行試拌,而且忽視這些波動,使攪拌樓在不知不覺中多加了水,而且似乎是有理由的多加水。

這實際上要比工地加生水,更不可取。所以只要有一個材料變了,(理論上)就要進行試驗室試拌,控制實際用水量,調整泵送劑的摻量。例如,換了粉煤灰或水泥或泵送劑或砂等,就得試拌。更不能把攪拌樓當成試拌的平臺。

以下就由原材料品質降低而引起的多加水現象進行探討。

1.3.1泵送劑減水率降低

由表2可知,案例A中泵送劑減水率由25%分別降為21%、17%、12%和8%時,為了達到要求的坍落度,在攪拌樓上就得分別增加約l0、20、30、40kg/m3的用水量,從而導致混凝土強度的降低。這主要是由于對進場泵送劑檢驗的不到位和不及時進行試驗室試拌而引起。情況主要有兩種:一是賣方故意降低了泵送劑質量;二是泵送劑質量未降低但對膠凝材料的適應性降低了。

1.3.2泵送劑對水泥或粉煤灰的適用性降低

由表2可知,案例B中泵送劑對水泥或粉煤灰的適用性由好降為較好、中和差時,為了達到要求的和易性或坍落度,在攪拌樓上就得分別增加約10、20、30kg/m3的用水量,從而導致混凝土強度的降低。

1.3.3粉煤灰質量降低

由表2可知,案例C中粉煤灰質量由Ⅱ級降為準Ⅱ級、Ⅲ級和低于Ⅲ級時,為了達到要求的坍落度,在攪拌樓上就得分別增加約10、15、30kg/m3的用水量,從而導致混凝土強度的降低。

1.3.4水泥標準稠度用水量增加

由表2可知,案例D中水泥標準稠度用水量由27.0%增加到28.5%和30.0%時,為了達到要求的坍落度,在攪拌樓上就得分別增加約10kg/m3和20kg/m3的用水量,從而導致混凝土強度的降低。

1.3.5細骨料含石粉或泥量增加

由表2可知,案例E中細骨料含石粉或泥量由1%增加到6%、11%和16%時,為了達到要求的坍落度,在攪拌樓上就得分別增加約20、40、60kg/m3的用水量,從而導致混凝土強度的降低。例如,當含石粉或泥量由1%增加到11%時,在原有的800kg細骨料中就多帶人了80kg的石粉或泥,這80kg細料相當于非活性的摻合料,混入水泥中使普通水泥降級為復合水泥,并使總的細料(膠凝材料)增加了80kg,這80kg細料要流動就需要增加用水量約40kg,這80kg細料要泵送還需要增加泵送劑(水溶液)約1.6~2.0kg。如果忽視這些要求,強度就要降低。

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%時,為了達到要求的坍落度,在攪拌樓上就得分別增加約10、15、20kg/m3的用水量,從而導致混凝土強度的降低。

例如,當含石粉或泥量由0%增加到3%時,在原有的1000kg粗骨料中就多帶入了30kg的石粉或泥,這30kg細料相當于非活性的摻合料,這30kg細料要流動就需要增加用水量約15kg,這30kg細料要泵送就還需要增加泵送劑(水溶液)約0.6~1.0kg。

1.3.7細骨料品質降低

由表2可知,案例G中當細骨料品質由已整形的機制砂降為普通機制砂、碎屑(已去石粉)和山砂(部分風化,吸水率大)時,為了達到要求的坍落度,在攪拌樓上就得分別增加約10、15、30kg/m3的用水量,從而導致混凝土強度的降低。如果不進行試驗室試拌,忽視細骨料品質的降低,混凝土強度降低是不可避免的。

1.3.8粗骨料品種變化

由表2可知,案例H中當粗骨料品種由原有的5~31.5mm碎石變為5~20mm碎石時,為了達到要求的坍落度,在攪拌樓上就得增加約10kg/m3的用水量,從而導致混凝土強度的降低。

當粗骨料品種由碎石變為卵石時,為了達到要求的坍落度,在攪拌樓上往往是可以減水約10kg/m3的。但如果不進行試驗室試拌,忽視粗骨料品種的變化,不減少用水量,混凝土強度降低是不可避免的。

1.3.9由外摻膨脹劑而引起的多加水現象

由表2可知,案例I中在通常情況下膨脹劑均按原膠凝材料量外摻加入混凝土中,在外摻40kg/m3膨脹劑又不相應地增加泵送劑用量的條件下,為了達到要求的坍落度,在攪拌樓上就得增加約20kg/m3的用水量,從而導致混凝土強度的降低。

如果外摻40kg/m3膨脹劑是假的,實為粉煤灰,那么由于多加水一定會導致混凝土強度的降低,但由于是粉煤灰,在28d齡期后它會對混凝土強度作出貢獻。

如果外摻40kg/m3膨脹劑是假的,實為石灰石粉,那么由于多加水一定會導致混凝土強度的降低,但由于是石灰石粉,在28d齡期后它不會對混凝土強度作出貢獻。

如果膨脹劑是假的,實為粉煤灰,它取代粉煤灰內摻40kg/m3,那么它不會使混凝土膨脹,在用水量、和易性和強度方面大致維持不變。如果膨脹劑是假的,實為石灰石粉,它取代粉煤灰內摻40kg/m3,那么它不會使混凝土膨脹,在用水量及和易性方面大致維持不變的條件下,而使混凝土強度有所降低。

1.3.10由摻合料品質降低而引起的多加水現象

由表2可知,案例J中當用粉煤灰取代40kg礦渣時,需要超量取代,設超量系數為1.5,則粉煤灰用量為60kg,如果不進行試拌、不增加泵送劑的量,用水量至少約增加10kg,從而使混凝土強度降低。當原用50kg粉煤灰現為50kg假粉煤灰(實為石灰石粉)時,在用水量及和易性方面大致維持不變的條件下,而使混凝土強度降低。

當原用70kg礦渣現為70kg假礦渣(實為內含50%粉煤灰的礦渣)時,在用水量及和易性方面大致維持不變的條件下,而使混凝土強度降低。

當原用70kg礦渣現為70kg假礦渣(實為內含50%石灰石粉的礦渣)時,在用水量及和易性方面大致維持不變的條件下,而使混凝土強度降低得更多。

1.3.11上述10個案例的綜合分析

上述10個案例,在實際生產中均有可能發生,但不大可能同時發生。如果有5個案例同時發生,而且都是按第1種情況(品質降低較小的)。例如,案例A1(泵送劑減水率由25%降為21%)+C1(準Ⅱ粉煤灰替換Ⅱ粉煤灰)+E1(砂含石粉或泥量由1%增加到6%)+GI(普通機制砂取代已整形的機制砂)+I1(外摻40kg膨脹劑,由于外摻,未增加泵送劑)同時發生,未經試拌,并認為材料的品質未降低,那么在攪拌樓上,為了達到要求的和易性或坍落度,就得增加用水量大約50kg/m3。需要說明的是這5個案例中的任何一個都是常發生的,只是不大可能同時發生。

這50kg/m3用水量的增加,只是為了達到要求的和易性或坍落度,并未造成離析,即對和易性而言是必要的。這50kg/m3用水量的增加,是由于多個原材料品質降低而引起的。這50kg/m3用水量的增加,按常理而言是不可能發生的事,這將會使拌合物流動性過大且會產生離析,但實際上沒有發生。

這50kg/m3用水量的增加,對于混凝土強度而言是多余的是有害的,它蒸發后會產生氣孔進而導致強度降低和抗碳化能力的降低。這50kg/m3用水量的增加,會使水膠比由0.450增加到0.575,會使混凝土的28d強度由43.2MPa降為32.9MPa,如果工地不保濕養護,強度由32.9MPa降為23.0MPa。這樣的事在工程實際中一年總會遇上幾次。

2結語

影響混凝土強度的主要因素是膠凝材料強度(或水泥強度)和水膠比(或水灰比)。在混凝土配合比確定的條件下,攪拌樓用水量往往會決定混凝土強度。

水可使膠凝材料漿體及其混凝土具有必要的流動性,使混凝土施工在省事省力、保質保量的條件下進行。但用水量增加,水膠比增加,混凝土的強度就會降低。在混凝土用水量一定的條件下,最好的辦法是盡量借助(高效)減水劑的摻人,通過試拌,顯著地提高流動性,從而達到可泵性。一切單獨增加用水量的辦法,只會導致強度降低,絕對不可取。

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