混凝土预湿骨料技术原理探索及试验研究

一

技术背景

    随着外加剂的大量使用以及砂石料质量的不断劣化，减水剂在混凝土生产应用过程中出现了许多新问题。当砂石含量泥量较高时，经常出现外加剂在做水泥净浆流动度试验时效果很好，但当用相同掺量配制混凝土时，混凝土拌合物流动性很差，或者干脆不流。对于使用聚羧酸系减水剂的厂家，这个问题特别突出。为了使混凝土拌合物满足泵送施工要求，有的单位将外加剂的掺量成倍增加，使混凝土的生产成本大大增高，影响混凝土生产企业的生产成本和直接经济效益；有的单位采用多加水的办法来解决混凝土拌合物流动性不足的问题，导致混凝土实际水胶比变大，严重影响混凝土的强度。

二

原理探索及试验研究

（一）试验研究

    根据多年生产实践总结，我们对砂子含泥量和石子吸水对外加剂的适应性，混凝土拌合物的工作性等技术指标进行对比试验，以便准确找到产生这种现象的原因。我们以C30混凝土为例进行分析，配合比设计为：胶凝材料350kg，砂子700kg，石子980kg，水175kg，外加剂7kg。其中1号配比中砂子为饱和面干，含泥2%，石子含泥0.5%，饱和面干状态；2号配比中砂子为绝干状态，含泥3%，石子含泥0.5%，吸水率3%；3号配比中砂子为干绝干状态，含泥5%，石子含泥0.5%，吸水率3%；4号配比中砂子为干燥，含泥3%，石子含泥0.5%，吸水率5%；5号配比中砂子为干燥，含泥5%，石子含泥0.5%，吸水率5%。试验数据见表1。

表1 试验数据

编号	胶凝材料 （kg/m^3）	砂子 （kg/m^3）	石子 （kg/m^3）	水 （kg/m^3）	缓凝减水剂 （kg/m^3）	初始坍落度（mm）	0.5h坍落度（mm）	经时损失（mm）
1	350	700	980	175	7	220	200	20
2	350	700	980	175	7	200	80	120
3	350	700	980	175	7	120	50	70
4	350	700	980	175	7	180	30	150
5	350	700	980	175	7	80	30	50

    根据以上试验数据可知，当砂子、石子的含泥量2%，且砂子、石子为饱和面干状态时，我们配制的混凝土坍落度为220mm，1h坍落度为200mm；当砂子为绝干状态，含泥3%，石子含泥0.5%，吸水率3%时，混凝土初始坍落度为200mm，1h坍落度为80mm，损失很大。当砂子为绝干状态，含泥5%，石子含泥0.5%，吸水率3%时，混凝土初始坍落度只有120mm，1h坍落度为50mm，损失很大；当砂子为干燥，含泥3%，石子含泥0.5%，吸水率5%时，混凝土初始坍落度只有180mm，1h坍落度为30mm，损失很大；当砂子的含泥量达到5%，吸水率达到5%时混凝土初始坍落度只有80mm，1h坍落度为30mm，损失很大。

（二）原因分析

1.砂子含泥对外加剂适应性和拌合物工作性的影响

    在以上试验的基础上，我们对砂子含泥量影响外加剂掺量混凝土工作性的原因进行分析，根据数据分析与现场观察，砂子含泥量高对混凝土工作性的影响在混凝土拌合物初期就表现得非常明显，对减水剂的适应性也特别明显，造成混凝土初始坍落度小，坍落度经时损失大。在其他材料没有变化的情况下，砂子中的含泥量增加为35kg，由于含泥量实际是黏土质的细粉末，与胶凝材料具有相同的吸水性能，而在配合比设计时，没有考虑这些粉料的吸水问题，因此35kg的黏土粉需要等比例的需水量即17.5kg才能达到表面润湿，同时润湿之后的黏土质材料也需要等比例的外加剂达到同样的流动性，即0.7kg的外加剂。这就是相同配比的条件下，当外加剂和用水量不变时，含泥量由2%提高到5%以上时，混凝土初始流动性变差、坍落度经时损失变大、外加剂掺量成倍增加的根本原因。

2.石子含泥及吸水对外加剂适应性和拌合物工作性的影响

    在以上试验的基础上，我们对石子含泥量及吸水影响外加剂掺量和混凝土工作性的原因进行分析，石子含泥对外加剂的适应性和混凝土拌合物工作性的影响与砂子相同。根据现场观察，石子吸水对外加剂适应性和混凝土工作性的影响主要表现在坍落度损失方面，配制的混凝土初始坍落度都不受影响，但是当混凝土从搅拌机中卸出时，几分钟之内就失去了流动性，并且石子的表面黏有很多砂浆的颗粒，加水之后仍然没有流动性，强度明显降低。
    产生这种现象的原因主要是由于石子吸水引起的。当混凝土的原材料按比例投入搅拌机后，在搅拌机内快速旋转，水泥砂浆的搅拌过程就像洗衣机的甩干过程一样，砂浆在搅拌机内做切线运运，水份无法进入石子内部，流动性很好。一旦停止搅拌，混凝土拌合物处于静止状态，则水泥混合砂浆中的水份就像洗衣机甩干桶中甩出的水分再次渗入衣服一样，快速渗入石子的孔隙中，由于外加剂全部溶解到水里，石子吸收了多少水，外加剂也等比例地被吸收，造成砂浆中的拌合水量快速减少，混凝土拌合物很快失去流动性，同时外加剂在胶凝材料中的浓度也是快速降低。最终出现混凝土在搅拌过程中的流动性很好，初始坍落度很大，停止搅拌后几分钟之内混凝土拌合物完全失去流动性。在这次试验中，石子吸水29.4kg，外加剂被浪费近六分之一。

（三）砂子含泥问题的解决思路

1.单独加水思路

    只保证工作性，不考虑强度的情况下，我们可以通过增加水的办法解决。加水的量分为两部分，一部分为润湿黏土所需水，可以根据配合比设计水胶比乘以黏土的质量求得，本试验中为17.5kg；另一部分为黏土所需外加剂减水对应的水，本试验中外加剂为0.35kg，减水剂减少的水量为20%，即17.5kg×20%=3.5kg，合计加水21kg。这种方法是施工现场经常采用的方法，由于成本低廉，操作随意，没有专业人员指导，经常导致混凝土强度不能满足设计要求。

2.单独增加外加剂思路

    为了保证混凝土用水量不变，且必须满足强度和工作性的要求，许多混凝土生产企业采用只增加外加剂的方法解决这一问题。这时外加剂量的增加量分为两部分：一部分是为了补充与胶凝材料同样重量的黏土所需的外加剂，本试验中取0.7kg，另一部分为润湿黏土所需的水，使用减水剂通过减水实现，本试验中即减少拌合用水取17.5kg需要增加减水剂1%掺量，即3.5kg外加剂，合计增加外加剂4.2kg，解决问题的经济成本为10.6元/立方米。这种方法既保证了混凝土的强度，又实现了混凝土的工作性良好，但是成本较高，企业难以承受，同时在技术方面还存在混凝土浆体扒底，拌合物容易分层，泵送压力大等问题。

3.加水同时掺加适量外加剂思路

    为保证混凝土的强度，同时满足混凝土的施工性能，我们可以加水同时掺加适量外加剂的办法解决这个问题。加水的量为润湿黏土所需水，可以根据配合比设计水胶比乘以黏土的质量求得，本试验中为17.5kg；外加剂掺加量用黏土的质量乘以外加剂的推荐掺量即可求得，本试验中为0.35kg。解决问题的经济成本为1.75元/立方。这种方法是混凝土生产企业技术人员可以采用的合理科学方法。

（四）石子含泥及吸水问题的解决思路

    解决这一问题的根本思路，就是采用表面润湿的石子做为混凝土的粗集料，一方面可以减少石子吸水引起的混和砂浆失水，使混凝土增加流动性，另一方面减少石子吸水，还可以有效提高外加剂在胶凝材料中的利用率，从而增加混凝土的流动性。

（五）外加剂与含泥量适应性问题解决的综合技术方案

1.砂石料场冲洗方案

    砂石做为混凝土的主要集料，占混凝土体积的比例很大，因此为了解决这一问题，就必须从实际出发。在条件许可的情况下，可以采用建立砂石冲洗生产线的方案，确保冲洗后砂石的含泥量达到国家标准规定的范围，另一方面，冲洗的过程可以让砂石达到表面润湿状态，实现减少混凝土坍落度损失、节约减水剂用量、保证混凝土质量的目的。

2.上料皮带头喷淋砂石方案

     对于现有的混凝土搅拌站，由于场地的限制，大多数单位都无法建设砂石冲洗场。在多次现场调研和实践的基础上，我们提出了混凝土预湿骨料技术，即在混凝土搅拌站上料皮带头增加一个小喷头喷水的办法在生产前对砂石进行预湿，使砂石料所含泥和石粉充分润湿，内部空隙充分吸水饱和，达到砂石料进入搅拌机时内部充分饱水和表面全部湿润的状态。从而达到外加剂用量最少、坍落度损失最小、混凝土强度最高、技术经济效果最佳的目的。

作者：朱效荣      
信息来源：混凝土第一视频网