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摘要：混凝土泵送的應(yīng)用已成為混凝土施工中必不可少的環(huán)節(jié)，摻用外加劑改善混凝土可泵性，是實(shí)現(xiàn)混凝土泵送的最佳途徑。但經(jīng)常出現(xiàn)的各類問題給施工進(jìn)度及施工質(zhì)量帶來麻煩，本文從改善外加劑的配方設(shè)計(jì)，提高混凝土性能，使泵送砼滿足設(shè)計(jì)要求和施工要求，并大幅降低成本。...

淺談混凝土外加劑配方設(shè)計(jì)問題

馬王峰

（西北電力建設(shè)第四工程公司中心試驗(yàn)室）710038 西安

1.概述

    隨著施工能力的提高，混凝土配合比設(shè)計(jì)除了考慮混凝土強(qiáng)度、耐久性外還要注意其施工性能。改善施工性能的主要措施是摻外加劑，外加劑對混凝土性能影響很大，它能明顯提高混凝土坍落度、調(diào)節(jié)凝結(jié)時間，從而很好改善混凝土性能，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。但往往存在外加劑與水泥是否相適應(yīng)的問題。

    福建漳平電廠混凝土工程主體采用泵送，在設(shè)計(jì)泵送混凝土配合比時，發(fā)生混凝土嚴(yán)重泌水、離淅、坍落度損失過快，無法滿足施工要求。調(diào)整后的混凝土外加劑基本能滿足施工要求，但凝結(jié)時間過長，氣泡多、泌水依然存在。當(dāng)時在地下施工，該問題未能凸顯出來。工程出零米后，工期要求較緊，當(dāng)時的混凝土已無法滿足施工要求。如何解決“泌水、離淅、凝結(jié)時間長的問題”迫在眉睫。

2．施工中的問題分析、解決思路和方法

    2.1 原材料情況：

    （1）水泥：漳平紅獅水泥股份有限公司紅獅牌P.O42.5R級，采用新型干法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn),混合料為礦渣摻量5%；煤矸石7%—10%（廠家不定時調(diào)整）在國家標(biāo)準(zhǔn)6%--15%范圍內(nèi);堿含量0.5%左右; C3A含量7.7%左右. 經(jīng)檢驗(yàn)水泥的化學(xué)成分和物理力學(xué)性能指標(biāo)均滿足《GB175-2007》國家標(biāo)準(zhǔn)要求。水泥生產(chǎn)相對較為穩(wěn)定。

    （2）粉煤灰：漳州后石電廠Ⅱ級粉煤灰，檢驗(yàn)粉煤灰的各項(xiàng)指標(biāo)均符合《GB/T1596-2005》國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

    （3）細(xì)骨料：漳州水洗河砂，細(xì)度模數(shù)：2.9；粗骨料：漳平5～31.5mm連續(xù)級配碎石；其他物理性能指標(biāo)均符合《GB/T14684-2001》國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

    （4）外加劑：西北電建紅星公司SDB-800泵送劑（液體）符合《JC473-2001》混凝土泵送劑標(biāo)準(zhǔn)。推薦摻量為2.0-2.5%，其性能符合《混凝土外加劑》GB8076-2008一等品標(biāo)準(zhǔn)。

    2.2 發(fā)生混凝土“泌水、離淅、凝結(jié)時間長、經(jīng)時損失快” 的原因分析：

表1  不同摻量SDB-800泵送劑與紅獅水泥坍落度損失和凝結(jié)時間試驗(yàn)

泵送劑名稱	摻量（%）	水泥品種	凝結(jié)時間		坍落度（mm）
			初凝h	終凝h	基準(zhǔn)	30min	60min
SDB-800	2.5	紅獅P.O42.5R	11	25	230	110	50
SDB-800	2.3	紅獅P.O42.5R	10	23	190	90	30
SDB-800	2.0	紅獅P.O42.5R	9	20	180	80	30

    從表1看外加劑摻量大小不是影響坍落度損失的主要原因,但是影響了混凝土的凝結(jié)時間。

    如何檢驗(yàn)外加劑與水泥的適應(yīng)性問題，是新問題，也是老問題。即使是完全符合國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的水泥和外加劑，在作為混凝土原材料進(jìn)行配制時亦會出現(xiàn)不相容性。其主要表現(xiàn)在：坍落度損失、凝結(jié)時間長短，以及泌水等現(xiàn)象。

    混凝土是多相聚合體，新拌混凝土的工作性很大程度上取決于混合物的均勻性和穩(wěn)定性。如果混合物產(chǎn)生相分離，就會使材料組成不均勻，最終導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)缺陷或結(jié)構(gòu)破壞。如果新拌混凝土的保水性、粘聚性和穩(wěn)定性不足以抵抗重力和其他外力（如振動、泵壓等）的作用，就會產(chǎn)生泌水離析和板結(jié)。配置流態(tài)混凝土?xí)r流動性與粘聚性失去平衡，當(dāng)粘聚性低時混合物在重力或其他外力作用下產(chǎn)生相分離，破壞材料組成的均勻性和穩(wěn)定性，因而導(dǎo)致離析。通常泌水是離析的前奏，離析必然導(dǎo)致分層（板結(jié)），在此情況下存在堵管的隱患。

    防止泌水和離析的措施有：合理調(diào)整石子級配、加入引氣劑、摻增稠劑、選擇合理的砂率等方法。當(dāng)?shù)厥�子級配普遍符合要求，調(diào)大砂率，勢必需要增加混凝土中的用水量和水泥用量，成本也將隨之提高。

    用調(diào)整復(fù)合超塑化劑中緩凝劑摻量的方法不能控制坍落度損失，即使緩凝組分超劑量摻用坍落度損失仍然較快且凝結(jié)時間過長，這存在“欠硫化”現(xiàn)象。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是由于水泥中可溶性SO3的含量不足，或外部因素使石膏溶解度降低，破壞了SO3與C3A和含堿量的平衡，漿體很快失去流動性。如何解決“欠硫化”現(xiàn)象，通過配方調(diào)整和大量試驗(yàn)，對于一定的體系可溶性SO3飽和度調(diào)整到合理的范圍時，可以延長水泥水化誘導(dǎo)期，因此能有效地控制坍落度損失。對泌水只有通過摻增稠劑來提高混凝土拌合物的粘聚性和保水性，防止泌水和離析。根據(jù)以上分析，對外加劑的配方進(jìn)行調(diào)整，試驗(yàn)情況如表2。

表2不同配方的SDB-800與“紅獅”P.O42.5R水泥坍落度損失試驗(yàn)

樣品編號	摻量 （%）	坍落度（mm）
		基準(zhǔn)	1h	1h30min
原始配方	2.1	200	135	100
新配方1	2.1	210	140	110
新配方2	2.1	200	125	80
新配方3	2.1	180	130	80
新配方4	2.1	210	100	50
新配方5	2.1	200	160	130
新配方6	2.1	210	190	180
新配方7	2.1	180	150	135
備注	試驗(yàn)溫度：20℃  濕度：68%

    通過正交排序不同配方的SDB-800樣品中，6#樣品的坍落度經(jīng)時損失較小，泌水和板結(jié)現(xiàn)象解決。但是凝結(jié)時間初凝為14小時，終凝為21小時，仍然無法滿足施工要求。

    2.3調(diào)整后情況

表3       6#配方調(diào)整前后對照表（單位用量Kg）

SDB-800成品	輔料	高效減水劑	A 保塑	B 引氣	C 增稠	D 調(diào)凝	E 調(diào)凝
6#配方	602.5	320	30	35	0.5	6	6
配方1	624.9	320	20	27	0.6	4.5	3.0
配方2	647.3	320	10	19	0.7	2	1
配方3	664.2	320	5	10	0.8	0	0

表4        6#配方調(diào)整后混凝土拌合物情況

配方	摻量 %	初始塌落度㎜	1.5h塌落度㎜	終凝時間 h	泌水 情況	離析 情況
6#配方	2.1	210	180	21	無	無
配方6-1	2.1	205	165	18	無	無
配方6-2	2.1	180	175	16.5	無	無
配方6-3	2.1	210	190	13	無	無

圖1    混凝土凝結(jié)時間與組份摻量調(diào)整后趨勢圖

    通過表3外加劑配方調(diào)整前后對照表、表4外加劑配方調(diào)整后混凝土拌合物塌落度損失、凝結(jié)時間情況、圖1混凝土凝結(jié)時間及組份摻量趨勢圖，我們可以看出優(yōu)化后的6-3號配方的混凝土拌合物情況最佳。在6-3號配方中大量減少了保塑和引氣A、B組分材料摻量，取消了緩凝組分的D、E材料，適當(dāng)增加增稠組分的摻量，解決混凝土凝結(jié)時間過長和泌水問題，滿足混凝土外加劑配方設(shè)計(jì)要求，優(yōu)化后的配方在混凝土中的摻量得到降低，原配方摻量為2.1%，優(yōu)化調(diào)整后摻量為1.9%，混凝土的成本降低2.64元/m3。下圖2是外加劑調(diào)整前后混凝土拌合物和易性情況：

    從以上一組混凝土外加劑調(diào)整前后的照片，能夠看出混凝土拌合物泌水、板結(jié)、氣泡均已解決。混凝土拌合物保水性、粘聚性、流動性均得到改善。

    2.4工程應(yīng)用情況：

    主廠房BC框架，混凝土強(qiáng)度等級為C30，施工使用SDB-800摻量1.9%,施工配合比見表5。

表5  主廠房BC框架C30混凝土施工配合比  

配  合  比
材料名稱	水泥	砂子	石子	水	SDB-800	粉煤灰	W/B
每方配料Kg	300	799	1045	168	7.6	100	0.42

    主廠房BC框架混凝土施工塌落度損失試驗(yàn)見表6。

表6  施工現(xiàn)場的坍落度損失試驗(yàn)

出機(jī)坍落度mm	1h坍落度mm	1h30min坍落度mm	2h坍落度mm
205	190	180	175

    混凝土澆筑過程中，試驗(yàn)人員現(xiàn)場隨機(jī)抽樣留置試塊，以檢測抗壓強(qiáng)度及凝結(jié)時間。混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表7、混凝土凝結(jié)時間見表8。

表7  混凝土試塊各齡期的抗壓強(qiáng)度（MPa）

各齡期	3d	7d	28d	R28達(dá)設(shè)計(jì)%
C30	15.6	26.5	38.8	129

表8      混凝土凝結(jié)時間

強(qiáng)度等級	初凝時間h	終凝時間h
C30	8.2	12.5

    試驗(yàn)結(jié)果表明，使用調(diào)整后的SDB-800的混凝土抗壓強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，未發(fā)生“泌水、離晰，混凝土凝結(jié)時間滿足施工要求。

3．經(jīng)濟(jì)效益

    配方調(diào)整后混凝土共澆注4.5萬方，效益情況見下式:

    3.1外加劑成本降低：

    ①A降低   （ 0.050-0.005 ）×5500=247.5(元/ t)

    ②B降低   （0.035-0.0010）×2800=70(元/ t)

    ③D 降低   0.006×6000=36 (元/ t)

    ④E降低    0.00 6×4200=25.2(元/ t)

    ⑤C增加   （0.0008-0.0005）×12000=3.6(元/ t )

    綜合成本降低  ①+②+③+④-⑤≈375.1(元/ t)

    3.2澆筑混凝土4.5萬m3節(jié)約成本為: (以C30砼為例估算)

    ①外加劑實(shí)際用量:(300+100)×1.9%×4.5萬＝342 t

    降低成本:  342×375.1=12.83萬元

    ②外加劑節(jié)省量:(300+100)×（2.1%- 1.9%）×4.5萬=36 t         

    節(jié)省成本:36 t×3300元/ t =11.88萬元

    兩項(xiàng)合計(jì)節(jié)約成本為：12.83+11.88=24.71萬元

4、結(jié)束語

    （1）通過調(diào)整SDB-800泵送劑的配方設(shè)計(jì)，改善泵送劑與水泥的適應(yīng)性，克服了混凝土“泌水、離淅、坍落度經(jīng)時損失快、凝結(jié)時間長的問題”，滿足了現(xiàn)場施工要求，并在福建漳平電廠后期施工中取得了良好效果。

    （2）調(diào)整后的混凝土外加劑降低成本375.1元/t，后續(xù)共澆筑混凝土4.5萬 m3。整體節(jié)約成本24.71萬元。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核) 

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