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摘要：混凝土泵送的應用已成為混凝土施工中必不可少的環節，摻用外加劑改善混凝土可泵性，是實現混凝土泵送的最佳途徑。但經常出現的各類問題給施工進度及施工質量帶來麻煩，本文從改善外加劑的配方設計，提高混凝土性能，使泵送砼滿足設計要求和施工要求，并大幅降低成本。...

淺談混凝土外加劑配方設計問題

馬王峰

（西北電力建設第四工程公司中心試驗室）710038 西安

1.概述

    隨著施工能力的提高，混凝土配合比設計除了考慮混凝土強度、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、調節凝結時間，從而很好改善混凝土性能，節約成本，提高經濟效益。但往往存在外加劑與水泥是否相適應的問題。

    福建漳平電廠混凝土工程主體采用泵送，在設計泵送混凝土配合比時，發生混凝土嚴重泌水、離淅、坍落度損失過快，無法滿足施工要求。調整后的混凝土外加劑基本能滿足施工要求，但凝結時間過長，氣泡多、泌水依然存在。當時在地下施工，該問題未能凸顯出來。工程出零米后，工期要求較緊，當時的混凝土已無法滿足施工要求。如何解決“泌水、離淅、凝結時間長的問題”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，采用新型干法回轉窯生產,混合料為礦渣摻量5%；煤矸石7%—10%（廠家不定時調整）在國家標準6%--15%范圍內;堿含量0.5%左右; C3A含量7.7%左右. 經檢驗水泥的化學成分和物理力學性能指標均滿足《GB175-2007》國家標準要求。水泥生產相對較為穩定。

    （2）粉煤灰：漳州后石電廠Ⅱ級粉煤灰，檢驗粉煤灰的各項指標均符合《GB/T1596-2005》國家標準要求。

    （3）細骨料：漳州水洗河砂，細度模數：2.9；粗骨料：漳平5～31.5mm連續級配碎石；其他物理性能指標均符合《GB/T14684-2001》國家標準要求。

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

    2.2 發生混凝土“泌水、離淅、凝結時間長、經時損失快” 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時間試驗

泵送劑名稱	摻量（%）	水泥品種	凝結時間		坍落度（mm）
			初凝h	終凝h	基準	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時間。

    如何檢驗外加劑與水泥的適應性問題，是新問題，也是老問題。即使是完全符合國家質量標準的水泥和外加劑，在作為混凝土原材料進行配制時亦會出現不相容性。其主要表現在：坍落度損失、凝結時間長短，以及泌水等現象。

    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定性。如果混合物產生相分離，就會使材料組成不均勻，最終導致材料結構缺陷或結構破壞。如果新拌混凝土的保水性、粘聚性和穩定性不足以抵抗重力和其他外力（如振動、泵壓等）的作用，就會產生泌水離析和板結。配置流態混凝土時流動性與粘聚性失去平衡，當粘聚性低時混合物在重力或其他外力作用下產生相分離，破壞材料組成的均勻性和穩定性，因而導致離析。通常泌水是離析的前奏，離析必然導致分層（板結），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。當地石子級配普遍符合要求，調大砂率，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。

    用調整復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時間過長，這存在“欠硫化”現象。產生這一現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”現象，通過配方調整和大量試驗，對于一定的體系可溶性SO3飽和度調整到合理的范圍時，可以延長水泥水化誘導期，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。根據以上分析，對外加劑的配方進行調整，試驗情況如表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

樣品編號	摻量 （%）	坍落度（mm）
		基準	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#樣品的坍落度經時損失較小，泌水和板結現象解決。但是凝結時間初凝為14小時，終凝為21小時，仍然無法滿足施工要求。

    2.3調整后情況

表3       6#配方調整前后對照表（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 調凝	E 調凝
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    混凝土凝結時間與組份摻量調整后趨勢圖

    通過表3外加劑配方調整前后對照表、表4外加劑配方調整后混凝土拌合物塌落度損失、凝結時間情況、圖1混凝土凝結時間及組份摻量趨勢圖，我們可以看出優化后的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，適當增加增稠組分的摻量，解決混凝土凝結時間過長和泌水問題，滿足混凝土外加劑配方設計要求，優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%，優化調整后摻量為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整前后的照片，能夠看出混凝土拌合物泌水、板結、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工程應用情況：

    主廠房BC框架，混凝土強度等級為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見表6。

表6  施工現場的坍落度損失試驗

出機坍落度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，試驗人員現場隨機抽樣留置試塊，以檢測抗壓強度及凝結時間。混凝土抗壓強度試驗結果見表7、混凝土凝結時間見表8。

表7  混凝土試塊各齡期的抗壓強度（MPa）

各齡期	3d	7d	28d	R28達設計%
C30	15.6	26.5	38.8	129

表8      混凝土凝結時間

強度等級	初凝時間h	終凝時間h
C30	8.2	12.5

    試驗結果表明，使用調整后的SDB-800的混凝土抗壓強度滿足設計要求，未發生“泌水、離晰，混凝土凝結時間滿足施工要求。

3．經濟效益

    配方調整后混凝土共澆注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節約成本為: (以C30砼為例估算)

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

    降低成本:  342×375.1=12.83萬元

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

    節省成本:36 t×3300元/ t =11.88萬元

    兩項合計節約成本為：12.83+11.88=24.71萬元

4、結束語

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

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

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核) 

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