粗细骨料的粉尘含量对混凝土外加剂掺量的影响

材料研究与应用　广东建材２０１６年第７期　粗细骨料的粉尘含量　对混凝土外加剂掺量的影响　苏健波　（广东工业大学土木与交通工程学院）　【摘　要】用传统方法计算混凝土减水剂用量是以混凝土所用胶凝材料（水泥、矿粉、煤灰）总量乘　以减水剂掺量，而忽视了非胶凝材料（粗细骨料）粉尘含量对水和减水剂的消耗。当非胶凝材料粉尘含　量较低时可以忽略，但粉尘含量较高时，就应该考虑其消耗的减水剂用量，才能准确把握混凝土对减　水剂的确切需求，更好的满足和易性强度等级等质量要求。　【关键词】混凝土；胶凝材料；粗细骨料；粉尘；外加剂　１前言　众所周知，减水剂技术的应用推动混凝土生产技术　的进步。在混凝土的拌制过程中添加适量的减水剂可以　减少拌和用水量的同时增强拌合物的流动性，从而达到　量，从而影响外加剂效能的正常发挥，并引起混凝土性　能下降，甚至导致工程质量事故发生。传统的计算减水　剂用量是按胶凝材料（水泥、矿粉、煤灰）的百分比来计　算，并没有考虑混凝土原材料中非胶凝材料的粉尘含量　大小对减水剂的确切需求，这种计算方法显得较为粗　节约水泥用量、提高强度和改善混凝土耐久性，可以轻　松的生产出有别于传统混凝土的大流动性的泵送混凝　土、高强混凝土，以适应高层以及超高层建筑的需要。随　着预拌混凝土搅拌站的集约化生产和混凝土制品的日　益增多，对减水剂的需求量越来越大，要求越来越多，其　掺量技术也显得更为重要。在减水剂的应用过程中，由　于原材料的不断变化，往往难以恰当地把握外加剂的掺　糙。为了更好地把握减水剂的最佳掺量，提高混凝土的　响。　性能，有必要探讨原材料的粉尘含量对减水剂用量的影　２当前预拌混凝土在减水剂用量上存在　的问题　掺量的增加，其ＲＡＣ的碳化深度逐步增大，究其原因，可　再生骨料掺量的物质透过性大，使得ＲＡＣ的碳化深度逐　能是由于再生粗骨料表面附着水泥砂浆的物质透过性　渐增大；　比普通混凝土零再生骨料掺量的物质透过性大，进而使　（４）再生骨料的掺量应控制在５０％以内，若掺量超　得随再生骨料掺量的增大，其ＲＡＣ碳化深度表现为逐步　过５０％，其ＲＡＣ抗压强度逐步降低，碳化深度逐渐增大。　增大，且当再生骨料掺量超过５０％时，ＲＡＣ碳化深度明显　●　增火。　４结论　【参考文献】　［】］ＳＨＩ　Ｊｉａｎ—ｇｕａｎｇ，ＸＵ　Ｙｕｅ—ｚｈｏｕ．Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｏｒｅｃａｓｔ—　（１）由建筑垃圾回收的粗骨料其吸水率及吸水速度　ｉｎｇ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｄｅｂｒｉＳ　ａｍｏｕｎｔ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，　２）：１４７—１５８．　都较天然粗骨料较高，而其表观密度、堆积密度和紧密　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ，２００６，４９（［２］邓寿昌，张学兵，罗迎社．废　Ｃ混凝土再生利用的现状分析与　密度都相对偏小，针片状含量及压碎指标也相对偏低；　Ｊ］．混凝土，２００６（１１）：２０—２４．　（２）随着再生粗骨料掺量的逐步增加，ＲＡＣ的抗压强　研究展望［度逐步降低，其原因一方面表现为拌合用水的增加使得　试验研究［Ｊ］．硅酸盐通报，２００９，２８（５）：１０４２—１０４５．　其过渡区的水胶比增大，从而使得抗压强度降低，另一　［３］崔正龙，田中礼治，等．固体废弃物再生骨料混凝土的耐久性　方面由于在水泥石和集料界面处富集了稳定性极差的　度研究［Ｊ］．土木工程学报，２００６，３９（９）：４３—４６．　ｃａ（０Ｈ）。形成大颗粒，削弱粘结力，降低抗压强度；　［５］邢锋，冯乃谦，丁建彤．再生骨料混凝土［Ｊ］．混凝土与水泥制　（３）随着再生粗骨料掺量的逐步增加，由于再生粗　品，１９９９，（２）：ｉ０—１３．　骨料表面附着水泥砂浆的物质透过性比普通混凝土零　一［４］李俊，尹健，周士琼，等．基于正交试验的冉生骨料混凝土强　１６一　广东建材２０１６年第７期　材料研究与应用　就目前的情况来看，预拌混凝土在外加剂掺量方面　高强度级别的混凝土外加剂用量过多，而低强度级别混　还没有一个科学的、被广泛接受的设计方法。在混凝土　凝土掺量不足。因为一般配制高强度的混凝土时，在增　减水剂用量的计算上，绝大多数混凝土企业仍然沿用传　加水泥、矿粉用量的同时，也要减少了石子、砂子、煤灰　统计算方法，即根据外加剂在每立方米混凝土胶凝材料　用量，最终结果由于胶凝材料用量增多导致减水剂用量　总掺量的百分比计算，其中胶凝材料指水泥、矿粉、煤　的超掺；另外，低强度等级混凝土虽然胶凝材料减少了，　灰。这种计算方法容易引起低强度等级混凝土减水剂用　但石子、砂子增多的同时引起其中的粉尘增加，最终也　　量不足，而高强度等级混凝土的减水剂用量过多ｎ］，在　会造成低强度的混凝土外加剂用量不足的情况出现。和易性方面的具体表现如下：低强度等级的混凝土流动　（３）该减水剂掺量下限值的理论依据不足，没有全面　性及强度不好控制，而高强度的混凝土又会出现粘聚性　考虑胶凝材料品质、性能特点，包括各种水泥类别、强度　不好、容易泌水及输送塞管等不良现象；同一级别、相同　等级及物理参数不同对外加剂用量的影响，因为生产实　　的配合比（同一厂家的水泥和煤灰），从搅拌塔出来的拌　践证明减水剂与水泥品种之间存在相容性问题。合物有时和易性良好，坍落度经时损失小，有时拌合物　在生产实践过程中，由于自然资源的日渐枯竭，混　偏干，坍落度满足不了设计要求，而且经时损失较大。针　凝土原材料不再仅仅是传统的水泥、河砂与碎石，而是　对这种现象，很多搅拌站专门设立看料台，以便目测混　呈现出原材料的多样性与动态变化，包括人工石和人工　凝土浆体情况。如果发现浆体偏干时，通过增加水量达　砂的投入使用，这些原材料都免不了夹杂或多或少的粉　到增加坍落度，这一做法直接造成混凝土强度下降，以　尘，有些粉尘含量甚至高达１５％，而这些粉质材料需要　及坍落度经时损失大等后果；发现浆体偏稀，就更难通　消耗部分的水和减水剂才具备相应的流动性，所以有必　过人工调整了。以上种种问题，一直困扰着混凝土生产　要在计算减水剂用量时考虑原材料中粗细骨料的粉尘　企业。　含量。　外加剂具体掺量的传统确定方法，通常是根据减水　剂生产厂推荐的常用掺量下限值取某一掺量为基准掺　量，然后在基准掺量基础上做上下浮动，做若干个不同　３试验原材料与试验方案　３．１试验所用原材料　水泥：本试验采用华润水泥厂生产的Ｐ．０４２．５Ｒ普　外加剂掺量混凝土试件进行比较，根据试验结果择优确　定使用掺量　，一般低强度系列的混凝土每提高一个等　通硅酸盐水泥。主要物理性能指标均符合ＧＢ１７５－２００７　级，减水剂的掺量约增加０．１％，而高强度级别的混凝　规范规定，见表ｉ。　土，每提高一个等级，减水剂的掺量约增加０．２％。这种　减水剂掺量的方法较为粗糙，只是简单地凭借经验操作　而已，并没有经过系统的计算。因此，很容易导致混凝土　减水剂用量不当，从而引起混凝土坍落度难于控制、粘　聚性不好、容易泌水及输送塞管等不良现象。　分析这种计算方法，其不足之处有如下几点：　（１）仅仅通过胶凝材料重量计算减水剂用量，而忽视　表１水泥性能检验　粉煤灰：本试验采用广州市旺隆电厂电收尘粉煤　灰，粉煤灰的化学成分及物理性能见表２。　矿粉：东莞某建材有限公司生产，比表面积４２０　ｍ。／ｋｇ，２８ｄ活性系数１０２％。　河石：东江河石，ＩＩ类，粒径５～３１．５ｍｍ。　了原材料中砂石粉尘量对外加剂的消耗，不能真实反映　混凝土原材料对减水剂的需求。尽管砂石粉尘对水的吸　附作用有别于水泥的水化效应，减水剂也应随原材料粒　径及粉尘含量变化而调整，否则，会造成混凝土和易性　难于控制，对混凝土强度也有较大影响。　（２）当只用胶凝材料来计算减水剂用量时，容易造成　碎石：采用福田石场花岗岩碎石，压碎指标１０．３％，　表观密度２．９０ｇ／ｃｍ。，粒径级配为５～３１．５ｍｍ。　表２粉煤灰的化学成分及物理性能　一１７—　材料研究与应用　河砂：东江中砂，细度模数２．５，粒径２．５￣５ｍｍ，松　散堆积密度１５２０ｋｇ／ｍ。，含泥量２．３％。　９．０％。　一广东建材２０１６年第７期　般净浆流动度越小，表示吸附力越大。从表４数据可　以看出，非胶凝材料的粉尘对减水剂的吸附力比水泥　水剂的吸附是不科学的。　人工砂：福田石灰石质人工砂，ＭＢ＝Ｉ．０，石粉含量　低，但是，计算减水剂用量时忽视非胶凝材料粉尘对减　减水剂：江门强力萘系ＱＬ一２高效减水剂，浓度　３０％，密度１．１４ｇ／ｍｌ，减水率２０％，固含量３０．１ｇ，２８ｄ抗　压强度比１３５％，缓凝时间６ｈ。　４根据原材料总粉量计算减水剂用量方法　上述实验数据证明非胶凝材料的粉质对水和减水　剂的吸附力虽然比水泥低，但是也需要消耗部分的水和　３．２粗细骨料粉尘含量　混凝土原材料的粗细骨料就是指砂石材料。粗骨料　就是颗粒粒径大于５ｍｍ的骨料；细骨料就是颗粒粒径小　于５ｍｍ的骨料；粉尘，指砂石进行筛分后残留在筛底，而　且粒径小于１６０目（９６　Ｈ　ｍ）的微细颗粒。粉尘含量一般　用粉尘占母料重量的百分率计算，本文我们称其为粉尘　率。对不同原料，或者相同的原料，不同的批次，其粉尘　率是有差异的，具体数据以试验为准。本实验用的骨料　粉尘率见表３。　表３粗细骨料粉尘率（％）　３．３粉尘对减水剂的吸附情况　水泥和粉煤灰、矿渣等混合材料对减水剂的吸附作　用有差异。材质相同的材料，吸附强度也因比表面积大　小不一而存在不同，　一一般细度越小，吸附量越大。相同细　度，不同的材料对减水剂的吸附力从大到小的顺序为：　煤矸石＞粉煤灰＞矿渣［　。本项目用水泥净浆流动度检　测法检验非胶凝材料的粉尘对减水剂的吸附作用，试验　结果如表４所示。其中河砂粉尘用相同的水量无法测出　流动性，考虑到常用河砂的含水量约６％，因而试验时添　加这部分水１８ｇ，共１０５ｇ。　表４净浆流动度试验结果　注：水泥和矿粉比表面积分别为３５５、４２５ｍ　／ｋｇ，粉煤灰细度（４５ｕ　１ｉｌ筛　余）为２２％，河砂粉和人工砂粉为筛分时的筛底。吸附比率＝水泥净浆流　动度／非胶凝材料粉料净浆流动度×１００％。　浆体流动度大小反映颗粒对减水剂的吸附力强弱，　一１８一　减水剂才具备相应的流动性，所以计算减水剂用量时有　必要考虑原材料的粉尘含量。生产混凝土所用的粗骨料　从来源分，不外乎碎石、卵石两种。碎石为岩石经破碎、　筛分而得；卵石多为自然形成的河卵石经筛分而得，碎　石表面比卵石粗糙，且多棱角，因此，拌制的混凝土拌合　物流动性较差，但与水泥粘结强度较高，在配合比相同　的情况下，混凝土强度相对较高；卵石表面较光滑，少棱　角，因此拌合物的流动性较好，但粘结性能较差，强度相　对较低。基于这种原因，在混凝土生产实践中，一般Ｃ３５　及Ｃ３５以下的强度等级的才用卵石，而Ｃ４０及其以上等　级的基本上用碎石。为了反映卵石与碎石粗骨料的差　异，所以分别选用工程实际应用较多的２个常用等级　Ｃ３０、Ｃ４０泵送混凝土作为基准分别代表河石和碎石进　行研究。实际生产过程中，有些地方由于地理环境的影　响，有可能全部使用碎石。如何根据原材料的总粉量计　算减水剂掺量，这正是本文的重点内容。　４．１确定基准混凝土配合比的减水剂用量　众所周知，减水剂在混凝土中的掺量有饱和点存　在，就是说当掺量超过饱和点时，不但不能提高混凝土　拌合物的流动性，反而因为收缩作用降低了混凝土强　度，并造成生产成本上涨。当掺量远低于饱和点时，混凝　土流动性不足，而且混凝土的强度因为水泥水化不充分　而不能充分展现口］。通过饱和点试验，确定Ｃ３０、Ｃ４０基　准混凝土如表５所示。　表５基准泵送混凝土配合比（ｋｇ）　４．２计算各基准配合比原材料总粉量　原材料总粉量就是每立方米混凝土所用各种胶凝　材料和骨料粉尘按各自对减水剂的吸附比率计算所得　数量的总和，如果混凝土只用一种胶凝材料或一种骨　广东建材２０１６年第７期　料，只计算该种材料的量即可。表达式如下：　灰吸附比率＋∑粗细骨料×含粉率×吸附比率　材料研究与应用　拌站反映，在高温季节使用含有缓凝组分的减水剂，对　总粉量：水泥＋矿粉×矿粉吸附比率＋煤灰×煤　于Ｃ４０及以上的混凝土容易出现离析、凝结时间过长、　骨料板结等不良现象，这种现象是否与减水剂超掺的有　经上式计算各配合比的原材料总粉量结果，如表６　关呢？一般情况我们可以通过减水剂水泥净浆流动度及　所示。　表６原材料总粉量结果（ｋｇ）　４．３确定减水剂通用掺量（％）　减水剂通用掺量＝基准混凝土减水剂用量／原材　料总粉量×１００％。　用上式计算可得：　用卵石混凝土Ｃ３０减水剂通用掺量：　卵石＝８．０／４３０．０×１００％＝１．９％　用碎石混凝土Ｃ４０减水剂通用掺量：　碎石＝９．５／４７４．７×１００％＝２．０％　４．４按总粉量计算减水剂用量　用原材料总粉量计算混凝土减水剂用量方法重新　核算其他等级的配合比中减水剂用量，结果如表７所　不。　表７总粉量计算减水剂用量（ｋｇ）　从表７数据可以看出，用原材料总粉量计算的减水　剂用量与原用量略有波动，具体表现为低强度等级的减　水剂增加，而高强度等级的减水剂则减少。根据重新调　整的减水剂用量进行试验，可以解决传统方法在低强度　等级混凝土掺加减水剂偏少而造成流动性不好、坍落度　损失大、强度难以提高等不良现象，也解决了高强度等　级混凝土由于减水剂超掺而容易产生泌水、离析，甚至　塞管等问题。　４．５生产买践　由于夏天温度高、水份蒸发加速，引起混凝土凝结　时间缩短、坍损大等问题，一般减水剂生产商都会通过　在减水剂里增加缓凝组分应对这一实际问题。据很多搅　经时损失对比试验找原因。实验发现，未调整前的减水　剂水泥净浆流动度正常、但１ｈ后流动度减少，而调整后　的减水剂的水泥净浆流动度稍大、１ｈ后流动度增大。因　此可以判断问题与减水剂超掺有关，可以通过下调减水　剂掺量解决问题。通过这种方法，在夏季使用含有缓凝　组分的减水剂时，都适当地减少减水剂的掺量。Ｃ５０泵　送混凝土每立方米减水剂从原来的１３．Ｏｋｇ降低到　１１．２ｋｇ，调整后的拌合物和易性表现良好，ｌｈ无坍损，　２ｈ坍损失１５ｍｍ，从而证明重新核算的减水剂用量的正　确性。　５结论　（１）传统的计算减水剂掺量仅仅考虑胶凝材料水泥　用量，而忽视了原材料中砂石粉尘量对水及外加剂的消　耗，不能真实反映混凝土原材料对减水剂的需求，因此，　这种传统的计算方法在理论上存在缺陷，从而造成混凝　土拌合物坍落度各种不良现象。　（２）为避免传统计算方法的不足，用原材料总粉量计　算混凝土减水剂用量更能体现不同等级的混凝土对减　水剂的真正需求。水泥净浆流动度检测法证明非胶凝原　材料的粉尘吸附减水剂力度不如水泥大，其消耗量可用　水泥作基准计算出吸附比率。　（３）减水剂的通用掺量是综合了混凝土原材料特性、　配合比要求等各方面对减水剂的影响而得出的数据，比　减水剂生产厂家推荐的基准掺量更具针对性和科学性。　（４）本文用原材料总粉量计算的混凝土减水剂掺量　只是一个理论用量，在实际生产中原材料均处于动态变　化，所以减水剂的掺量要根据原材料的变化进行动态调　整。●　【参考文献】　［１］柳建业，蒙伟国，罗小燕．关于用原材料总粉量计算混凝土减　水剂用量的探讨［Ｊ］．混凝土，２０１２（１１）：１３６—１３８．　［２］孙南屏．混凝土外加剂基准掺量的估算［Ｊ］．混凝土，１９９９　（０４）：３９－４０．　［３］杨永民，林永权，林东，等．减水剂饱和点与水泥浆体流动性　及硬化性能关系的研究［Ｊ］．混凝土，２００７（３）：４２—４５．　——１９——