C100低粘超高強(qiáng)混凝土的配合比設(shè)計

1.1混凝土泌水和離析機(jī)理

混凝土泌水是指混凝土澆筑之后到初凝期間，由于各種組分拌合物密度差異固體顆粒下沉，自由水上升，并在表面不斷冒水的現(xiàn)象。混凝土離析是指拌合物用水量嚴(yán)重超越極限或外加劑超摻，各種原材料分子大小、比重不同，甚至水泥與外加劑不適應(yīng)等因素，導(dǎo)致漿體與砂石骨料完全分離，漿體流失、抓底，骨料外露等現(xiàn)象。

1.2混凝土泌水和離析狀態(tài)分類

（1）拌合物的和易性嚴(yán)重不足，水和膠凝材料不斷泌出，導(dǎo)致拌合物勻質(zhì)性變化，密度大于拌合物容重的顆粒沉積下來，拌合物嚴(yán)重離析，其下部近似干料，上部為漿體，出現(xiàn)嚴(yán)重“抓底”，用鐵鏟拌不動，凸顯很黏的假象。如輕微時，混凝土在靜停后，開始出現(xiàn)“抓底”，但重新攪拌均勻，它的離析、泌水現(xiàn)象就會消失，其和易性變得很好。

（2）拌合物的和易性很好，勻質(zhì)性也很好，但混凝土靜停后卻不停地泌出清水，泌水時間長達(dá)2h以上，泌水量嚴(yán)重時，在其表面出現(xiàn)流線似的泌水，但不會出現(xiàn)“抓底”。

1.3泌水和離析原因分析

（1）外加劑與水泥的適應(yīng)性無法兼容。外加劑與水泥的適應(yīng)性差主要體現(xiàn)在拌合物的坍落度損失過快或嚴(yán)重的泌水或離析。當(dāng)外加劑摻量增加，未能有效改善流動性、粘聚性、保水性，可能與水泥的保水性差、品種成分變化、水泥放置時間不合理等有關(guān)，表面類似外加劑的減水率低，后續(xù)強(qiáng)度明顯偏低，無法滿足要求。

（2）水泥、摻合料、骨料等原材料品質(zhì)下降、級配差、砂率不合理等因素。目前市場水泥級配、保水性差，粉煤灰、礦渣粉等摻合料品質(zhì)差，環(huán)保綜合治理砂石骨料缺乏，品質(zhì)參差不齊，嚴(yán)重影響外加劑摻量及混凝土和易性，經(jīng)常出現(xiàn)流動性、保水性差，同時砂率小，造成混凝土的和易性差，導(dǎo)致泌水和離析。

《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ52-2006規(guī)定，0.315mm以下不低于15%，如級配不合理0.315mm以下的量太少，2.5mm以上的量太多，混凝土拌合物的和易性有較大影響，往往砂中含5mm以上量過多時，導(dǎo)致混凝土的砂率偏低出現(xiàn)離析泌水。

（3）混凝土配合比設(shè)計未能滿足要求。混凝土配合比設(shè)計或生產(chǎn)工程中水灰比偏大，膠凝材料就變少，容易導(dǎo)致混凝土拌合物產(chǎn)生泌水現(xiàn)象。在設(shè)計配合比時，應(yīng)該經(jīng)過試配、調(diào)整后確定適宜灰水比、砂率，生產(chǎn)過程應(yīng)嚴(yán)格按照確定后配比，定時監(jiān)控砂石含水率及控制單方用水量的變化，防止用水量嚴(yán)重超出設(shè)計用量，改變灰水比和砂率，導(dǎo)致泌水或離析。

（4）混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工控制不利。混凝土生產(chǎn)攪拌時間不足，勻質(zhì)性未達(dá)到要求，出廠采用攪拌車運(yùn)輸時，其攪拌葉片磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致混凝土在罐體里出現(xiàn)分層、離析現(xiàn)象。在澆筑施工中，攪拌站難于控制其質(zhì)量，因現(xiàn)場工人素質(zhì)、操作水平參差不齊，工地亂加水、隨意添加外加劑，常出現(xiàn)模板太干或嚴(yán)重積水，在振搗時未按規(guī)范操作，經(jīng)常出現(xiàn)過振、漏振，導(dǎo)致施工過程中，拌合物不均勻，出現(xiàn)泌水、離析現(xiàn)象。

產(chǎn)生泌水的同時，拌合物自身也在沉降收縮。其結(jié)果會使表面拌合物初凝前含水量不斷增加，水灰比增大，導(dǎo)致混凝土表面強(qiáng)度下降，并形成容易剝落的一層“死皮”。泌水過程中，形成孔隙通道，降低了混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B和抗凍性能。在模板的咬合交界面上，會把漿體帶走，僅留下砂石，出現(xiàn)骨料外露現(xiàn)象。

但混凝土泌水具有利與弊雙重性，少量泌水，反而有利，在泌水時控制不攪動，無大量蒸發(fā)，可降低拌合物的實際水灰比，防止表面干燥，預(yù)防塑性裂縫產(chǎn)生，起到濕潤養(yǎng)護(hù)作用。

混凝土的泌水嚴(yán)重有可能導(dǎo)致離析現(xiàn)象，但兩者不能混淆，離析是指拌合物的各組份彼此分離，造成不均勻和失去粘結(jié)密實性的狀態(tài)?；炷岭x析常有以下兩種情況：一種是粗集料在自卸或運(yùn)輸過程中，由于比重、級配等特性容易沿著溜槽斜面下滑或在鋼筋模板模內(nèi)下沉；另一種是漿體從拌合物表面流失，出現(xiàn)底部抓底現(xiàn)象。常常發(fā)生在泵送、大流動性的混凝土。其結(jié)果導(dǎo)致該混凝土的勻質(zhì)性變差，表面水灰比極速增大，整體密實度、握裹力、咬合力不足，強(qiáng)度下降，存在結(jié)構(gòu)安全危險。

從事混凝土行業(yè)多年來，泌水和離析現(xiàn)象經(jīng)常遇到，其與水泥、外加劑的不斷變化而產(chǎn)生周期性變化，不是偶然性的，而是存在著本質(zhì)的聯(lián)系。由于近年水泥廠節(jié)能減排，降低成本，在配料、生產(chǎn)工藝、水泥化學(xué)組分和礦物組成、水泥細(xì)度和混合材等原有基礎(chǔ)上改變而發(fā)生。

水泥自身變化必然導(dǎo)致水泥與外加劑適應(yīng)性的變化，打破原來的適應(yīng)性平衡體系。在無法改變水泥的情況下，通常依賴外加劑作為混凝土的重要性能調(diào)節(jié)材料，而其本身原材料隨著市場價格及供應(yīng)問題也在不斷發(fā)生變化，特別是外加劑大單體成本增高，生產(chǎn)企業(yè)在不斷地利用新型材料以降低其成本，這些材料對混凝土性能可能有一定的改善，但每一種新材料的應(yīng)用需要過程中不斷驗證，存在變異及不確定性。再有砂石、粉煤灰、礦渣粉等材料等也在不斷變化，設(shè)計、施工不合理等疊加效應(yīng)加劇了混凝土的各種異?，F(xiàn)象，增加其質(zhì)量控制難度。根據(jù)多年來的經(jīng)驗，采取四種措施，對混凝土的泌水及離析進(jìn)行預(yù)防與控制。

3.1改善水泥與外加劑的適應(yīng)性

泌水和離析主要是因外加劑“超摻”導(dǎo)致水泥與外加劑的適應(yīng)性差，這種情況比較普遍。因此最有效的辦法就是合理減少其摻量。在保持相同水灰比或水膠比不變的情況下，適當(dāng)增加用水量，相應(yīng)增加膠凝材料總量達(dá)到解決這種泌水和離析現(xiàn)象，但需合理控制坍落度損失范圍，以便施工。

其次是由于水泥自身問題，凸顯保水性差導(dǎo)致水泥與外加劑適應(yīng)差。解決此現(xiàn)象可以適當(dāng)增加外加劑的用量或使用高濃型減水劑，提高減水率，降低混凝土的單方用水量，減少拌合物自由水，提升保水性能，達(dá)到改善水泥與外加劑適應(yīng)性目的。

3.2提升管控入場原材料的質(zhì)量

（1）合理控制水泥細(xì)度及級配。業(yè)界常有誤區(qū)認(rèn)為水泥越細(xì)越好，對保水性有利，關(guān)鍵還是要看水泥的顆粒級配是否合理。如果水泥在存放、運(yùn)輸過程中受潮必然會對混凝土泌水和離析不利。故從水泥主材切入點(diǎn)來解決混凝土泌水和離析問題，應(yīng)由水泥廠家進(jìn)行細(xì)度、顆粒分配、強(qiáng)度、安定性、溫度、防潮等品質(zhì)管控。業(yè)界認(rèn)為，廠家供應(yīng)商品混凝土的水泥，應(yīng)向純硅酸鹽水泥方向傾斜，攪拌站根據(jù)結(jié)構(gòu)部位、強(qiáng)度及實際生產(chǎn)情況，合理加入活性摻合料等混合材，同時與外加劑的適應(yīng)性進(jìn)行試驗，調(diào)整確定合適摻量，滿足與外加劑適應(yīng)性要求后方可使用。

（2）合理使用活性摻合料。使用優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、礦渣粉等摻合料，能夠有效規(guī)避水泥無法解決的問題。采用廠家原產(chǎn)粉煤灰，其自身形態(tài)效應(yīng)、集料效應(yīng)、活性效應(yīng)可在一定程度上改善混凝土粘聚性、保水性、流動性，在低強(qiáng)度等級、大體積、水工混凝土中大量應(yīng)用；同時粉煤灰、礦渣粉等活性摻合料，對外加劑的依賴性較小，保坍性能較好，對混凝土經(jīng)時損失有利。因此，比較適合應(yīng)用在大體積、高強(qiáng)、高性能混凝土中。故在低強(qiáng)度混凝土中加入超細(xì)活性或非活性摻合料，混凝土的粘度將大大增加，從而有效解決混凝土的泌水、離析現(xiàn)象。

（3）合理使用不同減水率、型號、品種外加劑。泌水和離析現(xiàn)象常表征在外加劑和水泥的適應(yīng)性方面，故合理使用不同減水率、型號、品種外加劑，可以有效改善和水泥的適應(yīng)性問題。根據(jù)多年實踐經(jīng)驗C40以下強(qiáng)度等級混凝土采用普通高效減水劑，通常減水率在25%以內(nèi)；C40及其以上等級混凝土采用高性能外加劑比較適宜，既能有效確保混凝土強(qiáng)度、和易性，避免泌水、離析等質(zhì)量問題又能降低單方成本。

根據(jù)實際結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等特殊要求，在原材料變異情況下，改變外加劑型號如高效緩凝改為普通、高性能改為高效等型號同時無法滿足情況下，改變品種如萘系改為聚羧酸類、脂類改為醚類等，能有效達(dá)到消除泌水和離析質(zhì)量隱患及其他性能困惑。

當(dāng)然，外加劑根據(jù)自身性能缺陷，可適當(dāng)加些增強(qiáng)劑、增稠劑、緩凝劑、保坍劑等進(jìn)行微量調(diào)整，改善混凝土拌合物強(qiáng)度及其他性能。

（4）選定優(yōu)質(zhì)、連續(xù)級配的砂石骨料。砂細(xì)度模數(shù)控制在2.3～3.0，中砂Ⅱ區(qū)，含泥量、泥塊含量等指標(biāo)滿足JGJ52-2006規(guī)定,同理碎石使用5～31.5mm、5～20mm連續(xù)級配，壓碎值、含泥量、泥塊含量均滿足上述標(biāo)準(zhǔn)要求。選定優(yōu)質(zhì)、連續(xù)級配的砂石能有效改變混凝土孔隙率，提高密實度，改善混凝土的泌水和離析。

3.3合理進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計及試配、反復(fù)驗證，選定優(yōu)化后配合比

配合比設(shè)計應(yīng)根據(jù)要求，確立膠水比、砂率、活性摻合料、外加劑摻量等。膠水比直接關(guān)系到強(qiáng)度、拌合物和易性，膠水比大，強(qiáng)度普遍較高，和易性好；反之，強(qiáng)度低，和易性差，對改善泌水、離析不利。

配比中砂率根據(jù)砂石級配情況，進(jìn)行合理設(shè)計和調(diào)整，5～31.5mm情況下，砂細(xì)度模數(shù)低于2.4，可以降低砂率；反之可以適當(dāng)提高砂率。若碎石5～20.0mm，可根據(jù)實際試配結(jié)果，進(jìn)行提高砂率，改變和易性，有效改善泌水、離析出現(xiàn)概率。

配比中活性摻合料摻量應(yīng)根據(jù)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2017、《用于水泥、砂漿和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》GB/T18046-2017及實體要求，進(jìn)行合理設(shè)計及試配驗證。大體積、高強(qiáng)、高性能混凝土大摻量粉煤灰、礦渣粉等活性摻合料，可以有效改善水化熱、經(jīng)時損失、和易性、耐久性等，同時有效改善拌合物泌水及離析可能性。

混凝土配合比設(shè)計首先應(yīng)考慮混凝土工作性、強(qiáng)度，其次是經(jīng)濟(jì)性，綜合三者，采取降低混凝土單方用水量，最為行之有效。試配后選定不同水膠比下最低單方用水量，可以在同樣坍落度下保持和易性更好，使得混凝土無自由水可泌，自然解決泌水問題。

3.4加強(qiáng)混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸及施工過程管控

混凝土生產(chǎn)時，C40以下強(qiáng)度等級攪拌時間不宜少于35s，C40及其以上強(qiáng)度等級不宜少于1min，若有特殊要求，摻入纖維的，需延長攪拌時間，直至攪拌均勻。

采用攪拌車運(yùn)輸時，要觀察磨損攪拌葉片情況，確保勻質(zhì)性滿足要求。運(yùn)輸過程中保持3～6r/min,卸料之前保持?jǐn)嚢柢嚳燹D(zhuǎn)1～2min，攪拌均勻后，方可卸料。

澆筑施工過程中，采用泵車輸送時務(wù)必保持進(jìn)料斗混凝土勻質(zhì)性，連續(xù)性施工；采用斗車自卸時，路途不宜太遠(yuǎn)，避免長距離震動，漿體下沉，砂石分層。采用溜槽時，高度不宜超過5m。結(jié)構(gòu)澆筑振搗時，厚度不宜超過300mm。大體積混凝土采用+分層澆搗。通過生產(chǎn)攪拌時間、運(yùn)輸及施工管控，能有效達(dá)到混凝土泌水和離析控制。

總結(jié)混凝土行業(yè)多年來工程實踐經(jīng)驗，從混凝土應(yīng)用過程中出現(xiàn)泌水和離析現(xiàn)象，得到了不少啟發(fā)。根據(jù)泌水及離析產(chǎn)生的各種原因及適當(dāng)泌水的利與弊、嚴(yán)重泌水與離析的危害性的深入分析，采取改善外加劑與水泥的適應(yīng)性，嚴(yán)控進(jìn)場原材料質(zhì)量，優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計，加強(qiáng)混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸和施工過程管控等措施，能有效減少混凝土泌水和離析的機(jī)率，滿足混凝土和易性及強(qiáng)度設(shè)計，確保工程實體結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量安全。