从混凝土配合比谈提高水泥混凝土外观质量

　　现代桥涵施工过程中，对混凝土外观质量的要求不断提高，这样不仅提高了桥涵建设内部质量还保证了桥涵外部美观，因此必须采取有效的技术保障和质量控制措施，保证混凝土的外观质量，在这一点上混凝土的配合比以及配合比的生产控制对混凝土的工作性能尤为重要，并直接决定水泥混凝土的外观质量。 　　引起混凝土外观质量的因素很多，然而由混凝土配合比引起的外观质量问题主要表现在混凝土表面有“砂线、水波纹、鳞状色斑、分层”等；要解决这个问题主要应从控制原材料、合理调配配合比，提高和易性、粘聚性，减少离析、泌水等方面来控制。解决了这些问题，也就从源头上控制了混凝土的外观质量。 　　下面以用于青临高速第二十三标施工中墩柱等部位的C30混凝土配合比的设计以及两次优化调整为例谈谈混凝土配合比的变化对混凝土性能及外观质量的改善。 　　1.原材料选取 　　原材料是控制质量关键，必须选择合适的原材料加以控制。水泥混凝土主要有四种基本材料，即水泥、水、粗集料、细集料（砂），一种关键材料即外加剂，另外有时还会使用粉煤灰、超细粉等添加材料。 　　1.1水泥选取 　　水泥是影响混凝土外观的主要材料之一，本工程中我们选用山东沂州水泥集团，P.O42.5级水泥。生产规模较大，质量均匀一致，有利于保证外观颜色一致。由于同种或不同种水泥的生料是按一定的化学成份比例配制的并磨研到一定的细度，均匀混合，在旋窑中煅烧而成，生产水泥各工序的差异性，各种、各批水泥所具有的物理、化学性质也有所不同。因而，不同的品种、规格、甚至不同批号的水泥所浇筑的混凝土颜色也不一致。 　　值得一提的是，现在水泥生产工艺中为提高产量，节约成本往往会加入一定量的助磨剂，助磨剂是在水泥粉磨时加入的起助磨作用而又不损害水泥性能的外加剂。助磨剂的使用有其优越性，同时也可能给水泥的细度以及与外加剂的兼容性等方面带来不利影响，间接引起混凝土外观质量病害。 　　1.2水选取 　　水主要控制硫酸盐含量和氯离子含量等指标，一般地下水或者饮用水都能满足施工要求，一般不会对外观质量产生直接影响。 　　1.3粗、细集料选取 　　粗、细集料的级配是为了使混凝土达到最大密度，前一级集料之间的空隙，由次一级集料所填充，其它所余空隙由水泥浆的细小集料包裹，致使混凝土强度较高，外观表层也密实光滑。本工程中所采用的是临沂马厂湖生产的16-31.5mm、10-20mm、5-10mm掺配成的5-31.5mm连续级配碎石，砂采自临沂市河东区郑旺镇沭河（Ⅱ区）中砂，实际生产中其细度模数也有小幅变化，应根据情况对砂率做相应的调整。粗、细集料在混凝土中起到骨架作用，硬化后的混凝土粗、细集料被水泥浆晶体结构所包裹，使水泥晶体起到连接作用。 　　1.4外加剂选取 　　外加剂是改善混凝土工作性能的添加剂，我们采用的是山东淄博华伟银凯建材有限公司生产NOF-1C高效减水剂（粉剂）。外加剂使用前必须通过试验验证与水泥的兼容性，合理选配外加剂并调试出最佳的掺量能够降低混凝土中的水灰比，改善混凝土的和易性，间接起到提高混凝土外观质量和强度的作用。 　　1.5超细粉的加入 　　超细粉主要就是提高混凝土和易性，减少泌水，直接改善混凝土的外观质量。我们选择的是临沂马厂湖生产的超细粉，比表面积在被测试样比表面积400m2/kg以上。 　　2.设计过程： 　　首先确定材料级配，合理的级配比例能够使颗粒相互嵌挤、并最终被水泥等粉料包裹，才能使混凝土的颗粒组成达到一个良好的状态，有利于提高混凝土的工作性，减少混凝土产生离析、泌水的发生。 　　然后确定水灰比、用水量、砂率等指标，按以往经验结合查《普通水泥混凝土配合比设计规程》表4.0.1-2选取水灰比，确定试配混凝土的用水量，选定砂率，假定容重，从而确定基准配合比。按基准配合比水灰比分别增加和减少0.03；砂率保持不变，计算出另外两组配合比，经实测坍落度、容重、以及混凝土的工作性、强度、耐久性等指标选定最终混凝土配合比。 　　3.实例中使用的C30混凝土配合比设计调整过程： 　　将各种原材料按适当的级配和比例搅拌均匀，采用适当的方法将混凝土中的空气和游离水排出，使水泥浆填充粗细集料之间空隙，才能成为内实外光的胶结实体。了解了各种材料的工作机理，就不难分析对于改善混凝土工作性及外观质量所做的调整了。 　　3.1级配调整 　　只有合理的级配比例使颗粒相互嵌挤、并最终被水泥等粉料包裹，才能使混凝土的颗粒组成达到一个良好的状态，有利于提高混凝土的工作性，减少混凝土产生离析、泌水的发生，避免由此产生的外观质量病害。 　　在初始配合比中我们采用的级配比例中16-31.5mm碎石和10-20mm碎石的比例为25:55，后调整为35:45，当然此次调整主要是为了适应原材料进场规格所产生的变化，调整后保持混合筛分结果无太大变化，在这一点上很多人会觉得增加细集料的用量而减少粗集料的含量才会减少离析现象的发生，其实如果细集料含量多而粗集料少的话，会造成单位体积材料的表面积急剧增加，需要更多的水泥等胶凝材料的填充，如不增加水泥用量，会产生更严重的离析和泌水现象。因此主要还是应该控制在合理的混合级配范围。 　　 　　表一：级配调整参数汇总 　　材料名称类型 碎石 砂 　　 16-31.5mm 10-20mm 5-10mm 　　 砂率% 细度模数 　　初始配比 25 55 20 40 2.89 　　调整一 35 45 20 40 2.76 　　调整二 35 45 20 39 2.80 　　级配类型 5-31.5mm 　　连续级配 　　 通过百分率 　　级配范围 筛孔尺寸 37.5 31.5 19.0 9.5 　　 最大 100 100 85 30 　　 最小 100 95 55 10 　　筛分试验 　　结果 　　 初始配比 100 100 70.1 20.9 　　 调整一 100 99.0 71.4 19.5 　　 调整二 100 100 72.6 18.4 　　3.2工作性调整 　　工作性包括混凝土的和易性、坍落度、粘聚性、耐久性等多项指标，混凝土工作性能的好坏直接影响混凝土的施工及外观质量的优劣。 　　初始的配合比中，混凝土的设计坍落度为70-90mm，现场反应不利于施工，同时在实际施工中出现了蜂窝、麻面的现象，为此第一次调整时就将设计坍落度提高到了90-110mm，为提高混凝土的粘聚性在保持用水量不变的前提下，适当降低水灰比，相应水泥用量增加至378Kg/m3，混凝土中水泥用量如果不足，则混凝土外观表现出鱼鳞纹麻面等现象；因此不能对水泥用量做太大的调整。在试配中由于级配的调整、砂的细度模数的减小等多项影响，外加剂掺量只用到0.5%就达到了设计坍落度。通过此次调整，混凝土的工作性和外观质量有一定提高，然后现场还是会出现泌水现象，通过分析，考虑到本工程采用的集料全部为水洗料，洁净程度很高，粗集料中0.075mm筛孔以下部分几乎为0，这样在级配理论中逐级填充、包裹所需要的水泥就要增加，然而如果混凝土中水泥用量过多，则混凝土胶结时易出现收缩龟裂，也会影响其外观质量，因此考虑采用比水泥更细的超细粉，为此在第二次调整的基础上又添加了水泥用量5%的超细粉以改善其粘聚性、保水性，减少离析、秘水，同时适当增加外加剂掺量，降低了1%的砂率，通过再次优化调整从根本上改善了混凝土的外观质量。 　　表二：工作性调整参数汇总 　　 混凝土配合比及原材料的品质对混凝土的内实外美起着特别重要的作用。因此，在混凝土施工前，由工地试验室对周围可供选用的原材料和工程用水以及混凝土外加剂等进行试验分析，并进行混凝土配合比试验。墩柱、墩(台)帽等结构物混凝土配合比都经过多次试配及实际浇筑试验后，才最终确定了最佳的配合比。 　　为了确保混凝土从拌和站到达施工现场时的质量，还应加强混凝土的拌和管理，确保计量准确、搅拌均匀，在不同的时间段、不同的气温条件下的坍落度损失和凝结时间测定。雨季施工还应注意加大对骨料含水率的测定频率并据以调整骨料和水的用量，确保施工配合比各种材料用量不偏离理论设计配合比。 　　优化混凝土的配合比是提高混凝土外观质量的第一步，加强施工过程的控制也是提高混凝土外观质量的重要步骤，特别是在模板支护、混凝土振捣、拆模、养生等方面，，所以只有加强各个施工环节的控制才能有好的混凝土外观质量。