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混凝土预湿骨料应用验证
admin在2021-05-20发布 频道:行业资讯 标签:
     
概述 
  随着外加剂的大量使用以及砂石料质量的不断劣化,减水剂在混凝土生产应用过程中出现了许多新的问题。为了使混凝土拌和物满足泵送施工要求,有人将外加剂的掺量成倍增加,使混凝土的生产成本大大增高,影响混凝土企业的生产成本和直接经济效益;有的采用多加水的办法来解决混凝土拌和物流动性不足的问题,导致混凝土实际用水量太大,严重影响混凝土的强度。另外,随着原材料的大量使用,好的原材料越来越少,大部分的原材料基本都是不合格的,从而导致在混凝土生产中出现混凝土包裹性不好的现象,为解决这一现象,现在混凝土生产中都是通过一次次的试配来确定一个砂率来解决问题,这不但浪费资源,还增加了劳动量。由于砂子含泥或石粉量提高造成砂子的实际用量小于配合比设计值,导致砂率偏低的问题,这里我们确定在生产时及时调整砂率的方法,使实际砂率始终处于最佳值,保证混凝土拌和物的工作性最佳,降低由于含泥和石粉引起砂率的变化对混凝土拌和物工作性的影响。
  综上所述,我们确定采取预湿骨料和调整砂率相结合的技术措施解决砂石含泥量与石粉量高以及吸水率大导致的混凝土和易性差以及外加剂掺量高的技术难题。针对搅拌站砂石料特定的条件,每一批砂石料都有一个最佳砂率,我们首先通过试验求出最佳砂率;其次求得胶凝材料混合后搅拌达到标准稠度时的用水量,然后经试验求得润湿砂石所用水量,最后制作预湿骨料喷淋专用设备安装到生产线用于生产以达到控制质量和降低成本的目标。
  所谓预湿骨料技术,是指在原有配合比的基础之上通过调整砂石,水和外加剂的用量来解决混凝土和易性差的科学方法,是一种新的数字量化的技术。

确定胶凝材料用水量
  水泥标准稠度净浆对标准试杆(或试锥)的沉入具有一定的阻力。通过试验不同含水量水泥净浆的穿透性,以确定水泥标准稠度净浆中所需加入的水量(W0)。
W1=(C+ FβF +KβK)×(W0/100)

3 砂石预湿用水量的确定
  要确定砂石及预湿用水量,就要知道砂石的用量,预湿骨料技术就是原配合比中胶凝材料不变,只是调整砂石的用量。
3.1 砂石用量的测量 
3.1.1 砂物理参数的测量
  (1)取500g砂子测出含水率,再取一个体积为2L的容量桶,往里装满砂子,用捣棒捣实之后用尺子刮平桶口,称出其质量为m1,则砂子的堆积密度为:
ρs堆积=1000m1/2=500m1
  (2)将砂子倒进4.75mm筛子,将装有砂子中石子的筛出后,称出其质量为m2
  (3)砂的含石率:
3.1.2 石子物理参数的测量
  (1)取一个体积为10L的容量桶,往里装满石子,晃动几下之后用尺子刮平桶口,称出其质量为m1;则石子的堆积密度ρg堆积=1000m1/10=500 m1
  (2)往装满石子的容量桶中缓慢加水至刚好完全浸泡石子为止,称重m3求得石子空隙率为p=(m3- m1)÷10,则石子的表观密度ρg表观=500 m1/(1-p)
  (3)待3~5min后把水倒尽,称出其质量为m2
  石子的吸水率: 
3.2 砂石用量的计算
  通过以上的测量,再通过计算即可得知预湿骨料中砂石的准确的用量,也可得出最佳砂率。前边已经测得石子的空隙率p,由于混凝土中的砂子完全填充于石子的空隙中,每立方混凝土中砂子的准确用量为砂子的堆积密度乘以石子的空隙率,则砂子用量计算公式如下:
S=(ρS堆积 ×p)/ 【(1-砂含石率)×(1-砂含水率)】 
  根据混凝土体积组成石子填充模型,由绝对体积法可求得石子的实际用量,即配合比的最佳砂率由原材料的实际情况而定,则石子用量计算公式如下:
G =ρg堆积 —【(VC+VF+VK) +(C+ FβF +KβK)×(W0/100)】×ρg表观—S×砂含石率
 
3.3 砂石预湿湿用水量
3.3.1 砂子预湿用水量的确定
  根据水泥标准胶砂检测方法我们可以求得砂子用水量的合理用水量范围,由于预拌混凝土生产使用的水泥主要有普通水泥、矿渣水泥和复合水泥,因此我们以这三种水泥为对比基准进行润湿砂子合理用水量范围的计算。
  砂子用水量计算依据(检测时使用450克水泥,1350克标准砂,225克水)
水泥品种 需水量 水泥用水 水/水泥(%) 标准砂用水 润湿水/标准砂(%)
普通水泥 27 121.5 0.27 103.5 7.7
矿渣水泥 30 135 0.30 90 6.7
复合水泥 33 148.5 0.33 76.5 5.7
  由于混凝土生产使用的水泥主要有普通水泥、矿渣水泥和复合水泥,因此我们确定1m3混凝土中润湿砂子时不影响混凝土强度的合理用水量范围在5.7%-7.7%之间,我们以下限5.7%作为混凝土中砂子用水量最小值计算为基准,润湿砂子的合理最小用水量等于5.7%乘以砂子用量求得,以上限7.7%作为混凝土中砂子用水量最大值计算为基准, 润湿砂子的合理最大用水量等于7.7%乘砂子用量求得,但我们为了方便计算,使过程简单下线取6%,上限取8%即:
  W2 = S ×吸水率
    即W2min = 6%S
W2max = 8%S
3.3.2 石预湿湿用水量的确定
  由3.3可知则1m3混凝土中粗骨料润湿水量W3为单方石子用
量乘以吸水率
W3=G×石吸水率
  综上所述砂石预湿的总用水量为:W3 + W3

总用水的确定
  通过以上计算,混凝土搅拌胶凝材料所用水量为W3;润湿砂子所需的水W2;润湿石子所需的水W3;混凝土总的用水量W = W1 +W2 + W3

外加剂用量的确定
  采用以上通过预湿骨料优化的配合比,以推荐掺量进行外加剂的最佳掺量试验,外加剂的调整以胶凝材料标准稠度用水量对应的水胶比为基准。要控制混凝土拌合物坍落度值为多大,则掺外加剂的复合胶凝材料在推荐掺量下净浆流动扩展度达到多大。当使用萘系减水剂时建议净浆流动扩展度达到220--230mm,当使用脂肪族减水剂时建议净浆流动扩展度达到230--240mm,当使用聚羧酸减水剂时建议净浆流动扩展度达到240--250mm。外加剂用这种掺量配制的混凝土,可以保证拌合物不离析不泌水。这种复合胶凝材料需水量与外加剂检验的科学方法,解决了外加剂与胶凝材料适应性之间的矛盾,通过以上方法对外加剂的调整,将水泥、掺合料、外加剂、水分与混凝土的工作性、强度、耐久性紧密结合起来。
5.1 外加剂与胶凝材料适应的检测
  外加剂在当前生产情况下主要有两方面的去处,第一就是参与和胶凝材料的水化反应,故为有效反应;第二就是与水混合到一起被砂石一起吸入,即为浪费的部分。预湿骨料的作用就是在加入外加剂之前先将骨料加入必需的预湿用水,使骨料处于饱和状态,之后再将剩余所需水和外加剂一起加入搅拌,这样所加入的外加剂由于砂石处于饱和状态不会再吸水,外加剂全部都参与到和胶凝材料的水化反应中,从而使外加剂的掺量降低,达到起到节约外加剂的作用,从而达到降低生产成本的目的。
5.1.1 标准法
  即水泥165克,粉煤灰75克,矿粉60克,水87克,外加剂以推荐掺量已达到掺外加剂的复合胶凝材料在推荐掺量下净浆流动扩展度要求。
5.1.2 快速法
  以普通C30为例(外加剂推荐掺量为2.0%),水泥用量为236㎏,粉煤灰用量为79㎏,矿粉用量为60㎏,用水量为W1=(C+ FβF +KβK)×(W0/100)㎏:
直接用水泥236克,粉煤灰79克,矿粉60克,水W克进行外加剂与胶凝材料适应的检测,已达到掺外加剂的复合胶凝材料在推荐掺量下净浆流动扩展度要求。
5.2 外加剂与砂石适应性问题解决的技术方案
  砂石作为混凝土的主要骨料,占混凝土体积的比例很大,因此为了解决这一问题,就必须从实际出发。在条件许可的情况下,可以采用建立砂石冲洗生产线的方案,确保冲洗后砂石的含泥或石粉量达到国家标准规定的范围,另一方面,冲洗的过程可以让砂石达到饱和面干或者润湿状态,实现混凝土拌和物初始坍落度大、混凝土1h坍落度损失小、节约减水剂、保证混凝土质量的目的,但这种方案成本较高。
  对于现有的混凝土搅拌站,由于场地的限制,大多数单位都无法建设砂石冲洗场。在多次现场调研和实践的基础上,我们提出了在混凝土搅拌站上料皮带头中间仓位置增加一排小喷头喷水的办法,对砂石进行喷淋,使砂石料所含泥和石粉充分润湿,内部空隙充分吸水饱和,达到砂石料进入搅拌机时内部充分饱水和表面全部湿润的状态。
  生产混凝土的过程中,由于已经达到了内部饱水和表面湿润,砂石料首先进入搅拌机,当胶凝材料进入搅拌机时,胶凝材料很快被粘结到润湿的砂石表面,外加剂和水分按设计比例进入了胶凝材料,在搅拌过程中,胶凝材料形成的浆体在搅拌机内做切线运动,很快变得均匀,实现了拌和物工作性良好,初始坍落度较大;当搅拌机停止运转时,混凝土拌和物处于静止状态,由于流动性胶凝材料浆体内部的水分密度与砂石料内部的水分的密度接近,因此渗透压接近平衡,砂石料及其所含的粉末料内的水分无法渗透到胶凝材料浆体中,胶凝材料浆体内的水分和外加剂无法渗透进入砂石以及及其所含的粉末料内部。由于胶凝材料浆体中的拌和水量等于配合比设计时确定的水量,外加剂的实际掺加量等于按胶凝材料设计的掺量,实现了拌和物出机后状态稳定,坍落度损失较小,从而实现了在混凝土生产过程中拌和物搅拌顺畅,出机坍落度适中、坍落度损失最小、外加剂用量最少、混凝土强度最高、技术经济效果最佳的目的。

试验室试配及数据分析
6.1 试验室试配
6.1.1 原材数据
原材
技术  品种
指标
水泥 粉煤灰 矿粉 外加剂
规格
型号
p.o 42.5 Ⅱ级 S95级 Ⅱ区
中砂
5-25mm 高性能减水剂 自来水
产地
厂家
北京
金隅
唐山
鹏利达
三河
天龙
北京
滦平
北京
滦平
北京成城交大
密度
(kg/m3
3000 2200 2500       1000
  原材技术指标:
  水泥标准稠度0.27,3d抗压强度27Mpa ,28d抗压强度 49Mpa;矿渣粉7d活性指数 81 %,28d7d活性指数98 %,流动度比100 %;粉煤灰筛余量16.3%,烧失量 3.8%,需水量比105 %;砂细度模数μf=2.7,含泥量 1.2%;石含泥量 0.1%,泥块含量  0.0%,压碎值3.8%,针片状含量3.9%;外加剂减水率2.7%。
6.1.2  试验计算
  1.2015年8月25号试验数据,以下数据均已去皮(配制强度为C30,C50,C60)
  砂子  2L   含水5.3%    m1=3.995㎏    m2=0.875㎏
  石子  10L  m1=16.830㎏   m3=20.815㎏    m2=17.245㎏
  通过计算可得全部数据入下:
  砂中含石率:21.9%,ρs堆积=1998 kg/m3;ρg堆积=1683 kg/m3,p=0.3985, ρg表观=2798 kg/m3,,石的吸水率:2.47%,砂含水:5.3%
  01外加剂掺量2.0%,  02外加剂掺量2.0%,  03外加剂掺量1.8%,   04外加剂掺量1.6%
标号 试配编号 单方原材料用量(kg) 搅拌

L
成型组数
水泥 粉煤灰 矿粉 外加剂
C30 01 236 1076 771 79 60 57+150 7.5 35 9
C50 02 306 1076 563 89 99 57+129 9.88 35 9
C60 03 371 1076 471 39 144 57+139 9.97 35 9
C50 04 306 1076 563 89 99 57+148 7.9 35 9
  该批试验砂预湿用水量在区间[8,29]范围内,01石预湿用水量19 kg,胶凝材料用水量102kg,02石预湿用水量为14 kg,胶凝材料用水量134kg;03石预湿用水量为12 kg,胶凝材料用水量150kg;04石预湿用水量为19 kg,胶凝材料用水量134kg。
  2.2015年9月11号试验数据,以下数据均已去皮(配制强度为C20,C40,C60)
  砂子  2L   含水9.2%    m1=3.950㎏    m2=0.810㎏
  石子  10L  m1=16.670㎏   m3=20.500㎏    m2=17.010㎏
  通过计算得全部数据入下:
  砂中含石率20.5%,ρs堆积=1975 kg/m3; ρg堆积=1667kg/m3, p=0.383,ρg表观=2702kg/m3,
  石的吸水率:2.04%,砂含水:9.2%
  05外加剂掺量2.5%   06外加剂掺量2.0%   07外加剂掺量1.7%   08外加剂掺量1.7%
标号 试配编号 单方原材料用量(kg) 搅拌

L
成型组数
水泥 粉煤灰 矿粉 外加剂
C20 05 181 1048 894 86 51 96+94 7.95 35 9
C40 06 271 1048 724 72 79 96+118 8.44 35 9
C60 07 363 1048 544 53 117 96+107 9.06 40 6
C60 08 403 1048 479 53 117 96+115 9.74 40 6
  该批试验砂预湿用水量在区间[-29,-8]范围内,05石预湿用水量为18kg,胶凝材料用水量87kg 06石预湿用水量为15 kg,胶凝材料用水量115kg 07石预湿用水量为11kg,胶凝材料用水量144kg 08石预湿用水量为10kg,胶凝材料用水量155kg。
 

编号
强   龄                                               
        期

配制强度
各龄期强度(Mpa)
3d 7d 14d 21d 28d 31d 35d 56d 90d
05 C20 17.8 31.2 38.8 43.3 44.9 45.7 46.0 49.3 49.5
01 C30 16.3 29.3 33.3 37.9 38.6 42.2 44.8 44.6 49.4
06 C40 23.9 37.6 47.9 49.9 50.1 56.4 54.9 58.0 59.5
02 C50 39.0 44.7 56.0 66.4 65.1 62.3 64.2 72.8 77.1
04 C50 33.2 46.9 51.8 60.2 65.7 62.5 65.6 69.1 71.1
03 C60 37.2 56.1 63.5 68.4 75.6 75.3 77.5 79.4 81.6
07 C60 36.6 48.4 / / 60.5 72.7 67.3 / 68.9
08 C60 40.2 53.6 / / 68.8 72.2 71.6 / 69.7
6.2 试验结果

结论
  预湿骨料技术解决了混凝土包裹性差,流动性差,损失较大,生产成本高等砼企业常见的问题,实现了混凝土出机坍落度和施工现场泵送坍落度较为稳定,有利于混凝土的施工和现场质量控制;效提高了国家资源和能源的利用率;混凝土预湿骨料技术可操作性强,便于在同行业大面积推广应用;推广和应用混凝土预湿骨料技术是改善环境,保持现代城市可持续发展的一条重要途径,具有明显的社会效益和环境效益。
 作者王旭鹏 吴存玉 宋本立
信息来源:混凝土视频网 
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