摘要：目前我国商品混凝土已经普及，随着建筑规模的持续发展!商品混凝土用量越来越大。而混凝土中最主要的材料——水泥则出现了很大的变化，为了提高水泥强度，很多水泥厂采用了超细磨工艺，生产的水泥细度越来越细，国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB 175—2007)规定：水泥细度8μm方孔筛筛余不大于10%，45μm方孔筛筛余不大于30%。但实际上有些水泥8μm方孔筛筛余全部通过，45μm方孔筛筛余小于5%，普通硅酸盐水泥要求比表面积不小于300m2/kg，但有些普通硅酸盐水泥比表面积甚至大于350m2/kg。试想一下，这么细的水泥使用在商品混凝土中，必然会出现外加剂对水泥的不适应；加之很多水泥碱和C3A含量偏高，这些都使得水泥对外加剂的吸附过大，而真正用于混凝土中的外加剂用量不足，导致混凝土产生坍落度损失过大的问题，从而使混凝土在泵送过程中出现泵送困难甚至堵泵，影响了混凝土的正常施工。
对此各搅拌站采取了很多措施，最常用的就是调整外加剂各种组分的掺量，以达到适应水泥的变化现状，但由于水泥生产存在波动，所以外加剂必须随着水泥的波动进行动态调整，使得混凝土的生产始终处于被动的处境，并且还加大了材料和人工成本。在以上措施还解决不了问题时，有的搅拌站为了抑制混凝土坍落度损失，采用每m3混凝土增加水泥和外加剂掺量，再增加用水量来满足混凝土坍落度的办法，以保证混凝土强度。还有一种措施就是采用外加剂后掺法，即混凝土搅拌2〜3min后再掺入外加剂，这样可以解决混凝土坍落度损失过大的问题；但目前搅拌站的搅拌工艺一般都是混凝土所用材料全部进入搅拌机后搅拌30s(最多45s)后出机，所以常规的外加剂后掺法使用起来受到限制。
本课题就是基于以上问题而设立的。我们在常规外加剂后掺法的基础上，经过大量的室内和在搅拌机上的工艺试验，研发出了混凝土外加剂延时后掺滞水法的搅拌工艺，解决了混凝土坍落度损失过大的问题，取得了很好的效果。
1 技术路线
根据课题要求，混凝土外加剂延时后掺滞水法是在基本不延长混凝土搅拌时间的前提下，在搅拌站微机控制系统对混凝土原材料下料程序进行调整，使混凝土外加剂滞后于混凝土材料之后进入搅拌机搅拌，然后再利用混凝土罐车在运输过程中搅拌罐转动达到延长搅拌时间的目的，使外加剂得到充分搅拌，这种工艺既能达到混凝土外加剂后掺的目的，又能确保混凝土搅拌质量。
本课题采用室内试验与生产相结合的方法进行。室内试验三种试验方法（净浆、砂浆、混凝土），先进行室内试验，待室内试验结果出来，再在混凝土生产线上进行小试无问题后，可正式开始生产上使用。
2 外加剂后掺法机理
搅拌站投料系统中，水和泵送剂（广义上统称外加剂）是在搅拌时同时加入到搅拌机中，此工艺在混凝土外加剂掺入法中称为同掺法，外加剂掺入法中还有先掺法、后掺法和分次掺入法几种：
先掺法：粉状外加剂与水泥混合，再加集料与与水搅拌称作先掺法。该法有利于外加剂的分散，减少集料对外加剂的吸附量，但实际工程使用不方便，一般是试验室用作试配时使用。
同掺法：外加与混凝土材料一起倒入搅拌机搅拌，或液体外加剂与水混合，然后与其他材料一起拌合。此方法混凝土在一开始水化时就有外加剂介入，投入搅拌机后立即被水泥颗粒表面吸附，从而迅速降低了液相中的浓度。
后掺法：混凝土加水搅拌一些时间后（水泥水化反应进行一段时间后），再加入外加剂搅拌，保持了混凝土液相中的外加剂浓度不会很快降低。
分次掺入法：混凝土搅拌过程中或运输途中分几次将外加剂加入混凝土中，使混凝土液相中的外加剂浓度保持在一定水平。
同掺法虽然比较简便，但对于有些对外加剂适应性差的水泥则比较麻烦，须经各种缓凝、保坍等外加剂反复调整，方能勉强达到使用要求。水泥适应性差的原因主要是混凝土中水泥C3A类的矿物对外加剂吸附能力强，加之矿粉、粉煤灰等掺合料表面微孔和粗细集料凹凸不平的表面也会吸附部分外加剂，如果将水泥、水和掺合料及粗细集料等原材料先进行搅拌，外加剂在搅拌一定时间后加入，让水泥和矿粉、粉煤灰、粗细集料颗粒表面先形成一层水膜，C3A类的矿物组分与混凝土其他组分对外加剂的吸附能力就大大的减弱，使溶液中仍然保持有足够的外加剂，可以明显提高外加剂对水泥的分散作用。同条件下，后掺法，分次加入法对减少混凝土拌合物坍落度损失效果较好，并可降低外加剂的掺量，特别是对水泥矿物C3A，C4AF含量高且新鲜水泥效果最明显。水泥矿物对外加剂的吸附作用从大到小排列顺序：C3A，C4AF，C3S，C3S，以上顺序与水泥水化顺序相同，采用后掺法或分次加入法，就可以在C3A，C4AF已经水化，对外加剂吸附能力下降时，外加剂才进入，使溶液中保持有足够外加剂，因而外加剂对水泥适应性得到改善。但分次掺入法在实施过程中一是不易控制掺量，二是需要专门安排专业人员投放外加剂，增加了人力资本。
另外由于搅拌站水泥筒仓容量有限，当混凝土日供量一大，水泥很多都是进场后根本来不及冷却就使用，而水泥厂一般水泥出厂温度都在80°C以上（有的水泥温度甚至接近100°C)，这种热水泥在同掺法搅拌过程中对外加剂吸附也很明显，也造成了外加剂对水泥的不适应。
3 后掺法的应用
某搅拌站因需要改用曲沃威顿水泥厂P‧S‧A32.5水泥，这种水泥特点是强度高且质量稳定，细度偏细，0.08mm方孔筛全部通过，0.045mm筛筛余3〜5%。这种水泥虽有以上优点，但在混凝土使用有一个很大的问题，就是混凝土坍落度损失大，出站时坍落度180〜200mm坍落度的混凝土，经半个小时的运输距离到工地，坍落度为150mm，对混凝土泵送造成很大的问题，经过分析，我们认为，1.水泥偏细，比表面积大，对外加剂的吸附大，且砂石表面也吸附一些外加剂，使得外加剂没有得到有效利用；2.水泥温度偏高，由于水泥在粉磨过程中产生的磨擦热，使得出厂的水泥温度偏高，一般出厂水泥温度都在80°C以上，有些刚出磨的水泥甚至接近95〜100°C，热水泥也会吸附一些外加剂，再加上有些水泥中的C3A含量偏高，水泥助磨剂中的某些成分使得外加剂对水泥的不适应，这些原因都可能造成混凝土坍落度损失偏大，从而对混凝土的泵送施工产生很大的影响。为此我们与水泥厂进行了沟通，询问使用该厂水泥的其他搅拌站是如何解决这个问题的，根据水泥厂给我们提供的某个使用该厂水泥较好的搅拌站，据了解，该搅拌站在每m3混凝土增加10kg水泥和0.1%外加剂，再增加—些水的办法来满足混凝土坍落度保证强度的。经我们研究觉得不宜采用这个办法。
为此我们经过大量的室内试验，探索开发出了在搅拌混凝土中采用了外加剂延时后掺滞水法的工艺，有效地解决了温度偏高、细度偏细的水泥造成的混凝土坍落度损失过大的问题。
一般搅拌站的搅拌时间多为30〜45s，如按正常后掺法，混凝土加水搅拌后加入外加剂，为使外加剂搅拌均匀，至少应搅拌2〜3min，这样一盘混凝土的搅拌时间大约在3〜4min，这对搅拌站来说是无法接受的。我们的外加剂延时后掺滞水法改为先加90%的水搅拌10s左右，再加入10%的水和泵送剂继续搅拌的不延长搅拌时间的工艺。这样先加进的水与水泥等胶料和集料混合，能在不需要外加剂的粗细集料表面形成一层水膜，并可一定程度降低水泥的温度，然后再利用混凝土罐车在运输过程中搅拌罐转动达到延长搅拌时间的目的，使外加剂得到充分搅拌，这种工艺既未延长混凝土的搅拌时间，又能达到混凝土外加剂后掺的目的，还能确保混凝土搅拌质量。不但能有效改善粗细集料吸附外加剂的弊病，使外加剂能有效用于胶凝材料中，对抑制混凝土运输过程中的坍落度损失起到明显的作用。下面是我们的一些试验数据。
表1不同水泥和泵送剂同掺法与后掺法的净浆流动度对比 单位：mm
| 水泥品种 |
初始 |
30min |
60min |
|
| 同掺 |
后掺 |
同掺 |
后掺 |
同掺 |
后掺 |
| 威顿 |
175 |
230 |
130 |
220 |
105 |
215 |
萘系 |
| 王台 |
180 |
220 |
160 |
210 |
130 |
200 |
萘系 |
| 威顿 |
280 |
310 |
265 |
280 |
260 |
280 |
聚羧酸 |
| 冀东 |
300 |
295 |
225 |
285 |
175 |
255 |
聚羧酸 |
注：水泥全部选用P.S‧A42.5水泥[模拟混凝土配合比掺量，其中水泥350g(70%)，矿粉100g(20%)，粉煤灰50g(10%)]，泵送剂选用聚羧酸泵送剂掺量2%，萘系泵送剂掺量2.4%。
表2 不同水泥和泵送剂同掺法与后掺的净浆流动度对比 单位：mm
| 水泥品种 |
初始 |
30min |
备注 |
| 同掺 |
同掺 |
后掺 |
|
| 威顿 P‧S‧A32. 5 |
180 |
205 |
150 |
190 |
萘系 |
| 天王台P‧S‧ A42. 5 |
200 |
220 |
180 |
215 |
萘系 |
| 威顿 P‧S A 32. 5 |
180 |
200 |
165 |
190 |
聚羧酸 |
| 冀东 P‧S‧A32. 5 |
170 |
200 |
160 |
190 |
聚羧酸 |
注：水泥选用威顿 P‧S‧A32. 5、冀东冀东 P‧S‧A32. 5、天王台P‧S‧ A42. 5三种水泥，外加剂为萘系和聚羧酸减水剂两种， 粉煤灰为II级粉煤灰，矿粉为S95级矿粉，石子为5〜25mm连续粒级石灰石质碎石，砂子为混合砂，威顿和冀东水泥使用的砂细度模数为2.7,天王台水泥使用的砂细度模数为2.9。
在通过室内试验取得较好的效果后，我们在使用中的第一套120搅拌站（三一重工产）将混凝土投料工艺进行了手动调整，混凝土坍落度损失过大的情况得到了明显的抑制，在购进第二套120搅拌站时我们要求厂家直接在操作系统中直接将外加剂同掺法搅拌工艺改为外加剂延时后掺滞水法搅拌工艺，在使用后掺法工艺时，还发生过这样一件事，一天在工地的泵工反映，混凝土出现有的车混凝土坍落度合适，有的车混凝土坍落度偏小，我们立即进行排查，发现一号站混凝土投料工艺又恢复了同掺法投料，经了解是操作员操作不当使程序恢复了出厂设置，后对投料工艺重新设置恢复了后掺法。
通过使用外加剂延时后掺滞水法工艺，该搅拌站混凝土生产正常，再未出现因坍落度损失过大影响混凝土泵送的情况发生。
作者：程建民 贺圣尧 吕斐
信息来源：混凝土视频网
