常规品水洗砂配制高性能大流态混凝土的配合比优化设计方案

邱文会，王龙，巩繁龙

（河南金诺混凝土有限公司，河南 许昌 461000）

0 前言

伴随着国家基建及房地产的迅猛发展，天然砂资源越来越紧张，进而只能选择使用人工砂。常见人工砂有机制砂和水洗砂，水洗砂来源于矿山石材的边角料，其含泥量、含粉量、吸水率、矿物黏土、压碎指标等，对混凝土产品质量都会产生影响。近年来国家对环保的要求越来越高，水洗砂领域又要求用絮凝剂净化水质，更加加剧混凝土产品的不稳定性。

水洗砂的通病是颗粒级配不稳定，大量应用水洗砂的混凝土，状态大多稠稀不稳定，稠时到工地泵送困难，工地需二次加水才能勉强施工，稀时浇筑到施工部位，出现离析或滞后泌水。此两种情况均无法保证混凝土强度及稳定性，也会造成后期回弹强度的下降及碳化值的升高。针对上述情况，须优化混凝土配合比。

1 原材料常规品求精品

高品质混凝土需要从源头把控原材料品质。水泥、矿粉、粉煤灰在每车进场后进行质量检验，检测其与外加剂适应性、需水量比、凝结时间、烧失量等重要指标。加强质检人员培训，对砂石骨料严格把关，减小砂石骨料的质量波动。

（1）水洗砂遵循“常规品求精品，精品选匀质品”的原则，严控水洗砂进场品质。管控前后对比见图1 和表 1、2。

图1 水洗砂对比

表1 原水洗砂筛分数据

表2 水洗砂数据对比

图1 原水洗砂细度模数大、含泥量大、级配不佳、自密实度差，影响混凝土和易性及强度。对水洗砂质量管控后，图 2 砂子含泥量低、连续级配有明显改善，稳定性提升。

（2）面砂质量把控前后对比见图 2 和表 3。

图2 面砂对比

表3 面砂数据对比

将开封黄面砂改为舞钢黑面砂，可有效解决面砂含泥量高、品质波动大等问题，在混凝土中可提高面砂用量，增加混凝土密实度，提高混凝土和易性。

（3）石子质量把控前后对比见图 3 和表 4。

图3 石子对比

表4 石子数据对比

对石子质量把控后针片状石子减少，石子空隙率降低，可增加石子用量，改善混凝土流动性，提高混凝土密实度，从而有效增加混凝土强度。

（4）选择品质稳定水泥

针对原水泥不稳定的问题，对每批次的进场水泥进行检测，做好与外加剂适应性净浆试验（图 4），做到对进场水泥有明确了解。同时引进天瑞水泥，作为横向对比（表 5）。

图4 水泥与外加剂匹配性初始及半小时扩展度对比

表5 水泥基础数据检测对比

（5）改善减水剂性能

现有减水剂多为醚类高性能聚羧酸，此类减水剂减水性能优越，但敏感性强、抗吸附能力差，在砂石状态不稳定的情况下，造成混凝土状态、和易性及保坍性能波动极大。据此情况改用敏感度低的脂类减水剂，通过减水剂的合成及复配，降低减水剂的敏感度，在低砂率的前提下保证混凝土的和易性及保坍性，同时在混凝土中加入适量细砂和石粉时，降低混凝土粘度，保证施工顺利。表 6 为外加剂的具体调整思路。

表6 外加剂的调整方向

（6）添加石粉微集料

石粉采用金诺干粉砂浆生产线砂石骨料加工过程中产生的粒径小于 0.075mm 的粉状颗粒物，其纯度相对比较高，能够很好地改善混凝土性能。

1）石粉作为微集料起填充作用。石粉颗粒很小，在混凝土中可起微集料作用，充填到微小的孔隙中，同时参与水化反应，物理充填和水化反应产物充填共同作用，比惰性微集料单纯的物理充填效果更好，使混凝土更加密实，从而提高了混凝土的强度。

2）石粉具备保水增稠作用。一方面石粉可以吸收混凝土中的用水，在一定程度上增加混凝土的单位用水量，适当提高石粉含量，可增加混凝土的黏度，有效降低了混凝土拌合物离析和泌水的风险；另一方面，在混凝土硬化过程中，石粉会释放其吸收的水分，用于补偿混凝土后期水化用水，从而减少了混凝土的收缩。

2 优化混凝土配合比

由于水洗砂细度模数偏大、砂子粒形差，级配分布严重不均匀，按照传统质量法设计配合比，制备的混凝土和易性差、砂石分离严重。据此宜根据水胶比，浆骨比、砂石比和矿物掺合料用量等四要素，由各材料在满足施工前提下紧密堆积的原理，用绝对体积法计算材料用量设计配合比。降低砂率，引入不同级配的细颗粒相互填充，通过外加剂调整降低粘度、增加和易性及保坍性。两种方案设计的 C30 混凝土配合比及单方价格见表 7。

表7 质量法设计的原配比与绝对体积法优化后的现配比

（1）通过对水洗砂、面砂、石子的改善及严格进厂质量把控，可有效减低混凝土砂率，改善和易性，提高强度。

（2）引入石粉作为混凝土填充料，提高混凝土和易性及密实度，降低混凝土材料成本。

（3）运用体积法计算混凝土配比，控制水胶比，降低胶材用量，通过外加剂辅助调整，可改善混凝土整体密实度及工作性，提升混凝土回弹强度，减小碳化，降低混凝土综合成本。

（4）针对不同强度等级混凝土、不同施工部位及不同施工习惯工地，根据体积法设计不同配合比，更能精细、准确地优化混凝土成本。

实际生产中配比应用及成本计算见表 8。由表 8 可以看出，单方成本 C30 降低 15.45 元， C35 降低 17.56元，C40 降低22.92 元，C45 降低 18.58 元，C50 降低11.41 元。以 C30 为例，5 月份至今共生产 96312m3，共节省约 1488020.4 元。

表8 实际生产中的配合比及成本计算

3 加强与施工方技术沟通

混凝土运出商砼公司时仅属于半成品，因此要加强与施工方的技术沟通，确保混凝土施工顺利，并保证最终质量。

（1）提前与施工方进行技术交底，了解施工要求，提出合理建议，确保施工高效、顺利地完成。

（2）保证混凝土到达浇筑部位的工作性和稳定性，杜绝施工工人无节制的对混凝土二次加水。

（3）积极监督与配合施工方对浇筑部位进行科学有效的养护工作，从而减小碳化，保证回弹强度。

4 方案调整后混凝土性能对比

4.1 混凝土工作性能

通过试验验证配比改善后新拌混凝土的效果见图5～7。通过对比可知，混凝土工作性能得到明显改善，体积稳定性提高。

图5 通过试验验证配比改善后效果

图6 坍落度、扩展度试验

经过半年实际应用及观察，采用优化后新配合比，混凝土的流动性、粘聚性、保坍性及稳定性得到有效改善，通过与工地有效沟通及浇筑现场质控检验，能基本杜绝施工工人对混凝土二次加水现象，保证混凝土施工稳定性及后期强度。

4.2 混凝土力学性能及碳化

优化前后混凝土的力学性能及碳化深度对比数据见表 9。由表 9 可知，新配比降低 20kg 水泥，碳化值更小，回弹值接近，数值均匀强度值更高。

图7 混凝土出机状态

表9 混凝土强度及碳化深度

6 总结

通过半年的实践表明，混凝土和易性明显改善，状态稳定性有所提高，混凝土匀质性好；回弹值离散性变小，碳化值有改善，但碳化主要影响因素在于工地施工规范度及后期合理养护，后续高强等级在实际应用中进一步观察状态收集数据；混凝土的经济成本平均单方下降 10～20 元，混凝土技术水平提升显著，企业的综合竞争能力明显增强。