不同投料工艺对混凝土性能影响试验研究

陈灿灿，乔伟华

（1. 洛阳市金鉴工程质量检测中心有限公司，河南 洛阳 471000；2. 郑州金龙商品混凝土有限公司，河南 郑州 450000）

0 前言

预拌混凝土一般由四种材料（胶凝材料、骨料、减水剂、水等）、七种组分（水泥与 2 种以上掺和料、粗细骨料、减水剂、水等）组成，由于组分多，材料的物理性能有差异，因此，搅拌过程中各种材料的混合均匀情况将直接影响混凝土的施工性能和使用性能。而投料工艺（顺序）的不同，对混凝土搅拌产生不同结果。目前国内预拌混凝土工业生产中，一般都采用一次投料生产工艺，国外有些国家（如日本等）采用二次投料工艺。本文试验研究不同投料工艺对预拌混凝土施工性能和使用性能的影响。结果表明，与一次投料工艺相比，不同的投料工艺对预拌混凝土施工性能和使用性能的影响不同，主要表现在混凝土的初始状态、坍落度、扩展度以及强度等方面差异。

1 现状分析

现行的一次投料生产工艺适用于原来的普通混凝土，由于普通混凝土组分少、水胶比大，搅拌均匀相对容易实现。而预拌混凝土由于组分多、水胶比小，搅拌均匀相对较难达到。生产与试验证明：一次投料搅拌工艺，混凝土中的胶凝材料（水泥、掺和料）存在搅拌不均匀和颗粒团聚现象，因此，对混凝土的施工和使用产生不良影响。

2 试验方案

试验主要针对投料工艺、加水量和搅拌时间进行不同组合，采用四种二次投料工艺进行试验。分别将胶凝材料制备成净浆、胶凝材料与细骨料制备成砂浆、胶凝材料与粗骨料制备成粗浆，再与余下材料进行搅拌。A、净浆+粗细骨料，B、净浆+预拌粗细骨料，C、砂浆+粗骨料，D、粗浆+细骨料。每种工艺采用两种加水方式：a、第一次投料加 100% 的水与减水剂，b、第一次投料加 80% 水与 100% 减水剂，第二次投料加 20% 水。上述四种投料工艺和两种加水方式产生 8 种工艺，每种工艺的两次搅拌时间比例为 1:1 和 1.5:1，总搅拌时间 120s，即：1、搅拌时间为 60s、60s，2、搅拌时间为 90s、30s。上述组成的 16 组具体试验方案见表 1。

表1 投料工艺试验方案一览表

3 试验过程与结果

3.1 原材料

（1）水泥：焦作沁阳金隅 P·O42.5 水泥；掺合料：山西立恒 S95 级矿渣微粉，郑州荥阳国电Ⅱ级粉煤灰。

（2）石子：郑州贾峪碎石 5～25mm 连续级配，表观密度 2.73g/cm3，堆积密度 1.5g/cm3。

（3）砂：鲁山河砂，细度模数 2.4，含泥量 4.5%，含水量 0%。（4）减水剂：江苏苏博特聚羧酸高效减水剂。（5）水：自来水。

3.2 混凝土强度等级与配合比

试验混凝土为 C35 强度等级，坍落度 230mm，混凝土配合比见表 2，与目前生产实际相同。

表2 混凝土配合比 kg/m3

3.3 试验主要设备、标准

（1）单卧轴强制式混凝土搅拌机（HJW-30/60）、Ф100/200mm 喇叭状坍落度桶，150mm×150mm× 150mm 试模。

（2）按照试验方案对配合比试样进行搅拌，观察混凝土表观性能（泌水、离析、骨料包裹等情况）；检测试样的施工性能（初始状态和 60min 的坍落度与扩展度）；按照 GB/T 50081—2016《普通混凝土力学性能试验方法》进行试块成型、养护，检测 7d、28d 龄期抗压强度。

3.4 试验结果

按照相关标准检测试验，结果见表 3。

4 试验结果分析

总体分析：从表 3 可以看出，所有四种投料工艺的混凝土试样的表观性能、坍落度、扩展度以及龄期强度等技术指标基本能达到设计要求，与生产实际基本相符，同时也存在差异。混凝土表观性能、坍落度、扩展度等存在关联性，表观性能好的混凝土试样其施工性能也好；在龄期强度方面，A、B、C 投料工艺的施工性能与强度关联性较好，而 D 投料工艺则不同，它们表观与施工性能不太理想，但其龄期强度较其他工艺高。

表3 不同投料工艺试验结果

4.1 混凝土表观性能

试验结果表明，四种投料工艺混凝土的初始状态存在差异，多数没有一次投料工艺好。其中 C、A 的 Ca2、Ca1、Ab2、Ab1 工艺最好，D 系列投料工艺最差，B 工艺一般。四种工艺在加水量和一次搅拌时间相同的条件下，一次加水 100%，分别搅拌 60s 的混凝土初始状态排序：Ca1＞Aa1＞Ba1>Da1；一次加水 80%，分别搅拌 60s 的排序：Ab1＞Cb1＞Bb1＞Db1。一次加水 100%，搅拌 90s 与 30s 的混凝土初始状态排序：Ca2＞ Aa2＞Ba2＞Da2；一次加水 80%，搅拌 90s 与 30s 的排序 Ab2＞Cb2＞Bb2＞Db2。

4.2 施工性能（坍落度、扩展度）

四种投料工艺混凝土的初始坍落度在 210～245mm 之间变化，Ca2 的初始坍落度最大（245mm），Da2 最小（210mm），其中只有 Ca2、Ca1、Ab2、Ab1 符合设计要求（230mm），优于一次投料工艺，其他均低于 230mm，没有一次投料工艺效果好。60min 后坍落度 205～225mm 之间变化，只有 Ca2、Ca1、Ab2、Ab1 优于一次投料工艺的 215mm。初始和 60min 扩展度变化与坍落度一致。

4.3 抗压强度

抗压强度试验结果表明，所有 16 组投料工艺的混凝土 7d 抗压强度有 13 组均高于一次投料工艺的 34.8MPa，只有 Aa1（31.8MPa）、Ba1（34.5MPa）和 Da1（33.6MPa）3 组低于一次投料工艺，最高的达到 37.9MPa，一般在 35～37MPa 之间。所有 16 组投料工艺的混凝土 28d 抗压强度有 9 组达到和超过一次投料工艺的 48.8MPa，其中 5 组强度大于 50MPa，强度最高的达到 52.7MPa；7 组小于一次投料工艺的 48.8MPa，其中 Aa1、Ba1、Cb1 和 Da1 等 4 组低于 1.0MPa 以上。

综合分析 4 种投料工艺，其实 B 工艺与 A 工艺没有本质区别，按理论分析应该优于 A，但试验结果却相反，需要进行进一步试验研究。D 工艺属于粗浆搅拌，粗骨料与胶凝材料在粒径上差距较大，有利于胶凝材料搅拌均匀，提高混凝土强度，但试样的表观性能和施工性能偏差，与第一次加水量及搅拌时间有关，优化该参数可以改善其性能指标。A、C 工艺只有 Ab2、Ca2 所有试验性能指标均优于一次投料工艺，Ab1、Ca1 的 28d 抗压强度略低于一次投料工艺，进一步说明不同投料工艺的第一次加水量及搅拌时间对混凝土性能影响较大。

5 结论

不同投料工艺对混凝土的表观、施工及使用性能产生不同影响，其中“净浆+粗细骨料”第一次加 80% 水与 100% 减水剂搅拌 90s、“砂浆+粗骨料”第一次加 100% 水与 100% 减水剂搅拌 90s 效果最好，所有试验性能优于一次投料工艺，“粗浆+细骨料”工艺，混凝土施工性能没有一次投料效果好，但可提高混凝土强度，如果优化第一次加水量与搅拌时间，可以改善混凝土施工性能。