800 m输送C25W8F100混凝土配合比优化研究

方小利，李继晓，拜胜伟，左忠富

（1.云南恒达混凝土有限公司，云南 昆明 650032；2.云南承龙混凝土有限公司，云南 昆明 650212）

云南昆明清水海净配水原水管改迁一期工程是为了满足滇中新区总体规划的要求及小哨核心区的整体建设需要对部分影响线路进行改线，改线段采用管道+隧洞的输水方式，隧洞进出口连接段采用埋管接既有管道。输水线路起点为中对龙河谷，终点为响水村，全长约5.8 km，输水流量为7.2 m3/s。施工现场到搅拌站的运输距离约30 km，搅拌车运输时间至少60 min。该工程主要使用的混凝土为C25W8F100，因现场的施工条件限制，混凝土的浇筑方式通过讨论分析后确定为首先用约200 m的斜坡溜槽（45°渐转15°）将混凝土送入第一台泵机，再泵送约300 m送入第二台泵机，最后再由第二台泵机泵送约300 m到浇筑作业面，总计混凝土输送距离800 m，因此对混凝土的施工操作性和保坍时间要求非常高。施工方提供了基准配合比，按实际材料的情况和经验确定了一个施工配合比。本文再通过试验对影响混凝土施工操作性的主要因素（砂率、混凝土含气量、级配石的最大粒径）进行了分析研究，确定了最终的施工浇筑配合比，调整了减水剂的保坍性能，保证了混凝土在实际生产供应中很好的满足施工浇筑质量要求，现场的实际施工情况如图1所示。

1 实验过程

1.1 试验原材料

本文中的水泥为云南宜良红狮水泥公司生产的普通硅酸盐水泥P.O42.5；矿粉为安宁昆钢嘉华生产的S75级矿粉；粉煤灰为云南清荣生产的Ⅱ级粉煤灰；机碎石为云南昆明嵩明落水洞级配石；混合砂为云南昆明嵩明落水洞精制砂和普通砂（8∶2），性能指标详见表1；减水剂为江苏苏博特生产的聚羧酸高性能减水剂；拌合水为自来水。

表1 混合砂（8∶2）性能检测指标

1.2 实验步骤

根据现场确定的泵送浇筑方案，要求混凝土必须具有很好的流动性、粘结性、保水性以及可泵性，因此在混凝土配合比设计时考虑按超流态混凝土进行设计，将普通混凝土高性能化。本文将影响混凝土施工操作性即和易性的主要因素减水剂性能、级配机碎石粒径、砂率等通过试验进行优化确定，最终达到混凝土的和易性满足本次施工工艺要求。

1.3 砂率的确定

胶凝材料总量不变，砂率的选择以保证混凝土配合比中砂石混合的堆积密度最大、混凝土的和易性最好及强度满足设计强度等级为标准。表2为不同砂率下骨料的紧密堆积密度，对应砂率混凝土的和易性描述及28天抗压强度值。

表2 砂率对混凝土拌合性能及骨料的紧密堆积密度的影响

1.4 级配机碎石最大粒径的确定

通过上文确定砂率，级配石的最大粒径对混凝土的施工操作性能尤其是可泵性影响很大，我们分别用5～10 mm、5～16 mm、5～20 mm、5～25 mm四个粒径的级配石进行混凝土试拌，在配合比不变的情况下检测混凝土的流速、坍扩度及强度，具体检测数据见表3，最终确定级配石的最大粒径。

表3 碎石最大粒径对混凝土拌合性能的影响

1.5 减水剂的功能调整

为保障混凝土满足长距离的输送要求，混凝土要有足够的松软度、阻力小便于流淌泵送，我们依靠减水剂的功能调整来满足要求。通过经验分析，将减水剂按低减水率、高保坍、合理引气的功能进行试验调整。

（1）为提高出站混凝土和易性的稳定性，减小减水剂掺量对混凝土塌落度影响的敏感度，我们依据生产使用经验，将减水剂的减水率调整为25%；依据运输距离及施工现场的浇筑要求，我们将混凝土的保坍性能做到2 h基本无塌落度损失。调整后的减水剂做检测试验，具体检测数据见表4，通过此表数据确定减水剂的掺量及调整后减水剂性能指标的验证。

表4 减水剂掺量对混凝土塌落度的影响

（2）为提高混凝土的松软性，降低泵送过程的阻力，我们在前文中减水剂基础上增加了不同量的引气组份掺量，配制成四个不同的样品，具体检测数据见表5，以此确定减水剂引气组份的掺入量。

2 结果与讨论

为了直接分析砂率对混凝土和易性的影响，本文将和易性或是松软性的定性描述通过“10分制”打分来进行定量描述。

2.1 砂率对混凝土强度及和易性的影响

将表2混凝土和易性描述采用10分制进行定量打分，见表6。砂率的选择我们引入了“砂石紧密堆积一体化设计”理论，认为砂石混合骨料的紧密堆积密度值最大为砂率最合理。表2中砂率在55%、60%时，骨料的紧密堆积密度值较大，分别为1 810 kg/m3和1 800 kg/m3，说明在该砂率范围骨料的级配较好；如图2和图3所示，显示砂率控制在55%～60%时，混凝土的强度及和易性较好。确定砂率的取值为55%～60%。

图2 砂率对强度的影响

图3 砂率对和易性的影响

表6 砂率对混凝土和易性影响的定量（10分制）描述

2.2 级配石最大粒径对混凝土可泵性及强度的影响

如图4、图5所示，级配石的粒径为5～20 mm时，混凝土的强度值较高，混凝土装入倒置塌落度桶内流出时间较短，说明混凝土的流动性和可泵性能较好。

图4 石子粒径对混凝土强度的影响

图5 石子粒径对流速的影响

2.3 混凝土含气量对强度及和易性的影响

将表5中混凝土松软性描述采用10分制进行定量打分，见表7。从图6可以发现混凝土的含气量控制在3.2%时，混凝土28天抗压强度最大；从图7可以得出混凝土的含气量控制在3.9%时，混凝土的松软性最好即混凝土的可泵性最好。综合强度和可泵性两个指标，我们得出混凝土的含气量控制范围3.2%～3.9%，混凝土的强度满足设计要求且可泵性能较好。混凝土的含气量主要通过减水剂中引气剂的掺入量来控制。

图6 含气量对混凝土强度的影响

图7 含气量对混凝土松软性的影响

表5 减水剂增加引气组份对混凝土拌合性能的影响检测指标

表7 混凝土含气量对其松软性影响的定量（10分制）描述

3 结论

（1）混凝土的保坍性能及减水率会影响混凝土的生产质量控制，要根据浇筑结构和原材料情况合理调整使用。该工程的运输距离30 km，运输时间不少于60 min，据此调整减水剂的减水、保坍功效，让减水率控制在25%和混凝土的保坍时间不少于2 h，能很好地保障生产质量控制的稳定性和满足施工浇筑质量的要求。

（2）一般情况下，在最佳砂率之后增加砂率，混凝土的和易性和可泵性会更好，但混凝土的强度会下降。根据本工程的施工浇筑特点，C25W8F100配合比砂率控制在55%～60%之间，混凝土和易性、可泵性和28天抗压强度较好。

（3）机碎石的粒径太大会影响混凝土的和易性及可泵性，太小会影响混凝土的强度。该工程用的C25W8F100混凝土，生产时机碎石用5～20 mm的级配石，混凝土的可泵性及28天抗压强度值较好。

（4）混凝土含气量（在一定范围内）越大混凝土的松软性越好即可泵性能越好，但会影响混凝土的抗压强度值降低。该工程用的C25W8F100混凝土出机含气量控制在3.2%～3.9%时，混凝土的可泵性和28天抗压强度较好，既能很好满足施工要求又保证混凝土的28天抗压强度。