现场混凝土配合比设计与性能调整研究.docx

高性能混凝土制备与性能研究 第一章 高性能混凝土 一、高性能混凝土的定义 自“高性能混凝土”(HighPerformanceConcrete)一词提出以来的十几年来，至今对它没有统一的解释或定义。HPC是一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，在有效的质量控制下（计量精度、搅拌时间）制成的。除采用优质水泥、水和集料以外，必须采用低水胶比和掺加足够数量的矿物外掺料与高性能外加剂。高性能混凝土并不能简单地认为是高强混凝土。HPC应同时保证下列性能：耐久性、工作性、各种力学性能、适用性、体积稳定性和经济合理性。只要满足工程使用所要求的工作性(流动性、粘结性、保水性等混凝土拌合物性能)、承受各种荷载所需要的强度性能、耐久性(抗介质渗透性、抗冻融性、抗磨蚀性、体积稳定性)、经济合理(包括材料、设计、施工、维护保养等)、对环境损害较小(满足生态、环保、可持续发展要求等)的混凝土就应该看成是高性能混凝土。高性能混凝土与普通混凝土相比具有如下优点： 1.具有良好的工作性能，混凝土拌合物应具有较高的流动性，不分层、不离析、易浇筑，泵送混凝土、自密实混凝土还应具有良好的可泵性、自密实性能。2.强度更高因而结构尺寸更小，这就使得结构自重减轻、使用面积增加、材料用量减少。 3.弹性模量更高，因而结构变形更小、刚度更大、稳定性更好。4.耐久性、抗渗性好，因而结构的工作寿命大幅度延长。5.具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后具有较小的收缩变形。二、高性能混凝土与普通混凝土的区别1.普通混凝土是以抗压强度作为最基本的特征，高性能混凝土则是以耐久性为主要指标，同时还有工作性、强度、体积稳定性等。 2.普通混凝土是以水泥、粗骨料、细骨料、水四大组分为原材料，高性能混凝土则在前者的基础上增加了大量的外加剂和掺合料，使其性能得到质的变化。3.普通混凝土一般采用0.400.80的水胶比，高性能混凝土因掺入高效减水剂使水胶比减少即不大于0.40，甚至不大于0.20。 4.相比普通混凝土，采用低水胶比高性能混凝土，硬化后毛细孔数量显著减少，而超细掺合料又改善粉体集料级配，大幅减少毛细孔数量，毛细孔越少，混凝土越密实， 耐久性越好。5.相比普通混凝土，高性混凝土具有高强度、高耐久性及高工作性等性能。 6.高性能混凝土设计使用年限为100年，而普通钢筋混凝土使用寿命只有4050年。高性能混凝土在本质上和普通混凝土没有很大的差别，所使用的原材料、其生产及施工工艺过程 在宏观上也基本一致；所以在高性能混凝土的配制中，根据结构所要求的施工中所要求的工作性能、强度和耐久性，通过试验来确定的，在不采用特殊的原材料、不改变常规施工工艺以及尽可能节约成本的原则下，通过采用低水灰比、掺用高效减水剂和矿物质细掺料的配制特点，经过反复对比试验，配制出高强度、高耐久性、低徐变、体积稳定性好的高性能混凝土。与普通混凝土相比高性能混凝土的生产和施工并无需要特殊的工艺，但是在各工艺环节上普通混凝土不敏感的因素，高性能混凝土却很敏感，因而需要更为严格控制和管理。三、高性能混凝土技术途径高性能混凝土技术路线：通过使用高性能减水剂，降低水胶比，并使混凝土具有较大的流动性和保塑功能，保证施工和浇筑混凝土密实性，这是获得高性能混凝土途径的一方面。另外，通过掺加合格的矿物掺，改善骨料和水泥浆的界面结构，改善砂浆的空隙结构，提高混凝土的抗渗性、耐久性和强度，这也是获得高性能混凝土途径的另一方面。第二章 高性能混凝土原材料选择和控制高性能混凝土由于要满足多元组分（高性能混凝土：水泥、矿物掺合料、外加剂、水、砂、石；普通混凝土：水泥、水、砂、石）优化配制、工作性、可泵性、高强度、良好的耐久性等多方面的技术要求，故在原材料选择上要比普通混凝土严格、复杂得多。一、水泥1.水泥定义：凡细磨成粉末状，加适量水拌和成塑性浆体，能胶结砂、石等适当材料，并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。 硅酸盐水泥：硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成的水泥，即国外通称的波特兰水泥(P型，硅酸盐水泥;P型，硅酸盐水泥，含05%的混合材)。 普通硅酸盐水泥:由硅酸盐水泥熟料、少量混合材料、适量石膏磨细制成的水泥(PO型, 普通硅酸盐水泥，含615%的混合材)。2.铁路混凝土宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,混合材料宜为矿渣或粉煤灰,不宜使用早强水泥.C30以下混凝土，可采用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合水泥。水泥特性中影响聚羧酸高性能减水剂与水泥的适应性的主要因素包括：（1）水泥熟料的化学组成；（2）石膏的形态和掺量；（3）水泥的细度；（4）混合材的种类与掺量；（5）水泥的碱含量；（6）水泥的放置时间及温度。2.1水泥化学组成对聚羧酸减水剂的影响2.2.1 C3A含量对聚羧酸减水剂的影响水泥中随着C3A含量的增加，外加剂分散性变差，分散保持性也逐渐下降，这主要与C3A的水化速度和晶体缺陷有关，水泥的主要化学成分为C3S、C2S、C3A、C4AF，C2A 的水化速度最快，水化放热量最大，晶相缺陷较多，水化初期的动电电位呈正值，因而C3A在水泥水化初期能较强吸附聚羧酸减水剂分子（聚羧酸减水剂为阴离子表面活性剂）。使对其他粒子产生分散作用的减水剂分子减少；而对减水剂及分散保持性起关键作用的是吸附在水泥水化物表面的减水剂分子及游离在水泥浆体中的减水剂分子。随着C3A含量的增加，水泥浆体形成骨架结构的速度加快，更多的减水剂分子被C3A消耗，需水量也增大，而吸附在水泥颗粒水化物表面的减水剂分子及游离在水泥浆体中的减水剂分子逐渐减少，致使外加剂分散性和分散保持性变差。另外，占水泥成分较大较多的C3S、C2S在水泥水化初期的动电电位呈负值，对减水剂的吸附明显低于C3A。研究表明, C3A含量在8%以下时,水泥和外加剂适应性较好,当C3A含量超过8.5%时,调整减水剂用量,调整减水剂用量也不能解决混凝土坍落度损失较快的问题。2.2.2 石膏对聚羧酸减水剂的影响石膏作为水泥生产的调凝剂，通过释放SO42-与C3A生成钙矾石和单硫铝酸钙来控制硅酸盐水泥的凝结时间和硬化速度，石膏的形态对水泥和聚羧酸外加剂的适应性有重要影响，目前水生产中主要有脱硫石膏、天然二水石膏、硬石膏，释放SO42-的速度依次为：脱硫石膏、天然二水石膏、硬石膏；试验证明，以脱硫石膏作为调凝剂的水泥和聚羧酸减水剂适应最好，天然二水石膏作为调凝剂的水泥适应性其次，以硬石膏作为调凝剂的水泥适应性最差。这主要和SO42-的释放速度及含量有关，水泥水化之初，由于C3A水化速度快，须引入SO42-与C3A反应生成钙矾石和单硫铝酸钙来控制C3A的反应速度，否则会出现闪凝现象。当水泥中石膏释放SO42-较慢，即浆体中SO42-较少，而相对较多C3A水化，则减水剂被吸附于C3A及初期水化物，降低了减水剂分子浓度，分散作用小，坍落度损失加剧；当SO42-浓度较高时，大量的成核作用和石膏晶体的生成会产生假凝现象。只有SO42-的供给速度和含量合适时，即与C3A的量相对应时，水泥和减水剂的适应性就好；但脱硫石膏的掺量必须严格控制，掺量过多时，释放SO42-的速度比较快，将导致假凝现象。2.2.3水泥细度对聚羧酸减水剂的影响随着水泥比表面积加大(越细),混凝土坍落度损失加剧.主要原因包括:水泥越细, C3A水化速度加快,就会在早期吸附更多的减水剂,从而减少吸附在水化产物表面即游离在浆体溶液中减水剂分子,降低了减水剂的分散性和分散保持性。另外，水泥本身具有凝絮作用，水泥越细，凝絮作用越明显，破坏这种凝絮结构所需要的减水剂越多。所以在减水剂掺量相同的条件下，水泥越细，其分散性、分散保持性越差。现在很多厂家为追求早强，一味提高水泥磨细程度，对于这一类水泥，为了达到较好的分散、塑化效果，必须提高减水剂掺量。2.2.4混合材对聚羧酸减水剂的影响普通硅酸盐水泥都掺加一定量的混合材，如粉煤灰、粒化高炉矿渣、煤矸石、石灰石、沸石等，由于混合材的种类、性质、掺量，引起聚羧酸减水剂对水泥的分散、塑化效果也不同。按照规范，普通硅酸盐42.5水泥粉煤灰最大掺量为15%，但目前助磨剂的广泛使用，普通硅酸盐42.5水泥中混合材实际掺量为25%30%，混合材以粉煤灰和粒化高炉矿渣为主，石灰石、煤矸石等辅料掺量不会超过混合材总量的10%。粉煤灰内部多孔，其颗粒多为球形，颗粒表面包裹着一层致密的玻璃体，玻璃微珠效能增加混凝土的流动性，有利于降低单方混凝土的用水量，改善混凝土界面结构，从而提高混凝土密实性、强度、耐久性。但级粉煤灰含碳量较大，对外加剂的吸附作用比水泥颗粒大，所以当外加剂存在时，大掺量普通粉煤灰的水泥浆体尽管初始流动度尚可，但随着时间的推移，粉煤灰颗粒吸附较多的减水剂分子，致使1小时内混凝土坍落度出现较大的损失。粒化高炉矿渣硬度比水泥熟料高，外形为多棱角、无规则的颗粒，当磨到一定细度后多棱角、无规则的外形会得到显著改善，它与水泥颗粒或矿渣颗粒之间的接触点面积变小并具有斥水作用，对减水剂的吸附作用也小，所以用适量高炉粒化矿渣代理部分水泥可以改善水泥浆体的流动性，石灰石对减水剂的吸附作用也比较小，所以一般以粒化高炉矿渣和搭配适量石灰石可以改善水泥与减水剂的适应性。另外，沸石与煤矸石对减水剂分子吸附性强，与聚羧酸减水剂的适应性差。2.2.5碱含量对聚羧酸减水剂的影响碱含量对聚羧酸减水剂与水泥的适应性也有重要影响，过量的碱会和集料中SiO2发生反应，生成膨胀的碱硅酸盐胶凝，一方面导致混凝土开裂，另一方面降低了聚羧酸减水剂对水泥浆体的塑化作用，使水泥浆体的流动性损失加快，凝结时间急剧缩短，当可溶性碱含量过低时，减水剂掺量不足便会引起混凝土坍落度损失过快（在减水剂自身很敏感的情况下，我们多数同行就少掺减水剂，而放大水胶比，这是不会调整外加剂敏感性的表现，导致混凝水胶比过大，混凝土粘性较低，泵送施工泌水，强度无法保证，再加之坍落度损失加剧又加水，强度更低，这个误区必须纠正；至于如何调整减水剂敏感性，下一步结合图片给大家讲解）。当碱含量在0.4%0.8%，碱含量对减水剂与水泥的适应性影响小。2.2.6水泥新鲜程度和温度对聚羧酸减水剂的影响有拌混凝土配合比经验的技术人员都知道，水泥越新鲜，减水剂对其适应性越差，这是因为新鲜水泥较干燥，早期水化快，水化放热量较大，所以需水量就较大，而且对减水剂的吸附量也大，因为表现出减水剂减水率低，混凝土坍落度损失快等现象。另外，当水泥温度不超过70时对减水剂的塑化影响不大，当水泥温度超过80时（规范也有规定不能超过该温度值）对减水剂的塑化效果降低明显，当水泥温度更高时，导致二水石膏脱水变成无水石膏，需水量和外加剂吸附作用明显增大，坍落度损失明显加快，外加剂与水泥适应性更差。当现场使用刚磨出来还未来不及散失热量的水泥拌制混凝土时，往往是减水率降低，坍落度损失过快，甚至在搅拌机内出现假凝等异常情况，必须高度重视。从以上可以看出，水泥特性对聚羧酸减水剂与水泥的适应性影响很大，要获得与聚羧酸减水剂适应性好的水泥，须控制C3A含量、水泥细度与颗粒级配以及碱含量，须考虑石膏的形态和释放SO42-速度的影响，对石膏掺量的控制也应通过与减水剂适应性试验进行确认，优先考虑与减水剂适应性好的磨细高炉矿渣与石灰石作为普硅42.5水泥的混合材。另外，新出厂的水泥需放置一段时间后才使用。由于各种原因，现场水泥质量变得非常差，厂家因使用助磨剂后粉煤灰等外掺料大大增加，加之经济不景气，水泥厂家也低价中标，又大量增加粉煤灰等外掺料以降低成本，某些项目的水泥到岸价才250元/吨，在水泥里掺加了超过50%的粉煤灰，水泥需水量很大，达30%左右，28d强度不到45MPa,我在京福铁路项目时分部送水泥外检，福建金牛水泥28d强度才42.8MPa,某水泥28d强度才41.7MPa,也说明现场根本就没有做胶砂试件。2015年，我曾检查一个项目，龄期才2天，可试件在地上敲起来很清脆，龄期起码在60天以上，再仔细看，原来的龄期还没有擦干净，作假水平太差。再次要求大家：水泥胶砂一定要老老实实地做，根据标准稠度用水量和胶砂试件的干稀程度、胶砂颜色（发黑程度）、振捣后的浮在表面黑浆的多少可以推定粉煤灰等外掺料的掺量以及水泥28d强度，以便做配合比时作参考；千万千万不要死读验标去掺大量掺粉煤灰（设计配合比时）。二、矿物掺合料验标中粉煤灰和矿粉的性能指标常见矿物掺合料的种类有：粉煤灰、磨细矿渣粉、硅粉，在混凝土中主要作用如下：填充骨料的间隙及形成润滑膜；吸收氢氧化钙，改善过渡区（火山灰活性效应），同时生成胶凝性产物；对水泥的分散作用，降低水胶比，改善水泥在低水胶比下的水化环境；延缓初期水化速率，形成较低水胶比、较大水灰比的有利环境；降低温升，改善徐变能力，减小早期形成热裂缝的危险。作用机理可概括如下：1.形态效应掺合料颗粒直径明显小于水泥，填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层，特别是粉煤灰颗粒呈球形状（优质的粉煤灰含大量玻璃微珠），它们共同在混凝土中起着良好的润滑作用，使拌合物流动性得以优化，可泵性能更好。放大镜下粉煤灰颗粒形状2.火山灰活性效应掺入活性掺合料后，微细粉在水化过程中能起微晶核作用，促进硅酸盐矿物的水化，提高了水泥石结构的密实度。同时能改善混凝土中水泥浆体与骨料间的界面结构。这不仅有利于混凝土力学性能的提高，而且有利混凝土耐久性的改善。3.叠加填充效应混凝土可视为连续级配的颗粒堆积体系，粗骨料的间隙由细骨料填充，细骨料的间隙由水泥颗粒填充，水泥颗粒的间隙由更细的颗粒填充。掺合料充当“更细的颗粒”，因而改善了混凝土的孔结构，对提高抗渗透性、耐久性都十分有利。(一)粉煤灰1.粉煤灰对新拌混凝土性能的影响粉煤灰的密度只有水泥的2/3（水泥密度在3.1g/cm3左右，粉煤灰的密度2.2g/cm3左右），掺加在混凝土中的粉煤灰将上浮，产生“对流”作用；另外粉煤灰等量取代水泥，由于其密度小，故混凝土的浆体体积增加。这两种因素导致混凝土的流动性变好。优质的粉煤灰需水量比小于100%，意味着其需水量较水泥小，因此掺加一定量的优质粉煤灰，同时添加高性能减水剂时，可以大幅度降低水胶比，获得普通混凝土条件下无法达到的使用效果。粉煤灰对新拌混凝土的性能的影响归纳为：增加浆体含量、增大粘聚性、不易离析，改善可泵性，易振实。延缓拌合物凝结时间，减小坍落度损失，降低水化热。减小泌水速率，但凝结时间延长(尤其低温季节），需及早覆盖。但采用烧失量大的粉煤灰配制的混凝土工作性差，坍落度损失大，不易捣实，强度效应差（火山灰效应差），以及耐久性差（封孔固化和致密效应降低）。因此对粉煤灰烧失量应严格控制。粉煤灰中未燃烧的碳颗粒对减水剂和引气剂有很强的吸附作用，尤其是对引气剂，故冻融环境下应严格控制粉煤灰烧失量，严重冻融环境破坏环境下粉煤灰烧失量不应大于3%。2.现场粉煤灰存在的问题(1)粉煤灰中有油,碳颗粒吸附油污浮在混凝土表面。废弃混凝土放置在斗车静置10分钟后面上一层油和碳颗粒（蒙华铁路） 出机状态非常好的桩基混凝土（蒙华铁路）上图状态优良的砼在搅拌机中做坍落度损失时浮在混凝土表面的油和碳颗粒 浮在混凝土表面的油和碳颗粒非常严重 粉煤灰清水试验：左杯水面漂浮一层黑色煤灰，且烧失量为11%（成贵铁路）粉煤灰中有油污的原因：发电厂开机或负荷不够的时候，要喷0#柴油或重油，煤燃烧更充分，使电力更足，因而粉煤灰中就有残留的油。这个问题没有办法处置，只有将粉煤灰倒掉，或将粉煤灰用于临建或桩基水下混凝土，须少掺粉煤灰，但混凝土必须粘性好，能吸附、包裹一部分碳颗粒和油污。（2）脱硝粉煤灰导致混凝土中有氨气的味道至于这个问题，很多人认为是外加剂造成的，其实不是，是粉煤灰造成的，由于电厂采取脱硝的环保措施，导致粉煤灰中有NO3-，NO3-遇到水泥中的碱产生氨气，在拌制混凝土时就能闻到一股刺鼻的味道，对隧道喷射混凝土、二衬混凝土作业人员影响较大，出现眼睛发红、嘴唇发肿等症状，对环境有影响，但对混凝土工作性、力学、耐久性能没有影响。（3）可能是假粉煤灰，用煤矸石磨细而成，没有活性。对于这类粉煤灰，先用4040的显微镜观察，有无玻璃体；然后取少量溶于烧杯，看沉淀物；或做活性指数。（4）粉煤灰供应厂家一般都是经销商，来自多个电厂。进场取样进行细度、需水量比检测，并观测外观颜色。（5）前期配合比设计的粉煤灰质量较好，供应过程中质量变差，波动较大。设计配合比时候不要理想话，宜少掺粉煤灰。（6）粉煤灰进场时，供应商有意在罐车表面装一层好灰，现场进场验收不严，取样不具有代表性，导致质量较差的粉煤灰进入施工现场。购买水泥取样器从上至下深沉取样。（7）部分粉煤灰是经过二次粉磨的，玻璃体结构在粉磨过程中遭到破坏，导致粉煤灰活性降低，混凝土和易性变差。宜少掺粉煤灰。（8）粉煤灰中掺干粉减水剂，导致需水量指标能达级。取样后按配合比试拌桩基混凝土，并和留样粉煤灰试拌效果做比对，发现异常及时清场。3.关于粉煤灰的最佳掺量根据铁路混凝土施工工程施工质量验收标准（TB10424-2010）表6.4.5和表6.4.5的规定，结合设计图纸中地下水、地表水、空气对混凝土的环境作用类别、等级以及原材料质量和施工控制水平确定单掺粉煤灰的量。 成贵铁路掺30%粉煤灰混凝土外观差但我个人认为表6.3.4是错的，水胶比和对应的措施是反的，且得到95%以上同行的认可。因为前面已经强调了，高性能混凝土是以耐久性为主要指标，水胶比越小，混凝土结构越密实，抵抗外界不利环境作用的能力越强，如混凝土处于氯盐环境，水胶比0.40的混凝土耐久性肯定比水胶比0.40的混凝土好，掺粉煤灰的目的是提高混凝土耐久性，可耐久性越好的混凝土（水胶比0.40）的掺量却越大，而耐久性越差的混凝土（水胶比0.40）的掺量却越小，岂不成耐久性好的越好，耐久性差的越差吗？ 另外，从粉煤灰混凝土的起源说起，西方因工业化很早，导致出现大量的粉煤灰，只能采取填埋措施，费时、费力也污染环境，之后才从废品处理的角度出发，才试着将粉煤灰掺到混凝土，结果却出现了意想不到的情况，若干年后，掺粉煤灰的混凝土依然完好，不掺粉煤灰的混凝土早已破坏，从这个角度出发，低标号的混凝土是不是应该多掺粉煤灰呀？ 关于粉煤灰掺量的问题，由于水泥有大量的粉煤灰，有的多达50%，加之现场粉煤灰质量差。粉煤灰质量和煤有很大关系，好煤出好灰，好煤不出灰；最好的粉煤灰发白，其次发黄，发黑最差；我国最好的灰是神华煤，出的灰很好；而进口的越南、马来西亚的煤出的粉煤灰就差；所以我历来主张少掺。假如H1环境（化学侵蚀），水胶比0.40时，按照规范，应掺3050%，水胶比0.40掺2040%，前面已经讲了，觉得这个规范是错的，因为从耐久性出发，水胶比越小，耐久性越好，应该少掺粉煤灰，当然规范既然已经规定了（没有勘误），还是要执行，假如C30的水下桩，胶材390，用水量154，水胶比0.395（保留三位，计算精确，便于换算），这时候至少要掺30%的粉煤灰，可现场外加剂和粉煤灰都差，掺不了30%，咋办？这时候把外加剂的水算进去，假如外加剂3.9，20%的含固量，则外加剂有80%的水（3左右），在加原始用水量154，则是157，水胶比就变差了0.403，这时候就可以少掺粉煤灰了，20%、22%，25%都可，一定要变通，根据多年的经验，合格的级粉煤灰掺量宜为2025%，不宜大于25%。粉煤灰中有油，烧失量11%，掺30% 后混凝土性能不佳，外观极差（成贵铁路）（二）矿粉矿粉是炼钢过程中排出的工业废料，主要成分是SiO2、Al2O3、CaO、MgO等.经过水淬急冷后的矿渣，其中的玻璃体含量高，体积不稳定，潜在活性大，但必须经磨细才能使潜在活性发挥出来，故铁路验标规定矿粉的表面积为350500/，在混凝土中，1矿粉28d龄期强度作用将超过1水泥。1.矿粉对混凝土流动性影响由于矿粉需水量较水泥低，在合理的掺量范围内，随着矿粉掺量的增加，混凝土流动性增加，尤其是对强度等级高（C50以上）的箱梁混凝土，有效的解决了低水胶比和大流动度这对矛盾。但随着矿粉掺量的增加，水胶比降低，坍落度增大，虽然混凝土流动性较好，但混凝土粘性增大，且伴随有泌水、泌浆现象,混凝土存在粘盘现象，现场施工不便。故单掺矿粉的混凝土取代水泥量宜为2030%，2.矿粉对混凝土强度的影响混凝土中掺加适量矿粉，矿粉参与二次水化，在反应过程中吸收大量游离Ca(OH)2晶体,使混凝土中尤其界面过渡区的Ca(OH)2晶体变小变少，由于Ca(OH)2晶体被大量吸收反应，C3S、C2S的水化反应速度加快，水泥浆与骨料界面粘结强度剂水泥浆体孔隙结构得到改善，提高混凝土密实性，从而提高混凝土的强度，使得混凝土早期强度基本不受影响，后期强度因矿粉不断参与二次水化反应使混凝土强度得到快速、较大增长。矿渣粉越细，活性越高，收缩也随之加强，从减少混凝土收缩开裂的角度考虑，矿粉比表面积不宜超过500/,最好不要超过450/。（三）粉煤灰和矿粉“双掺”的效应单掺粉煤灰会降低混凝土早期强度，为弥补这一缺陷，可以复合掺入活性较高的矿粉，通过火山灰效应，提高早期强度。粉煤灰和矿粉的复掺，不仅是简单的混合，而且是有意识地使两种混合材料取长补短，在强度上产生一定的互补作用，体现单掺所不具备的优势，弥补单掺粉煤灰混凝土早期强度低的缺陷。双掺后可以有效提高混凝土各项性能，如和易性、粘结性、可泵性，降低混凝土坍落度损失，减小混凝土内部早期干缩，是硬化后的混凝土结构更密实，混凝土早期强度和后期强度都有较大提高，抗渗性、抗冻性、耐化学侵蚀的能力也显著改善，产生的叠加作用更明显。1.混凝土“工作性互补优势”对于新拌混凝土，发挥粉煤灰的“形态效应”。粉煤灰中富含球状玻璃体对砂浆起“润滑”作用，增大了混凝土的流动性，减小泵送阻力，改善由于矿粉的掺入所导致的混凝土粘性提高，泌水性增大的趋势，所新拌的混凝土得到最佳的流动性和粘聚性。2.混凝土“强度互补效应”粉煤灰等量取代水泥时，28d强度基本都比不掺粉煤灰混凝土强度低，而矿粉在合适的掺量下会使混凝土28d强度稍有提高，因此，二者有较好的“强度互补优势”。二者复合使用还可兼顾混凝土早期和后期强度，早期发挥矿粉的火山灰效应，改善浆体和界面结构，弥补由于粉煤灰的火山灰效应滞后于水泥熟料水化，从而使得火山灰反应生成物和水泥水化生成的胶凝数量不足导致与未反应的粉煤灰之间界面粘接不牢固引起的早期强度损失；发挥级粉煤灰的火山灰效应所带来的孔径细化作用以及未水化的粉煤灰颗粒的“内核作用”。使混凝土后期强度持续提高。（四）双掺粉煤灰和矿粉的比例前面提到：单掺粉煤灰不宜超过25%，单掺矿粉的量宜为2030%。但针对水泥-粉煤灰-矿粉胶凝材料体系，掺量不能简单叠加，粉煤灰的掺量以不超过25%为宜，粉煤灰和矿粉掺量以不超过40%为宜（粉煤灰和矿粉比例宜为2:1、3：2、1:1），但根据我的经验，最佳比例宜为2：1，可充分发挥矿粉的早期强度，也能发挥粉煤灰的后期强度优势，配合比也更经济（矿粉最贵、水泥其次，粉煤灰最便宜），同时建议采用60d或90d强度作为混凝土评定标准，以充分利用混凝土的后期强度。严禁矿粉掺加比例大于粉煤灰，不仅因水化热过大而易造成开裂，而且配合比也不经济，但沿河地区海工混凝土除外。另外，由于C50箱梁才采用“双掺”方案，为确保配合比科学、合理、经济、适用，可在夏季和冬季各准备一套配合比。夏季气温高，混凝土水化热和较高，混凝土强度发展较快，配合比可适当增加混合材掺量(建议为40%，其中级粉煤灰25%，S95矿粉15%)，冬季因温度低，强度发展较慢，张拉龄期滞后，为满足施工需要，可适当降低混合材掺量（建议为30%，其中级粉煤灰掺量20%，S95矿粉10%）。三、粗骨料（一）铁路验标的规定验标对粗骨料的要求（二）粗骨料对混凝土性能的影响粗骨料在混凝土中起到骨架的作用，且所占比例最大，对混凝土的强度与配合比都有重大影响。粗骨料通过其自身强度、形状、粒径、级配、表面特征影响混凝土： 粗骨料自身强度必须大于所配混凝土的强度，所以高强度混凝土必须使用高强度粗骨料； 粗骨料的形状也会影响混凝土的强度，针状、片状的粗骨料由于其组成的骨架受力状态不好，会降低混凝土的强度； 粗骨料的粒径太小，则骨架的受力状态变差、密实度降低，会降低混凝土的强度，太大，则构件性能的离散性增加，在钢筋混凝土中还会影响施工； 粗骨料级配好，则密实度高，混凝土强度增加； 粗骨料表面特征对混凝土的强度与配合比都有较大影响，如碎石表面比卵石粗糙，它与水泥砂浆的粘结性较强，在相同水灰比时，混凝土强度会高些。在粗骨料所有指标中，最关键的是岩石抗压强度和碱活性，如果这两个指标不合格，该粗骨料严禁使用，这是原则上的问题。1.碱活性碱活性不合格将发生碱骨料反应，碱骨料反应是指混凝土中的碱性物质（水泥、外加剂中均含有碱性成分）与砂石骨料中的活性成分发生化学反应,从而引起混凝土内部膨胀，时间长了会导致混凝土疏松、强度降低、开裂、剥落等，造成混凝土的破坏碱骨料反应给混凝土工程带来的危害是相当严重的，因为碱骨料反应时间较为缓慢，短则几年，长则几十年才能被发现。碱活性反应的检测方法主要有：岩相法、快速砂浆棒法（碱硅酸反应）、岩石柱法（碱碳酸反应）、化学法。岩相法是定性分析骨料的矿物组成和类型进行检验，是碱活性的定性分析，砂浆棒法和岩石柱法则是对碱活性的定量分析。粗骨料的快速砂浆棒膨胀率应小于0.30%。当粗骨料的快速砂浆棒膨胀率大于0.10%且小于0.20%时，单方混凝土碱含量小于3；当粗骨料的快速砂浆棒膨胀率大于0.20%且小于0.30%时，除单方混凝土碱含量小于3外，还应对混凝土采取碱-骨料反应的抑制措施，并经试验证明抑制有效。梁体、轨道板、轨枕、接触网支柱等构件种使用的粗骨料的快速砂浆棒膨胀率小于0.20%。粗骨料的岩石柱膨胀率应小于0.10%。2.强度粗骨料分卵石和碎石,其强度可用岩石抗压强度或压碎值指标两种方法表示。岩石的抗压强度采用直径50mm的高50mm的圆柱体或边长50mm的立方体试样测定,强度要求大于混凝土强度的1.5倍(预制梁则是2倍),也不能小于45MPa,一般的花冈岩等非变质岩都可达100MPa以上。压碎值指标是取石料中1020mm的石子在专用的试样筒中,施加200KN的力,卸载后用2.36mm的筛子过筛,测筛下的粉末所占比例的多少来衡量骨料的强度 ,混凝土强度等级高,要求就会相应高些。强调一下：我们的同行有很多误区，不知道压碎指值是碎石强度的另一种表示方式，过多考虑压碎值，而不去做母材抗压强度，当母材抗压强度较高时，可不太在意压碎值，因为碎石的压碎值大小和碎石粒形和种类有很大关系，如某些粗花岗岩母材强度可达200MPa左右，可压碎值一般都超标（我在广珠铁路时候遇到过，为了降低粒性对压碎值的影响，请民工锤后挑选最好的粒形做压碎值10多次，依然全不合格）。还有一个误区，我们有些同行普遍说：花岗岩用作预制梁碎石不好，用灰岩好，有的说花岗岩弹模偏小，有的说弹模偏大。我个人认为：用花岗岩制梁是很好的，因为花岗岩普遍强度较高，故弹模较高（刚度好），导致荷载变形很小，这是好事呀，可咋变差坏事了呢？一味考虑大的冲击荷载导致变形结构破坏（因弹模高，变形小），却不知道我们预制梁受的施工荷载比运营荷载大好几倍，荷载问题人家设计院都考虑了，这不是我们试验人员考虑的问题，我们那点理论也没有资格去考虑，而且是乱替古人担忧，大家说混凝变形大好还是变形小好嘛？ 3.颗粒级配混凝土本身是一个填充结构，大碎石留下的孔隙由小碎石来填充，小碎石留下的孔隙有河砂来填充，河砂留下的孔隙有水泥来填充，水泥留下的孔隙由粉煤灰或矿粉来填充，使得混凝土密实性、耐久性更好，故铁路混凝土要求碎石须是连续级配。混凝土中碎石是连续级配,而是混凝土中的粗骨料都要求连续级配,可以减少孔隙率,提高混凝土的和易性和强度,减少浆体体积,提高体积稳定性。至于如果要几个单级配确定最佳的搭配比例,这个须经过试验,没有确切的比例,建议将几个不同单级配按不同的比例进行紧密堆积试验,紧密堆积密度最大的就是比较好的。还可以将单级配筛分后，根据连续级配的要求进行搭配。另外，可用一套规定筛孔尺寸的标准筛对某一粗骨料混合料进行筛分析,所得到的级配曲线是一顺滑的曲线,具有连续线，且符合级配范围，则也是较好的连续级配。关于大小碎石级配比例的调整，现场问题也很多，把碎石筛分级配比例和混凝土大小碎石级配比例混为一谈，如碎石筛分最佳级配为小：大=3：7，我们很多试验人员就把混凝土配合比碎石小：大比例也是3：7，这是两回事，碎石筛分我们讲级配比例最佳曲线3：7是没有错的，但是我们做配合比时，小碎石适当取下限，大碎石适当走上线，这样降低比表面积，节约水泥，降低用水量，增加混凝土流动性，这时候碎石比例我们可定为20：80、22：78、25：75、28：72，但绝对不能是30：70。 昌赣铁路碎石针片状太多，且未水洗 丽香铁路碎石针片状太多，且未水洗，大碎石夹杂小碎石较多 蒙华铁路（湖南浏阳段）碎石中有大量云母，严禁使用四、细骨料（一）铁路验标对细骨料的性能要求细骨料的快速砂浆棒膨胀率应小于0.30%。当细骨料的快速砂浆棒膨胀率大于0.10%且小于0.20%时，单方混凝土碱含量小于3；当细骨料的快速砂浆棒膨胀率大于0.20%且下于0.30%时，除单方混凝土碱含量小于3外，还应对混凝土采取碱-骨料反应的抑制措施，并经试验证明抑制有效。梁体、轨道板、轨枕、接触网支柱等构件种使用的细骨料的快速砂浆棒膨胀率小于0.20%。（二）河砂对混凝土性能的影响1.含泥量黏土的吸附作用造成聚羧酸减水剂的减水率下降。在混凝土搅拌过程中，聚羧酸减水剂被黏土吸附了一部分，被吸附的减水剂失去了其减水的功能，使得聚羧酸减水剂的减水率降低，随着含泥量的增加被吸附的减水剂也增多，因此随着集料含泥量的增加聚羧酸减水剂减水率也就随之降低。减水剂被黏土吸附了一部分后，由于要使配制的混凝土达到同样的流动性，则需增加用水量，从而增大了混凝土的水胶比，导致混凝土抗压强度的降低。同样，随着含泥量的增加，减水剂被黏土吸附量越来越多，混凝土需要达到同样的流动性时，用水量也随之增加，混凝土抗压强度也将随着含泥量的增加而进一步下降。我们知道，在相同的含泥量情况下，减水剂被黏土吸附的量是固定的，而聚羧酸减水剂掺量增大时，减水效果就会变好，减水效果提高，水灰比减小，所配制的混凝土抗压强度就会相对较大。在水泥、砂、石和水用量不变的情况下，对用含泥量高的集料配制混凝土时，可通过适量增加聚羧酸盐水剂的量来降低因集料含泥量对减水率及抗压强度的影响，即通过多掺聚羧酸减水剂来改善预拌混凝土的性能，进而提高混凝土的抗压强度。可我们的同行还在机械地执行公司所谓精细化的规定，不管材料多差，骨料含泥量多大，减水剂掺量只掺1.0%，加之低价中标，减水剂厂家只能看菜下饭，导致混凝土差的惨不忍睹，试想一下，我们的同行若在这样的环境中去供应减水剂，你能供好的外加剂不？试验室只管混凝土质量，不管成本，该掺多少就是多少，掺到2.0都和试验室没有关系，也相当于变相给减水剂涨价，确保混凝土质量，但算水胶比的时候，要把减水剂中的水算进去，千万不要给物资部门当替罪羊，而一旦混凝土不好就是试验室的责任，我们的项目经理不重视试验工作，和我们现场的试验室主任对内、对外、业务能力差是分不开的，就你们那混凝土质量，我是项目经理也要给大家少发奖金。但机制砂中的石粉不同于黏土、泥块，少量石粉在混凝土中有调整混凝土和易性、提高混凝土韧性的有利作用，可善加利用，但不能超过10%（C35及以下混凝土）。 丽香铁路机制砂泥、石粉含量非常严重现场调整丽香铁路昆明公司的C30桩基配合比混凝土性能优异（用最差的材料）现场调整丽香铁路一公司C35桩基配合比混凝土性能优异（用最差的材料）2.云母含量对混凝土的影响河砂砂粒是颗粒状，云母是鳞片状，且具油脂光泽。放在手心里用手一抹，粘在手上的一般就是云母类，因静电的关系，不容易抖落，象银光粉一样，在太阳下精光闪闪。铁路验标中河砂云母含量规定值是0.5%，河砂中云母含量过高，不但影响混凝土拌和物的和易性，而且影响混凝土的强度、耐久性，引起混凝土的膨胀裂痕等（云母成分是CaO、MgO、Al2O3）。当云母在骨料中的含量达到2%时，混凝土工作度损失几乎达到50%；当云母含量达到10%时混凝土的坍落度降低到零。云母外观关于云母对混凝土工作性的影响， 2015年7月前，我都没有遇到过，更没有去研究和分析过，在蒙华铁路28标（湖南平江县汨罗江）和昌赣铁路11标（江西兴国县）。2015年8月5日，用含有云母的河砂拌混凝土，根本就拌不出来，混凝土成团，没有塑性，掺3%的纯母液也拌不出来，接连换了3个外加剂厂家也是一样的效果，才停下来查找原因，初步确定是云母导致混凝土无工作性，换另外一种无云母的河砂，掺量1.0%减水剂，混凝土工作性很好，再检测云母含量，试验人员戴着放大镜，挑了一下午，云母含量已达2%了，可河砂中依然还有大量云母颗粒，估计云母含量应该在10%左右，云母第一次给我留下极其深刻的印象。 蒙华28标河砂中含大量云母昌赣铁路11标（江西兴国县潋江）河砂细度模数在2.5左右，但0.315以下颗粒较多，且坚固性不好，使劲搓、磨河砂，颗粒变成更细粉末，加之云母含量超标，碎石针片状较多，泥、石粉含量较高，加之配合比是外委设计的，设计水平较低，现场材料比选定配合比时差的很多，多种不利因素相结合，导致混凝土性能非常差，拌出来的混凝土更象混合料，根本不是混凝土。 这里必须强调：刚开工，配合比是委外设计，但必须是施工单位去委外单位借用场地亲自设计，因为自己设计的配合比自己好调整，委外单位的水平也不见得很高，就以上两个桩基配合比而言，问题较多，如何调整，将在后面讲解（这个配合比难道极高），以上两个委外配合比存在的问题：第一个配合比容重2400/m3，偏重，一般桩基配合比容重在23502380/m3，设计时取2360/m3最好，原因我下一步讲;粉煤灰掺量30%,掺的太多,设计者很理想化;砂率42%偏大,因为0.315以下颗粒较多;水胶比0.40偏大,导致混凝土没有粘性，致使混凝土没有扩展度。第二个配合比问题更多，配合比容重2400/m3;粉煤灰掺量30%,掺的太多,设计者很理想化;砂率43%偏大较多,因为0.315以下颗粒较多;水胶比0.42偏大较多,导致混凝土没有粘性，致使混凝土没有扩展度。五、减水剂（一）铁路验标对聚羧酸减水剂性能要求1.首先给大家澄清几个概念性的问题：（1）减水剂有三种，一种是普通型、一种是高效型，一种是聚羧酸高性能型。（2）规范中“1h坍落度经时损失（用于泵送混凝土时）”在日常抽检中未要求，是非常不应该的，是规范的失误，坍落度损失是非常重要的指标，是非常有必要检测的，泵送混凝土更应该检测。（3）规范对减水率、含气量、泌水率比、凝结时间差、收缩率比时，混凝土坍落度宜为7090；可没有对压力泌水率比（用于泵送混凝土时）、1h坍落度经时损失（用于泵送混凝土时）这两个指标的坍落度进行说明，大家也不知道是多少。这时候应该把规范读活，回头去看GB8076混凝土外加剂。这两个指标的坍落度应控制在21010，从另外一个角度想一想，泵送混凝土的坍落度7090能不能泵送？所以要把铁路验标和GB8076混凝土外加剂结合起来。某些铁路建设单位有分管试验的工程师（还算内行），居然要求聚羧酸减水剂所有指标的坍落度都控制在21010，是完全错误的，我在此就不点这个业主的名了，又是典型的屁股指挥脑袋。（4）关于高性能聚羧酸减水剂的抗压强度比编造混乱。我们就以缓凝型聚羧酸减水剂为例，铁路验标中“7天抗压强调比为140%，而28天抗压强度比为130%”；假如减水率为28%，7天抗压强度比应该180以上，28天抗压强度比7天低1015，即为165170以上，很多外加剂厂家技术人员就根本没有进行该指标检测，施工现场也乱编数据，这个现场非常普遍。（二）减水剂对混凝土性能的影响1.减水剂对混凝土和易性的影响影响新拌混凝土和易性的因素很多，主要包括水泥、集料、用水量、减水剂的性质及其用量、以及温度等，当其他条件相同时，则和易性与减水剂的种类和掺加量有一定的关系，适量的减水剂掺入到混凝土中，由于物理化学作用，能迅速观察到和易性的改善，测得坍落度值的增大，掺加高性能减水剂对新拌混凝土和易性的改善更显著。减水剂掺量不足，水泥颗粒不能完全分散，显得混凝土浆体偏少，包裹性差，流动性差，若要保证适当的施工流动性，须加水补充，导致混凝土水胶比偏大，混凝土粘性差，泵送施工易泌水、离析，混凝土强度离散性较大；同时坍落度损失加剧，现场施工再加水，混凝土强度根本得不到保证，更谈不上耐久性合格了？可减水剂掺多少合适？大家不知道咋精细控制，这时候感觉和经验很重要，看出机混凝土气泡的多少、大小，气泡周围浆体的颜色，若发黄、发黑，则减水剂过掺；也可以在混凝土静置3分钟后看混凝土的沉底、板结情况，以及混凝土四周的泌浆、泌水现象（碎石包裹性差），来判定减水剂是否过掺。这是教大家一个最实用的笨办法，在混凝土振捣、敲击后，表面有零星象油渍一样的小圆点，则代表外加剂掺量为最佳。 减水剂掺量最佳的表现 外加剂掺量过大，板结泌水严重，浮浆和气泡严重，极易断桩外加剂掺量稍大，浆体丰富，混凝土表面有黑浆混凝土流动性好，粘性好，流动性好，且表面发光（不是泌水），只是外加剂掺量稍稍过了一点（但适合长距离运输），但含气量较大外加剂过掺，粉煤灰中碳颗粒上浮，混凝土含气量增大由于坍落度随时间而下降，为了保持施工性能所需的和易性，可采用减水剂后掺工艺、分批添加减水剂（补偿混凝土坍落度损失），或减水剂与缓凝剂复合使用都可以有效地控制混凝土的坍落度损失，当然这是没有办法的办法，如何真正保证混凝土性能，又节约成本，节约成本，这个问题将在下一步讲解。2.减水剂对混凝土工作性和用水量的影响混凝土工作性主要取决于减水剂，在高性能减水剂出现以前，我个人认为：混凝土工作性的包含的三个方面：流动性，粘结性、保水性是相互矛盾的，流动性和粘结性是非常矛盾的，而高性能聚羧酸减水剂成功解决了流动性和粘聚性的矛盾，因为高性能聚羧酸减水剂的减水率在25%以上，在混凝土坍落度相同的情况下，掺聚羧酸减水剂的混凝土用水量比基准混凝土单方用水量少60以上，混凝土粘性更好，流动性更佳（这时候想起我们面条的劲道，没有劲道的面条是拉不长的，劲道就是我们的粘性，没有粘性就千万不要谈混凝土的流动性），可泵性自然更加好，没有泌水现象，混凝土匀质性更好，强度更均匀，施工缝消失，实体工程外观更好。说到这里，我也想起以前的混凝土老规范，在不掺减水剂的情况下，每增加5水，坍落度增加20，这个规律我可是牢记了很多年，现在已经落伍了，所以混凝土技术人员必须与时俱进。对聚羧酸减水剂而言，用了很多年，用15000元/吨用到2000元/吨，体会很多，真是一言难尽。首先聚羧酸第一罪状就是敏感性，但有经验的就会很好的利用敏感性，时时在提醒我们，掺量差不多了，可我们的技术人员没有总结，只知道敏感性的后果，可没有好好的利用敏感性，找了这个点，就像我们炒菜的盐、味精，没有千万不行，多了更不行，可天下有多几个真正的食客呢？不会做菜的人和不会品菜的人连做配合比的资格都没有。3.减水剂对混凝土泌水性的影响由于减水剂低价中标，功能单一，只具有减水功能，且敏感性极强，我们的同行为降低减水剂的敏感性，只能采取少掺减水剂的办法，导致增大混凝土水胶比，混凝土泌水（不同于板结、泌水）混凝土没有粘性，泵送施工困难，强度离性性较大，主要原因是我们的同行不知道咋调整减水剂的敏感性。混凝土泌水有可能使刚浇筑的混凝土分层、离析产生裂痕，导致混凝土强度和耐久性等一系列的恶化。混凝土中掺如适量减水剂，尤其是掺入引气的减水剂，可明显减低混凝土泌水量，但混凝土中掺入聚羧酸减水剂，由于其高减水率，导致混凝土中的水泥-水悬浮体系稳定性急需发生变化，颗粒沉降速度加快，导致混凝土泌水，甚至板结。 4.减水剂对水化热的影响水化热对大体积混凝土特别重要，象山峡工程这样的混凝土，曾专门生产大坝水泥，掺入减水剂后，28d内总热量和不掺减水剂是低，且能推迟水化热到来的时间和降低峰值。主要原因：减水剂吸附在水泥颗粒表面，起抑制延缓水泥水化作用；另外，在相同工作性、力学性能、耐久性的条件下，掺减水剂的混凝土水泥用量相对较少，因而导致水泥早期水化速度减慢，混凝土水化热延缓产生，总水化热降低，有利于大体积混凝土由于水化热产生裂缝。5.减水剂对混凝土强度的影响就合理的混凝土结构而言，决定起其强度的重要的因素是孔隙率，混凝土内部的孔隙率主要与水胶比和水泥的水化程度有关。由于减水剂的掺入，使混凝土的水胶比有较大幅度的降低，因而混凝土内部孔隙体积明显减少，混凝土更为密实，混凝土抗压强度显著提高。一般情况下，混凝土强度的增长率和减水剂的减水率有密切关系，混凝土强度增长的原因是由于减水剂的分散作用是水泥的有效利用率得到提高，致使混凝土抗拉、抗折等强度有相应提高，但没有抗压强度增长率大，同样对混凝土弹性模量也有提高。 6.减水剂对收缩、徐变的影响 影响混凝土收缩的主要原因有：用水量、浆集比，含气量等，掺加减水剂的混凝土对收缩的影响可归纳为：一是在配合比不变的情况下，改善混凝土的和易性，提高混凝土的坍落度；二是在坍落度不变的情况下，减少用水量，适当增加集料，提高混凝土强度；三是用水量减少，水胶比和强度不变的情况下增加集料用量节约水泥。试验证明：掺减水剂改善混凝土和易性，增加坍落度时，其收缩、徐变值接近或略大于不掺减水剂混凝土；掺减水剂增强或节约水泥用量时，混凝土收缩、徐变值小于不掺减水剂混凝土，且掺减水剂增强混凝土收缩、徐变值最小。 这里重点介绍一下浆集比这个影响混凝土强度的指标，浆集比水泥浆和集料的质量比，合适的浆集比有利于混凝土的工作性、施工性能、力学及耐久性能。但浆集比增大，混凝土强度和耐久性会降低。但由于现场减水剂敏感性强，不能多掺，所以很多同行就少