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摘要：在全国公路工程建设市场大力推行标准化建设的今天，参建各方对砼结构物外观的关注度越来越高。影响砼外观的因素诸多，其中砼拌合物本身的性状是其中的关键因素。由于不同的水泥品牌和外加剂品牌存在配方上的差异，拌制出的砼拌合物在塌落度损失、流动性、保水性、粘聚性以及含气量等性能指标上也存在较明显的差异，导致成型后的砼结构物外观好坏不一。然而，通过调整外加剂配方来适应水泥、调整砂率、水灰比等方式，往往不能彻底改变砼性能以及成型后的砼外观。本文作者结合广东省某高速公路TJ1标项目施工经验，对利用掺配矿粉改善砼拌合物性能、进而改善砼外观的效果进行探讨。
关键词：矿渣粉；水泥；外观
一、行业状况
在海工项目和铁路项目中，砼中掺入矿渣粉及粉煤灰的情况较为常见。而在高速公路项目中，因矿粉成本较高，且质量不稳定，使用较少。尤其在广东高速公路市场，砼配合比中极少考虑掺入矿渣粉。
二、项目建设过程中砼结构物存在的问题
在广东省某高速公路TJ1标结构物开始施工前，项目部进行了多次试验柱施工。通过控制原材料质量、调整砂率、调整水灰比、调整脱模剂、控制施工工艺等措施，不断总结经验，改善外观。在进行了多次试验，排除了施工工艺原因后，砼结构物外观仍不太理想。混凝土拌合物普遍存在混凝土含气量大、保水性较差、粘聚性差、塌落度损失较大的问题。砼浇筑成型后，普遍存在表面气孔多、部分结构物有蜂窝麻面、色泽不均匀、表面无光泽等现象。尤其是结构钢筋较密的薄壁空心墩等部位，以上问题较突出。
图 2-1：混凝土色泽不均匀 图2-2：混凝土表面气孔较多
三、存在问题的原因分析
1、核心原因分析
在严格控制了施工工艺的前提下，砼结构物外观仍存在诸多问题。通过对各种因素的综合判断分析，说明问题主要存在于砼拌合物。成型后的结构物外观欠佳主要原因是混凝土含气量、保水性、粘聚性、和易性没有达到良好状态。一旦解决这四个问题，再严格控制施工工艺，混凝土外观自然能达到良好状态。
2、混凝土表面气孔多的原因
混凝土中的气泡是无法避免的问题，混凝土的含气量控制在合理范围对混凝土性能是有益的。混凝土拌合物含气量大主要是因为混凝土中加入的聚羧酸类外加剂造成的，混凝土拌合物气泡过多的问题可以通过调整外加剂配方从而减少含气量。现场浇筑过程中，如果混凝土和易性良好，振捣工艺合理，可将混凝土中的大部分气泡通过振捣棒带出。
3、外加剂与水泥的适应性
外加剂与水泥的适应性、外加剂本身的质量对混凝土性能起着关键性作用。TJ1标段外加剂为聚羧酸类高效外加剂，首选厂家为江西瑞金市辉腾建筑材料有限公司，备用厂家为广州市佳能工程材料有限公司。在混凝土试配阶段，我们采用两种不同的外加剂做了大量的试验工作，在施工过程中也要求外加剂厂家对配方进行不断的改进调整，力求通过不断的试验调整改善结构物外观。但混凝土始终没有有效解决含气量大、保水性较差、粘聚性差、和易性不好这四大核心问题。
4、水泥的原因分析
水泥本身的质量，是决定砼拌合物质量和成型后的结构物外观的最关键因素。TJ1标所用的水泥为广东某水泥厂生产的P.O42.5R水泥，通过工地试验室及检测中心对水泥的检测， 水泥的五大常规指标均合格。水泥配方中无矿渣粉。
四、试验方案及结果
在严格控制施工工艺、砼原材料质量、砼搅拌质量后，砼拌合物性能和结构物外观仍不太理想。通过多次分析讨论，结合海工项目和铁路项目的施工经验，我们尝试着在砼配合比中增加矿粉代替部分水泥的方案，来验证掺入矿渣粉后砼拌合物性能和成型后结构物外观的改善情况。
试验方案：为验证高炉粒化矿渣粉（简称矿渣粉）是否能提升混凝土性能、改善结构物外观，掺入 20%矿渣粉等量替代P.O42.5R水泥进行试配试验。
试验室试配：本次试配两个不同标号的砼，分别为圆柱墩的C35砼和薄壁空心墩的 C40 混凝土
1、圆柱墩C35砼试配情况：
（1）采用P.O42.5R水泥、辉腾外加剂、韶钢钢铁厂矿渣粉。外加剂掺量1.1%；水泥用量较常规配比（不掺矿渣粉）减少20%，用矿粉代替。配合比如下：
（2）混凝土拌合物性能情况
本次所试配的混凝土和易性、保水性、粘聚性情况良好，1 小时塌落度损失仅为 15mm。本次试配的混凝土性能比之前 同标号不掺矿渣粉的混凝土性能有较明显改善，混凝土和易性、保水性、粘聚性明显提高，混凝土气泡数量较少。混土拌合物状态如下图：
（3）混凝土成型试件后情况
混凝土试件成型后，表面无泌水，无返色现象，气泡少，表面呈现光泽。试件成型后表观如下图：
（4）混凝土试件脱模后情况
C35混凝土试件脱模后，色泽均匀，顶部无气孔、呈现一定光泽， 但在侧面存在少量大气孔。由于试件成型过程中不使用振捣棒，混凝 土试模也不能真实模拟现场施工模板情况，因此混凝土实际的外观质量还需要通过现场浇筑试验得到进一步验证。
（5）试件强度情况
试件拆模后，在标养室养护7天，强度为41.2MPa ;养护28天，强度为48.6MPa。强度合格。
2、薄壁空心墩C40砼试配情况
（1）采用P.O42.5R水泥、辉腾外加剂、韶钢钢铁厂矿渣粉。外加剂掺量1.0%；水泥用量较常规配比（不掺矿渣粉）减少20%，用矿粉代替。配合比如下:
（5）试件强度情况
试件拆模后，在标养室养护7天，强度为47.8MPa ;养护28天，强度为56.9MPa。强度合格。
3、实体工程验证情况：
在试验室试配成功后，我们将试配成功的配合比分别用于桥梁现场圆柱墩和薄壁空心墩。拆模之后墩柱外观较之前有了较明显的改观。墩柱外观色泽均匀，无水纹，呈现一定的光泽度，气泡少。
掺20%矿渣粉的配合比施工的薄壁墩
五、结论
影响砼拌合物性能和砼结构物外观的因素有很多。水泥本身的质量是其中的主要原因。市场上水泥品种繁多，不同的水泥配方存在一定差异，在水泥五大检测指标合格的情况下，水泥配方的差异性导致水泥本身质量和稳定性存在一定差异，从而影响了砼拌合物的性能和成型后结构物的外观。
当砼状态欠佳时，首先要排除砂石材料质量、外加剂适应性及施工工艺的影响。对于本身配方优良、质量稳定的高品质水泥，通过调整配合比，控制施工工艺，就能使砼性能和成型后的结构物外观达到良好的效果。
而对于经过反复试验，排除了外加剂、砂石材料、施工工艺等因素影响后仍无法达到良好效果的砼，可以通过采用掺入合格矿渣粉替代等量水泥的方式来改善砼性能。
对于以上所述的后一种情况，通过TJ1标的相关试验证明，掺入 20%矿渣粉等量替代水泥对改善混凝土拌合物性能及结构物外观有较明显的作用。用一定掺量的S95级矿渣粉等量替代水泥后，能在一定程度上降低塌落度损失、提高流动性，使砼拌合物性状得到改善、稳定性提高，施工时易控制，从而使成型后的结构物外观得到改善。
参考文献：
[1]《公路桥涵施工技术规范》人民交通出版社
[2]《高性能混凝土发展的回顾与思考》黄士源
[3]《超细矿渣微粉对硅酸盐水泥性能影响研究》刘耀林
论文作者:杨钱
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/18
标签：混凝土论文; 矿渣论文; 水泥论文; 外观论文; 结构论文; 外加剂论文; 物性论文; 《建筑学研究前沿》2017年第9期论文;