混凝土預(yù)拌水泥砂漿法工藝對(duì)比試驗(yàn)

徐暉

（安徽盈創(chuàng)石化檢修安裝有限責(zé)任公司預(yù)制廠，安徽　安慶　246003 ）

混凝土預(yù)拌水泥砂漿法工藝對(duì)比試驗(yàn)

徐暉

（安徽盈創(chuàng)石化檢修安裝有限責(zé)任公司預(yù)制廠，安徽安慶246003 ）

通過對(duì)本企業(yè)原有的混凝土一次投料法生產(chǎn)的分析以及與預(yù)拌砂漿法攪拌的對(duì)比試驗(yàn)，同時(shí)經(jīng)過在實(shí)際生產(chǎn)中的長周期跟蹤分析，確定了預(yù)拌砂漿法在混凝土成料的和易性與抗壓強(qiáng)度上的優(yōu)越性，對(duì)原有的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，達(dá)到降低成本挖潛增效的目的。

混凝土；預(yù)拌水泥砂漿法；生產(chǎn)技改

0　背景簡介

隨著國家基建投入的不斷加大，各地的商品混凝土企業(yè)如雨后春筍般地迅速發(fā)展起來。國家相關(guān)部門對(duì)商品混凝土這個(gè)行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，因?yàn)樗P(guān)系著千家萬戶，維系著國計(jì)民生?；炷潦莻€(gè)特殊的行業(yè)，想在這個(gè)行業(yè)獲取利潤首先就要做好“用戶體驗(yàn)”。說到用戶體驗(yàn)，很多業(yè)內(nèi)人士都會(huì)將它歸于“服務(wù)”這塊，但是筆者認(rèn)為混凝土的用戶體驗(yàn)其實(shí)是兩個(gè)概念：其一是服務(wù)，其二就是風(fēng)險(xiǎn)。

建筑行業(yè)的終端用戶是人，“安居工程”的“安”字包含著“安分”和“安全”兩層含義，如果房屋出現(xiàn)安全問題，勢(shì)必將會(huì)造成居者的不安分。作為建筑行業(yè)里面使用比例最大的材料——混凝土，其質(zhì)量和利潤的矛盾一直以來都是行業(yè)內(nèi)部的爭論焦點(diǎn)所在?；炷磷鳛樯唐返奶攸c(diǎn)就是在產(chǎn)品交付時(shí)只能通過測(cè)量坍落度與和易性來驗(yàn)證部分性能是否達(dá)標(biāo)，而對(duì)產(chǎn)品的最終確認(rèn)是以混凝土 28d 齡期強(qiáng)度為依據(jù)的，檢測(cè)手段的局限性使得商品混凝土這個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督包含了較多的不確定因素。如果在產(chǎn)品交付過程中質(zhì)量產(chǎn)生波動(dòng)，影響了 28d 齡期的強(qiáng)度不能夠達(dá)標(biāo)，帶來的后果將是非常嚴(yán)重的。筆者所在的混凝土攪拌站面臨的是石化廠區(qū)基建工程的客戶，對(duì)混凝土的質(zhì)量要求相當(dāng)嚴(yán)格。經(jīng)過多年的生產(chǎn)經(jīng)營，筆者單位形成了完善的產(chǎn)品質(zhì)量控制鏈，對(duì)各種類型混凝土的配制和生產(chǎn)都有著獨(dú)到經(jīng)驗(yàn)，雖然周邊有多家攪拌站參與競爭，可是十?dāng)?shù)年來筆者單位以零風(fēng)險(xiǎn)的客戶體驗(yàn)牢牢抓住了客戶群體。以先進(jìn)的混凝土生產(chǎn)工藝而不是偷工減料來降低企業(yè)生產(chǎn)成本，既可以保障企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和客戶口碑，又可以獲取最大的效益，這方為商品混凝土企業(yè)的正常經(jīng)營之道。

通?；炷猎囼?yàn)室都是以優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)作為降低成本的途徑，然而通過改進(jìn)投料攪拌工藝來提高混凝土性能也是一種簡單易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法。近年來國內(nèi)混凝土研究人員受日本 SEC (Sand Enveloped with Cement) 混凝土技術(shù)啟發(fā)，提出了混凝土二次投料攪拌工藝。所謂的二次投料攪拌工藝也稱“二次投料法”，分為水泥凈漿法、預(yù)拌水泥砂漿法、水泥裹石法和水泥裹砂法。其中水泥凈漿法是把攪拌水與水泥先攪拌，再放入砂、石繼續(xù)攪拌；預(yù)拌水泥砂漿法是把所有的攪拌水與水泥、砂先攪拌，然后再放入石子繼續(xù)攪拌；而水泥裹石法是用少量的攪拌水潤濕石子，放入水泥攪拌，然后再放入其余的水和砂繼續(xù)攪拌。日本的 SEC 技術(shù)也即水泥裹砂法，在生產(chǎn)中先投入砂，然后稱量部分?jǐn)嚢杷疂櫇裆?，接著投入水泥開始攪拌，最后再放入剩余的水和石子繼續(xù)攪拌，這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于水泥與骨料之間的得到充分拌合，混凝土的和易性與可操作性能良好。所有這些工藝方法的出發(fā)點(diǎn)都是希望以新工藝來提高混凝土的力學(xué)性能，或在滿足原有強(qiáng)度的前提下，達(dá)到節(jié)約水泥、提高經(jīng)濟(jì)性的目的。

1　可行性分析

筆者單位攪拌站目前的生產(chǎn)工藝為一次性投料攪拌，這種生產(chǎn)工藝的主要特點(diǎn)是水泥同粗細(xì)骨料夾裹著一同進(jìn)入主機(jī)。當(dāng)攪拌水投入后水泥容易形成小水泥團(tuán)，而且混凝土配合比中的水灰比愈小這種團(tuán)?，F(xiàn)象愈嚴(yán)重。這些小水泥團(tuán)附著于粗骨料上，當(dāng)粗骨料粒徑愈大，小水泥團(tuán)愈不易被破碎。在拌合過程中，由于摩擦和撞擊作用，處于骨料運(yùn)動(dòng)方向背面的小水泥團(tuán)被有效的保護(hù)起來，粒徑大于小水泥團(tuán)幾倍或十幾倍的粗骨料成了小水泥團(tuán)的保護(hù)屏障，使得部分水泥團(tuán)在拌合結(jié)束后仍不能被破碎，等到混凝土硬化后它們就形成水泥塊去填充骨料間隙，導(dǎo)致了混凝土的強(qiáng)度降低，形成質(zhì)量隱患。在這種生產(chǎn)工藝中，砂漿對(duì)石子的握裹力差，混凝土的和易性不好，而較大的坍落度損失又使得產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性較差——施工現(xiàn)場(chǎng)為了改善混凝土可操作性時(shí)常擅自加水。試驗(yàn)室為了使現(xiàn)場(chǎng)試塊達(dá)到規(guī)范的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)配合比時(shí)提高了混凝土強(qiáng)度的富余量，使得強(qiáng)度均方差和離散率高，既造成產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)控和分析很不容易，同時(shí)也形成了不必要的成本浪費(fèi)。

通過分析，我們認(rèn)為預(yù)拌水泥砂漿法的操作工藝相對(duì)簡單，同時(shí)也不會(huì)像其它操作法那樣產(chǎn)生濕團(tuán)塊和攪拌機(jī)粘壁現(xiàn)象?；炷潦且环N水泥基的復(fù)合型材料，在攪拌過程中不但有固相、液相和氣相參加攪拌，而且各相之間也產(chǎn)生化學(xué)與物理反應(yīng)，這些變化最終都會(huì)影響混凝土材料的強(qiáng)度。在一次投料生產(chǎn)工藝中，由于骨料的親水性使其表面吸附了一層較厚的水膜，石子表面形成了一個(gè)較高水灰比的凈漿殼，其硬化后空隙多不致密，與石子的粘結(jié)強(qiáng)度較低，成為混凝土強(qiáng)度的薄弱層；同時(shí)在混凝土澆筑初期尚呈流塑態(tài)時(shí)，其中比重大的物質(zhì)（砂、石等）會(huì)因自重而向下移動(dòng)，同時(shí)使比重較小的水分子和氣泡向上運(yùn)動(dòng)，在水分子和氣泡向上遷移的過程中，遇到粗糙的碎石將聚集在粗骨料下表面形成大小不均的水囊和空穴（如圖 1 所示），這樣混凝土在凝結(jié)硬化過程中就會(huì)在粗骨料界面形成大孔隙。這個(gè)薄弱層和大孔隙都是混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫的主因，它們破壞了混凝土的均勻性與整體性。

圖1　澆筑初期骨料分布形態(tài)

2　對(duì)比試驗(yàn)

為了獲取預(yù)拌水泥砂漿法操作工藝的實(shí)際數(shù)據(jù)，生產(chǎn)部組織技術(shù)人員進(jìn)行了對(duì)比效果試驗(yàn)。本次試驗(yàn)針對(duì)無外加劑的普通 C30 混凝土與摻外加劑的泵送 C30 混凝土進(jìn)行分析，為了避免人為因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，我們將試驗(yàn)的人員分為兩組，各自單獨(dú)進(jìn)行“一次投料法”和“預(yù)拌砂漿法”的試驗(yàn)。

試驗(yàn)分為兩個(gè)階段——第一階段進(jìn)行無外加劑的普通C30 混凝土與摻外加劑泵送 C30 混凝土的一次投料法攪拌與預(yù)拌砂漿法攪拌對(duì)比試驗(yàn)；第二階段委托具有資質(zhì)的試驗(yàn)室在原有混凝土配合比基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，投入實(shí)際生產(chǎn)加以應(yīng)用，同時(shí)遵循 PDCA 循環(huán)不斷改進(jìn)以達(dá)到最合適的性價(jià)比例?；炷猎囼?yàn)流程圖見圖 2。

圖2　混凝土試驗(yàn)流程圖

2.1第一階段試驗(yàn)

我們按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》用一次投料法將 C30 混凝土攪拌出料，然后再采用該配合比用預(yù)拌砂漿法攪拌出料，各制作三組邊長為 150mm 的立方體試件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，以 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》比較兩種不同攪拌方法的 28d 混凝土強(qiáng)度值。在分析出強(qiáng)度差值之后，改變普通 C30 混凝土生產(chǎn)配合比，用預(yù)拌砂漿法攪拌制作三組邊長為 150mm 的立方體試件進(jìn)行標(biāo)養(yǎng)，取其 28d 混凝土強(qiáng)度值進(jìn)行核算。

2.1.1試驗(yàn)用原材料與混凝土配合比

1）膠凝材料：安慶陵宜水泥有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽42.5，初凝時(shí)間為 130min，終凝時(shí)間為 230min，3d 抗壓強(qiáng)度值為 26.7MPa，28d 抗壓強(qiáng)度值為 51.3MPa；2）細(xì)骨料：江西贛江砂，其細(xì)度模數(shù) Mx=2.6，含泥量為 0.5%；3）粗骨料：安慶山城石料廠生產(chǎn)的 5～31.5mm 粒徑連續(xù)級(jí)配機(jī)制碎石；4）外加劑：江西創(chuàng)新外加劑公司生產(chǎn)的 LCX-B 型聚羧酸系泵送減水劑。

普通 C30 混凝土配合比為水泥：砂：石：水=1：1.68：2.93：0.50。摻外加劑C30配合比為水泥：砂：石：LCX-B：水 =1：1.89：2.72：0.015：0.43。

2.1.2一次投料法攪拌試驗(yàn)

我相信遵行這樣一個(gè)點(diǎn)動(dòng)成線、線動(dòng)成面、以點(diǎn)帶面的方式，對(duì)有效開拓學(xué)生自主復(fù)習(xí)的思維深度和思維廣度也必有裨益！

圖3

圖4

圖5

一次投料法，即將砂，石，水泥和水一起同時(shí)加入攪拌筒中進(jìn)行攪拌。圖 3 為本次試驗(yàn)所用的 SJD60 型強(qiáng)制式單臥軸混凝土攪拌機(jī)，1# 小組采用一次投料法制成的普通 C30混凝土如圖 4 所示。由于 W/C=0.49 且未添加外加劑，故成料外觀比較干硬，檢測(cè)其坍落度為 58mm，符合設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)小組按照混凝土試件制作規(guī)范要求，制作了兩組邊長為150mm 的試件并在養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，在 7d 與 28d齡期到期進(jìn)行壓力試驗(yàn)；按照試驗(yàn)流程 1 的要求，1# 小組將攪拌機(jī)清洗后接著進(jìn)行摻加外加劑 C30 混凝土的一次投料法攪拌試驗(yàn)并制作試塊，其成料如圖 5 所示，檢測(cè)其坍落度為157mm，符合設(shè)計(jì)要求，1# 小組清洗攪拌機(jī)完成試驗(yàn)流程。

2.1.3預(yù)拌砂漿法攪拌試驗(yàn)

2# 小組采用預(yù)拌砂漿法進(jìn)行攪拌出料——攪拌過程如圖6所示。

圖 7 為 2# 小組采用預(yù)拌砂漿法制成的普通 C30 混凝土，與圖 4 用一次投料法制成的混凝土相比，從外觀目測(cè)其和易性與保水性要相對(duì)好得多，用坍落度筒檢測(cè)其坍落度為66mm，符合設(shè)計(jì)要求。2# 小組按照混凝土試件制作規(guī)范要求，制作了兩組邊長為 150mm 的試件并在養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，在 7d 與 28d 齡期到期時(shí)進(jìn)行壓力試驗(yàn)；按照試驗(yàn)流程 1 的要求，2# 小組將攪拌機(jī)清洗后接著進(jìn)行 C30 摻加外加劑混凝土的預(yù)拌砂漿法攪拌試驗(yàn)并制作試塊，其成料如圖 8所示，檢測(cè)其坍落度為 149mm，符合設(shè)計(jì)要求，2# 小組清洗攪拌機(jī)結(jié)束試驗(yàn)流程。

圖6　預(yù)拌砂漿法攪拌工藝流程

圖7

圖8

2.1.4對(duì)比結(jié)果

（1）最為明顯的表觀差異就是混凝土泌水性的不同。預(yù)拌砂漿法因其水泥的水化反應(yīng)更為充分，拌合料中自由水的量比遠(yuǎn)小于一次投料法，同時(shí)預(yù)拌砂漿法在攪拌過程中砂漿與集料的拌合更為充分，因此各種顆粒級(jí)配好，堆積密實(shí)，孔隙微細(xì)，水分泌出經(jīng)過的距離更長，也減少了成料的泌水量。

（2）抗壓強(qiáng)度

混凝土試件在養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù) 28d 到期后，試驗(yàn)小組對(duì)試塊進(jìn)行了壓力試驗(yàn)，如圖 9～12 所示，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 1 所示。

圖9

圖10

圖11

圖12

圖 9 是采用一次投料法經(jīng)過試壓后制備的混凝土試塊，圖 12 是采用預(yù)拌砂漿法制備的混凝土試塊，可以看出圖 9 試塊的的孔隙和毛細(xì)裂紋還是比較多的，而圖10試塊內(nèi)部相對(duì)就密實(shí)得多。

從表 1 試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用預(yù)拌砂漿法攪拌的成料混凝土 7d 與 28d 抗壓強(qiáng)度均比一次投料法要高，而摻外加劑的混凝土由于外加劑的減水作用，其水灰比較普通混凝土要小，其強(qiáng)度的增長幅度更大。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，試驗(yàn)小組增強(qiáng)了對(duì)預(yù)拌砂漿法生產(chǎn)工藝的信心，為了得到實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)小組在實(shí)際生產(chǎn)中開始進(jìn)行試驗(yàn)。

表1　混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

因?yàn)閿嚢枵粳F(xiàn)有工藝仍是一次投料法，為了不影響正常生產(chǎn)的進(jìn)行，試驗(yàn)小組根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃有針對(duì)性地選擇了部分產(chǎn)量小、時(shí)間性要求不高的混凝土供應(yīng)批次，同時(shí)將試驗(yàn)品種增至 C20、C25、C30 三種，經(jīng)過取樣、標(biāo)養(yǎng)、試壓后，制作分析圖如圖 13 所示。通過分析，驗(yàn)證了預(yù)拌砂漿法攪拌工藝生產(chǎn)的混凝土強(qiáng)度均有增加，并且增幅隨著水灰比的減小而增大，這個(gè)結(jié)果也驗(yàn)證了預(yù)拌砂漿法生產(chǎn)工藝提高混凝土強(qiáng)度的途徑，是通過提高水泥砂漿與骨料之間的結(jié)合度，以及阻斷自由水分向骨料界面集中的通道。

圖13　實(shí)際生產(chǎn)成料強(qiáng)度分析圖

2.2第二階段試驗(yàn)

根據(jù)第一階段的試驗(yàn)效果，我們?cè)囼?yàn)小組選擇產(chǎn)量較大的 C30 品種混凝土委托當(dāng)?shù)鼐哂匈Y質(zhì)的混凝土檢測(cè)公司，根據(jù) GJG 55－2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》在原配合比基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，投入生產(chǎn)進(jìn)行小批量試驗(yàn)性應(yīng)用，同時(shí)遵循全面質(zhì)量管理 PDCA 規(guī)程采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行強(qiáng)度離散性分析，對(duì)分析結(jié)果查找原因并反饋給試驗(yàn)室再次優(yōu)化。為了避免原材料質(zhì)量、操作以及試塊成型過程對(duì)強(qiáng)度分析產(chǎn)生的波動(dòng)，試驗(yàn)小組輪班進(jìn)行跟蹤監(jiān)督，做到了數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性。以下是部分?jǐn)?shù)據(jù)的分析圖表（表 2、圖 14）。

從數(shù)據(jù)的離散性分析圖表可以看出，優(yōu)化之后的 C30混凝土強(qiáng)度區(qū)間呈現(xiàn)正態(tài)分布，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 2.0，以平均值37.6MPa 為縱向軸對(duì)稱分布，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

圖14　C30混凝土離散性分析柱狀正態(tài)分布圖

表2　強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析表 MPa

3　結(jié)語

通過完善的試驗(yàn)流程，利用現(xiàn)有的機(jī)械設(shè)備和條件，結(jié)合國家及行業(yè)規(guī)范要求所進(jìn)行的本次試驗(yàn)，驗(yàn)證了在原材料相同的情況下，使用預(yù)拌砂漿攪拌法生產(chǎn)出的混凝土在抗壓強(qiáng)度和工作性能上都比原一次投料法有所改善，同時(shí)也用實(shí)際操作驗(yàn)證了其經(jīng)濟(jì)適用性，因此預(yù)拌砂漿法是一種值得混凝土企業(yè)根據(jù)自身實(shí)際條件加以推廣應(yīng)用的混凝土攪拌工藝。

[1] 孫智增，申愛琴．二次投料攪拌工藝對(duì)混凝土性能的影響[J]．公路，2009(4)：229-232．

[2] 李杰，于灝，鄭士凱，等．二次投料法在混凝土生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]．江西建筑，2006(4)：55-56．

［通訊地址］安徽省安慶市安徽盈創(chuàng)石化檢修安裝有限責(zé)任公司預(yù)制廠（246003）

徐暉，男，工程師。