混凝土預拌水泥砂漿法工藝對比試驗

徐暉

（安徽盈創石化檢修安裝有限責任公司預制廠，安徽　安慶　246003 ）

混凝土預拌水泥砂漿法工藝對比試驗

徐暉

（安徽盈創石化檢修安裝有限責任公司預制廠，安徽安慶246003 ）

通過對本企業原有的混凝土一次投料法生產的分析以及與預拌砂漿法攪拌的對比試驗，同時經過在實際生產中的長周期跟蹤分析，確定了預拌砂漿法在混凝土成料的和易性與抗壓強度上的優越性，對原有的生產系統進行優化改進，達到降低成本挖潛增效的目的。

混凝土；預拌水泥砂漿法；生產技改

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如雨后春筍般地迅速發展起來。國家相關部門對商品混凝土這個行業的產品質量要求非常嚴格，因為它關系著千家萬戶，維系著國計民生。混凝土是個特殊的行業，想在這個行業獲取利潤首先就要做好“用戶體驗”。說到用戶體驗，很多業內人士都會將它歸于“服務”這塊，但是筆者認為混凝土的用戶體驗其實是兩個概念：其一是服務，其二就是風險。

建筑行業的終端用戶是人，“安居工程”的“安”字包含著“安分”和“安全”兩層含義，如果房屋出現安全問題，勢必將會造成居者的不安分。作為建筑行業里面使用比例最大的材料——混凝土，其質量和利潤的矛盾一直以來都是行業內部的爭論焦點所在。混凝土作為商品的特點就是在產品交付時只能通過測量坍落度與和易性來驗證部分性能是否達標，而對產品的最終確認是以混凝土 28d 齡期強度為依據的，檢測手段的局限性使得商品混凝土這個產品的質量監督包含了較多的不確定因素。如果在產品交付過程中質量產生波動，影響了 28d 齡期的強度不能夠達標，帶來的后果將是非常嚴重的。筆者所在的混凝土攪拌站面臨的是石化廠區基建工程的客戶，對混凝土的質量要求相當嚴格。經過多年的生產經營，筆者單位形成了完善的產品質量控制鏈，對各種類型混凝土的配制和生產都有著獨到經驗，雖然周邊有多家攪拌站參與競爭，可是十數年來筆者單位以零風險的客戶體驗牢牢抓住了客戶群體。以先進的混凝土生產工藝而不是偷工減料來降低企業生產成本，既可以保障企業的產品質量和客戶口碑，又可以獲取最大的效益，這方為商品混凝土企業的正常經營之道。

通常混凝土試驗室都是以優化配合比設計作為降低成本的途徑，然而通過改進投料攪拌工藝來提高混凝土性能也是一種簡單易行、經濟實用的方法。近年來國內混凝土研究人員受日本 SEC (Sand Enveloped with Cement) 混凝土技術啟發，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、石繼續攪拌；預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攪拌。日本的 SEC 技術也即水泥裹砂法，在生產中先投入砂，然后稱量部分攪拌水潤濕砂，接著投入水泥開始攪拌，最后再放入剩余的水和石子繼續攪拌，這種方法的優點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點都是希望以新工藝來提高混凝土的力學性能，或在滿足原有強度的前提下，達到節約水泥、提高經濟性的目的。

1　可行性分析

筆者單位攪拌站目前的生產工藝為一次性投料攪拌，這種生產工藝的主要特點是水泥同粗細骨料夾裹著一同進入主機。當攪拌水投入后水泥容易形成小水泥團，而且混凝土配合比中的水灰比愈小這種團粒現象愈嚴重。這些小水泥團附著于粗骨料上，當粗骨料粒徑愈大，小水泥團愈不易被破碎。在拌合過程中，由于摩擦和撞擊作用，處于骨料運動方向背面的小水泥團被有效的保護起來，粒徑大于小水泥團幾倍或十幾倍的粗骨料成了小水泥團的保護屏障，使得部分水泥團在拌合結束后仍不能被破碎，等到混凝土硬化后它們就形成水泥塊去填充骨料間隙，導致了混凝土的強度降低，形成質量隱患。在這種生產工藝中，砂漿對石子的握裹力差，混凝土的和易性不好，而較大的坍落度損失又使得產品的質量穩定性較差——施工現場為了改善混凝土可操作性時常擅自加水。試驗室為了使現場試塊達到規范的強度標準，在設計配合比時提高了混凝土強度的富余量，使得強度均方差和離散率高，既造成產品質量的監控和分析很不容易，同時也形成了不必要的成本浪費。

通過分析，我們認為預拌水泥砂漿法的操作工藝相對簡單，同時也不會像其它操作法那樣產生濕團塊和攪拌機粘壁現象。混凝土是一種水泥基的復合型材料，在攪拌過程中不但有固相、液相和氣相參加攪拌，而且各相之間也產生化學與物理反應，這些變化最終都會影響混凝土材料的強度。在一次投料生產工藝中，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，與石子的粘結強度較低，成為混凝土強度的薄弱層；同時在混凝土澆筑初期尚呈流塑態時，其中比重大的物質（砂、石等）會因自重而向下移動，同時使比重較小的水分子和氣泡向上運動，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），這樣混凝土在凝結硬化過程中就會在粗骨料界面形成大孔隙。這個薄弱層和大孔隙都是混凝土內部產生裂縫的主因，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

2　對比試驗

為了獲取預拌水泥砂漿法操作工藝的實際數據，生產部組織技術人員進行了對比效果試驗。本次試驗針對無外加劑的普通 C30 混凝土與摻外加劑的泵送 C30 混凝土進行分析，為了避免人為因素對試驗結果產生影響，我們將試驗的人員分為兩組，各自單獨進行“一次投料法”和“預拌砂漿法”的試驗。

試驗分為兩個階段——第一階段進行無外加劑的普通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拌砂漿法攪拌對比試驗；第二階段委托具有資質的試驗室在原有混凝土配合比基礎上進行優化設計，投入實際生產加以應用，同時遵循 PDCA 循環不斷改進以達到最合適的性價比例。混凝土試驗流程圖見圖 2。

圖2　混凝土試驗流程圖

2.1第一階段試驗

我們按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》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拌砂漿法攪拌出料，各制作三組邊長為 150mm 的立方體試件進行標準條件下養護，以 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》比較兩種不同攪拌方法的 28d 混凝土強度值。在分析出強度差值之后，改變普通 C30 混凝土生產配合比，用預拌砂漿法攪拌制作三組邊長為 150mm 的立方體試件進行標養，取其 28d 混凝土強度值進行核算。

2.1.1試驗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的普通硅酸鹽42.5，初凝時間為 130min，終凝時間為 230min，3d 抗壓強度值為 26.7MPa，28d 抗壓強度值為 51.3MPa；2）細骨料：江西贛江砂，其細度模數 Mx=2.6，含泥量為 0.5%；3）粗骨料：安慶山城石料廠生產的 5～31.5mm 粒徑連續級配機制碎石；4）外加劑：江西創新外加劑公司生產的 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

我相信遵行這樣一個點動成線、線動成面、以點帶面的方式，對有效開拓學生自主復習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，水泥和水一起同時加入攪拌筒中進行攪拌。圖 3 為本次試驗所用的 SJD60 型強制式單臥軸混凝土攪拌機，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，檢測其坍落度為 58mm，符合設計要求。試驗小組按照混凝土試件制作規范要求，制作了兩組邊長為150mm 的試件并在養護室進行標準條件下養護，在 7d 與 28d齡期到期進行壓力試驗；按照試驗流程 1 的要求，1# 小組將攪拌機清洗后接著進行摻加外加劑 C30 混凝土的一次投料法攪拌試驗并制作試塊，其成料如圖 5 所示，檢測其坍落度為157mm，符合設計要求，1# 小組清洗攪拌機完成試驗流程。

2.1.3預拌砂漿法攪拌試驗

2# 小組采用預拌砂漿法進行攪拌出料——攪拌過程如圖6所示。

圖 7 為 2# 小組采用預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，從外觀目測其和易性與保水性要相對好得多，用坍落度筒檢測其坍落度為66mm，符合設計要求。2# 小組按照混凝土試件制作規范要求，制作了兩組邊長為 150mm 的試件并在養護室進行標準條件下養護，在 7d 與 28d 齡期到期時進行壓力試驗；按照試驗流程 1 的要求，2# 小組將攪拌機清洗后接著進行 C30 摻加外加劑混凝土的預拌砂漿法攪拌試驗并制作試塊，其成料如圖 8所示，檢測其坍落度為 149mm，符合設計要求，2# 小組清洗攪拌機結束試驗流程。

圖6　預拌砂漿法攪拌工藝流程

圖7

圖8

2.1.4對比結果

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

（2）抗壓強度

混凝土試件在養護室進行標準條件下養護 28d 到期后，試驗小組對試塊進行了壓力試驗，如圖 9～12 所示，試驗數據如表 1 所示。

圖9

圖10

圖11

圖12

圖 9 是采用一次投料法經過試壓后制備的混凝土試塊，圖 12 是采用預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裂紋還是比較多的，而圖10試塊內部相對就密實得多。

從表 1 試驗結果可以看出，采用預拌砂漿法攪拌的成料混凝土 7d 與 28d 抗壓強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，其強度的增長幅度更大。通過試驗數據的分析，試驗小組增強了對預拌砂漿法生產工藝的信心，為了得到實際生產數據，試驗小組在實際生產中開始進行試驗。

表1　混凝土強度試驗數據對比

因為攪拌站現有工藝仍是一次投料法，為了不影響正常生產的進行，試驗小組根據生產計劃有針對性地選擇了部分產量小、時間性要求不高的混凝土供應批次，同時將試驗品種增至 C20、C25、C30 三種，經過取樣、標養、試壓后，制作分析圖如圖 13 所示。通過分析，驗證了預拌砂漿法攪拌工藝生產的混凝土強度均有增加，并且增幅隨著水灰比的減小而增大，這個結果也驗證了預拌砂漿法生產工藝提高混凝土強度的途徑，是通過提高水泥砂漿與骨料之間的結合度，以及阻斷自由水分向骨料界面集中的通道。

圖13　實際生產成料強度分析圖

2.2第二階段試驗

根據第一階段的試驗效果，我們試驗小組選擇產量較大的 C30 品種混凝土委托當地具有資質的混凝土檢測公司，根據 GJG 55－2011《普通混凝土配合比設計規程》在原配合比基礎上進行優化設計，投入生產進行小批量試驗性應用，同時遵循全面質量管理 PDCA 規程采集數據，進行強度離散性分析，對分析結果查找原因并反饋給試驗室再次優化。為了避免原材料質量、操作以及試塊成型過程對強度分析產生的波動，試驗小組輪班進行跟蹤監督，做到了數據的真實性、準確性。以下是部分數據的分析圖表（表 2、圖 14）。

從數據的離散性分析圖表可以看出，優化之后的 C30混凝土強度區間呈現正態分布，標準偏差為 2.0，以平均值37.6MPa 為縱向軸對稱分布，達到設計規范要求。

圖14　C30混凝土離散性分析柱狀正態分布圖

表2　強度統計分析表 MPa

3　結語

通過完善的試驗流程，利用現有的機械設備和條件，結合國家及行業規范要求所進行的本次試驗，驗證了在原材料相同的情況下，使用預拌砂漿攪拌法生產出的混凝土在抗壓強度和工作性能上都比原一次投料法有所改善，同時也用實際操作驗證了其經濟適用性，因此預拌砂漿法是一種值得混凝土企業根據自身實際條件加以推廣應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中的應用[J]．江西建筑，2006(4)：55-56．

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

徐暉，男，工程師。