一
目前,许多商品混凝土厂的产品质量波动甚大,商品混凝土产品主要是泵送混凝土,供其他施工方式应用的自卸混凝土一般所占比重不大,性能要求也比泵送混凝土降低许多,通常较少发生性能争议。泵送混凝土的工作性则经常受到泵工的抱怨和施工方的非议,保持泵送混凝土工作性良好成为商品混凝土生产的核心技术课题,是生产调控的焦点、难点。远比混凝土强度控制要复杂和困难得多。往往本身就波动不稳,乃至殃及强度也起波动。
造成波动的首要原因是原材料性能不稳定,难得有几家商品混凝土厂家有性能良好、稳定的原材料供应。货源紧张时须用几个厂家的水泥,水泥性能良莠不齐,有时顾不上陈放,出磨的热水泥进厂就要用。粉煤灰多数地方供不应求,卖家以次充好,买家无可奈何,哪能要求二级灰,什么品质的都收下就用,成为危害混凝土性能质量最烈的一种原料。外加剂本有选用余地,又因商品混凝土厂家多半贪便宜,掺用量小,而选用中低档产品,性能常有局限,适用掺量范围狭窄,难以满足用作有效调控手段的需要。外加剂本来应该随气候及商品混凝土厂家原材料变动等具体情况而调整复配配方使相适应,这种售后服务也大多缺乏,偶有调整也赶不上变化。砂石受就地取材限制,品质难多挑剔,也常有较大波动,河砂所含5~15 豆石量常变化很大,含泥量有时偏多;卵石通常级配尚好,也有波动,含泥量有时偏多;碎石场多用颚式破碎机破碎,碎石粒形和级配都常较差,小采场常不剥离表土层,水洗不充分,难以去除含泥和石粉,雨后碎石沾泥更难去除,这都影响质量,筛板孔径越磨越大,过筛石子粒径也明显变大,如此等等都呈变动不稳状态。总之,原材料品质性能波动大在商品混凝土厂是比较普遍的。再加上气候、运距、施工进度等的影响,商品混凝土要把握好工作性能确实难度颇大。
商品混凝土的基本性能要求主要是强度和工作性,有时也有抗渗性和抗折强度等要求。不同性能的“品行”表现有所不同。混凝土强度是“强度因素”性质的性能,通常能很好地遵循“水灰(胶) 比定则”:“对于一定材料,强度仅取决于一个因素,即水灰(胶) 比”。虽然流行某些疑似的“经验”之谈,如石子大小和用量能明显影响强度之类,其实从理论和实践上都不能成立。“水灰(胶) 比定则”这条基本理论可以被深化和拓展地认识领会,但实践证明它是普遍真理,必须信奉。正因为是这样,混凝土强度才得以能有效把握和调控。混凝土强度也因此既可变又稳定,取决于水灰(胶) 比变与不变。所以,原材料的质量波动,只要是在“一定”的限度内,对混凝土强度的影响甚微。如果原材料波动超过“一定”范畴,比如换了水泥的品牌、品种、等级,那就由“水灰(胶) 比定则”把混凝土强度规律界定在另一个“一定”的框架内,仍然由水灰(胶) 比的变与不变来决定强度的变与不变。所以,商品混凝土生产的强度控制是并不困难的,控制水灰(胶) 比就成。配合比设计对强度留有足够富裕,纵然原材料波动大些,只要不是质变,混凝土强度合格应无疑难。
和强度不同,混凝土工作性是种“广度因素”性质的性能,取决于“质”和“量”的综合作用,关系复杂,变动敏感。原材料的任何品质和数量波动都会或多或少地引起工作性的变化,实难把握。有些粗浅的经验规律,比如说用水量增减5kg/ m3 、砂率增减1 %,都会增减约2cm 的坍落度;超塑化剂用量增减0.1 %(对胶凝材料总量的比率) 也有同样效果;砂的细度模数增大减小,用砂量应相应增减;水泥和掺和料的细度和需水量变化当然会引起坍落度的相应改变;如此等等。若能全盘试验检测原材料的品质波动,依据这些经验规律,应该还能在一定程度上对混凝土工作性实施有效调控。可惜拌楼生产实际是无法实施原材料的全面实时检测并作相应控制调整的。先进的拌楼装备能对砂石的含水率进行在线检测,那就很难能可贵了。所以生产中只能对混凝土工作性作跟踪调整,若非必要,通常不能也不必细究导致需要调整工作性的确切原因,只能亡羊补牢地、用一种简单快捷易行的办法能把工作性调控到满足需要就好。
至于抗渗性,与混凝土质地的密实性相关联,本质上也是种“强度因素”性质的性能,但其构成机理要比强度的机理复杂得多,目前还搞不太清楚。不过,实践中只要重视力求维护混凝土的密实性,不进行会导致密实性降低的调控,抗渗性就能保持良好。如果需要掺用膨胀剂或采用微膨胀型超塑化剂来改进抗渗性和抗裂性,则须严格按照使用规程和施工要求去做才能收到好的效果,哪个环节也马虎不得。
综上所述,商品混凝土生产中原材料品质性能波动大是客观现实。影响到混凝土的性能波动主要是工作性反应敏感、波动大。拌楼的调控主要也就是调控工作性,需要用一种简单快捷易行又有效的方法来实现这种调控。有这种方法吗? 这种方法好吗? 遂成为应关注的焦点。
二
现实的工作性调控方法不外乎是增减用水量或(和) 增减超塑化剂用量。
如果是几十年前,混凝土还是四组分的塑性或半干硬性混凝土,改变混凝土工作性的唯一办法就是增减用水量,增减用水量5kg/ m3 ,混凝土坍落度相应增减2cm ,这在国家行业标准《普通混凝土配合比设计规程》中是言之凿凿的。
自从高效减水剂发明以后,至今混凝土的主流已变成了六种组分的现代高性能混凝土,包括大流动性的商品混凝土在内。而高效减水剂强烈的减水和增坍效能适足以构成新的调控混凝土工作性的方法,比传统的用水调控的方法更有效力也更有利,早就应该顺理成章地淘汰传统方法取而代之。
可惜,就跟在目前绝大多数商品混凝土生产中仍在用《普通混凝土配合比设计规程》的方法设计混凝土配合比方案一样,相互依存地也仍用着以增减水量来改变坍落度的调控方法。这在技术上没有什么站得住脚的理由,只能说是传统观念和习惯使然。商品混凝土本身是个高新技术荟萃的产业,在我国商品混凝土业界却充斥着传统保守的技术氛围,阻滞着其健康发展。必须进行更新和变革,才能取得更大的技术进步和更好的经济效益。变革调控方法是一最关键的核心环节,做起来其实并不很难,但要冲决传统保守观念和习惯的排斥去做却并不容易。下面就来详细论证传统调控方法的弊端,继而论述更新方法的实施要点。
三
目前国内绝大多数商品混凝土生产的拌楼调控其在具体做法上或有差别,有的精细周到些,有的粗率随意些,但只要是本着用水调控的宗旨,就都是大同小异的,都难免共同固有的弊端。
变更水量实施调节,最规范的做法是随着用水量不同更换相应的配合比设计,一系列不同用水量的配合比都做得良好的话,这样是可以保持混凝土综合性能良好不变的。这样做当然很繁难,需要吃准砂石含水率从而准确吃准用水量再选择配合比。而且那些用水量大的配合比很难说是混凝土性能多良好的,经济性就肯定差。所以,估计不会有几家商品混凝土厂这样干法。
实际上,厂家都是在一个固定的“基准”配合比设计的基础上增减水量来作调整。比较规范一些的,在增减水量的同时,会考虑相应增减一些水泥,增减一些砂、石、粉煤灰的用量之类,凭的是经验和估计,缺乏准头和依据,难以维持配合比不严重扭曲和性能不严重劣化。做得粗率的,则只顾增减水量就算完,有的是径直改动加水计量,有的似乎还有点恻隐,通过降低砂石含水率的设定值来变相加水,实际结果都一样,全未顾及配合比改变和混凝土全盘性能变化。无论是规范些的,还是粗率的,由于混凝土的工作性需要调整的幅度一般都颇大,不是多用5kg 或10kg 水、增大1~2cm 或3~4cm 的坍落度就足够用了,而是需要加更多水以更大幅度地增加坍落度。原材料波动、气候和运距等原因、施工贪图省力希望混凝土能接近“自流平”的过分要求等这些因素的现实存在,使大幅度调整的情况并不稀罕。就我所知,许多拌楼调控水量的波动幅度都达到或超过20kg/ m3 。最高的甚至超过30kg/ m3 ,猛一听似乎不可思议,但你若遭遇过含较多焦炭(烧失量超过10 %) 的温州电厂出的粉煤灰,触类旁通地想,也就不太惊诧了。我们在做配合比设计时,对用水量变动5kg ,砂率变动1 % ,都是斤斤计较,仔细对比,最后郑重厘定得出的,一般是相对最佳结果。但若面对调控水量10 、20 乃至30kg 的变动,配合比的水灰比、灰浆量、砂浆量等都大幅度改变,整个混凝土内在配比关系都严重扭曲变形,最佳结果早就荡然无存了。这正是我们经常看到的现实:加水把混凝土调稀后,除了混凝土强度当然降低之外,整个混凝土状况和性能也都劣化,密实度降低,抗渗、抗裂性能变差,和易性实际上未必有改善,倒是出现泌水、离析、抓底现象,可泵性仍不良,……。总之,用水量是混凝土配比框架的支柱,岂宜更变,变则整个设计框架扭曲变形最终崩坍。用增减水量来实现调控,是剜肉补疮的办法,混凝土工作性得到表面上的改善,混凝土的实质状况和综合性能则相应恶化,得不偿失。这是用水调控的传统方法不可克服的主要弊端,注定了它是很不可取的笨办法。
不妨对用水调控的传统方法牺牲混凝土基本性能的后果做点测算。别的性能如密实度之类难以定量评定,强度则是易于定量评估的。按强度公式计算一下,即可得知,若单纯增加用水量引起水灰(胶)比增大和强度降低,每5kg 水量降低C20 混凝土的强度约1MPa ,相当于等级强度的5 %;混凝土等级逐步提高到C50 ,强度降低渐增至约2MPa ,相当于等级强度的4 %。按照《普通混凝土配合比设计规程》推荐的σ值,C20 混凝土的设计强度富裕率约为140 % ,C50 混凝土约为120 %。如果调控用水变化幅度到20 、30kg ,混凝土强度岂不岌岌可危! 混凝土强度岂不降了一个等级? 难怪许多商品混凝土厂的试验室完成混凝土配合比系统设计和试拌验证后,要降格用作生产采用的配合比,C30 的试验结果用于C25 的生产,依此类推。这样,在生产中因用水调控造成的强度下降通常可以容许,不至危害到强度等级。但实际生产配合比和试验设计仍有差别,掺水降等级的原C30 ,生产变成C25 的混凝土配合比,比起试验室得出的C25 配合比来,通常要差一些,因为后者是级配关系恰当的优化方案,前者则偏离了优化状况。所以,虽然预留了强度降低余地,混凝土综合品质劣化则未能避免。至于从经济性衡量,这样做当然是成本高昂不可取。
如果说原材料的品质性能波动等因素是客观存在,处置应对的措施和方法得当的话,可以把它们带来的不良影响尽量缩减,尽量减少损失。得当的措施和方法不外是趋利避害地选用适当的优化配合比,在难以究竟的情况下,至少要维持仍属相当合适和优化的配合比,缩小波及面,避免连带波动。用增减超塑化剂来调整工作性的方法就能做到这些。而用水调整的传统方法则背道而驰,造成配合比劣化,当然只会扩大波及面,增加不良扰动,造成更大损失。
有些人不接受或不完全接受上述议论。典型的质疑就是认定混凝土工作性(坍落度) 的变化只是由于对砂石含水率的设定值有偏差,造成用水量偏离配合比设计值,坍落度随之改变,调控时增减水量,恰好是使用水量回归到设计值,结果是恢复了良好设计的配合比,也恢复了设计的坍落度。这种说法不是没有一些道理,但很片面,不符合实际情况,错乱了因果关系。按实际情况准确设定砂石含水率以使用水量符合设计,配合比设计才得以执行,这是正确的。仅由于用水量偏离导致变化,用水量回归正确后性能恢复,这种情况是有的,也很正常,在强度控制上是需要奉行的。
但是,敏感易变的工作性(坍落度) 的较大幅度变动通常都是原材料波动、气候、施工要求等造成的,调整要求远非用水量“回归”的有限量。对配合比因应波动的效能要客观看待,良好的配合比能稳定强度和混凝土基本状态(密实性、均匀性等) ,稳定坍落度恐怕就奢求了。在试验室里做些试配,就能证实这里的议论。总之,用水调控工作性(坍落度)的传统方法会顾此失彼,败坏配合比和全盘性能,应是不争的事实,无可讳言。所以它确实不是个值得继续沿用的好方法。
高成本、不经济是传统用水调控方法的技术缺陷带来的经济恶果,是其另一重大弊端。
四
对适当选用的原材料,取其代表性的、品质适中、相当于平均样的试样,作出要求强度等级的良好配合比设计,交付生产严格执行。生产中出现混凝土工作性(坍落度) 需要调整的情况时,先查明是否是砂石含水率设定得偏离实际,若是则校正之。在准确执行既定配合比的前提下,混凝土工作性(坍落度) 的调整则全凭和只用增减超塑化剂掺量的办法,除此之外的其他设定一概不改动。通常每增减超塑化剂掺量0.1 %(以胶凝材料总量为基准) ,约增减2cm 坍落度。这就是建议采用的调控方法,何其简单易行。但其优越性也极明显,即最大限度地保持着配合比不变形,有效地稳定着强度和全盘性能。
就如用水调控的传统方法与配合比设计的传统方法(即《普通混凝土配合比设计规程》的方法) 是一脉相承、相互依存、互为表里一样,用超塑化剂调控的新方法与高性能混凝土配合比设计的全计算法也是一脉相承、相互依存、互为表里的。全计算法设计出的混凝土具有状态和性能的高稳定性,能最好地适应新调控方法。实验和生产实践证明,两相结合配制的混凝土, 在坍落度从几cm 大幅度变动至22cm 以上时,都能保持良好的状态,不至于严重泌水、离析。全计算法的优良配合比,只有用仅变超塑化剂的调控方法才能准确、稳定地执行。所以,配合比设计改用全计算法和拌楼调控改用变动超塑化剂的新方法应该同步进行、一并推广。当然,全计算法做出的优良配合比设计,若用传统的用水调控方法去执行,配合比也将被变更、败坏;传统方法做出的良好配合比设计,若用仅变超塑化剂的新方法实施调控,配合比也将保持稳定的基本框架,不被变更、败坏;新调控方法本身具有技术合理性和经济性,单独推广使用就很有价值。
新调控方法确实简单,用起来应无难碍,但有三个前提条件仍需满足。其一,配合比方案本身应该是良好的,否则维护它就失去意义。配合比方案还应该是“不留余地”的,就是说,不能像用水调控时那样,考虑到调控加水变更实际配合比和降低强度,就预留足够大的强度储备,以至于把试验室确认的混凝土配合比系列设计用于降低一个强度等级混凝土的生产,如用C30 的配合比去实际生产C25 混凝土,本钱已经花进去了,再用超塑化剂调控还要增加一些成本,就没意义了。用新方法调控就该用试验设计的C25 配合比生产C25 混凝土,用C30 配合比生C30 混凝土,不应降等级套用,才体现其效用。其二,新调控方法要求除超塑化剂掺量可变动外准确地执行设定的配合比。这就要求吃准砂石的含水率来作设定,需要在生产中跟踪检测含水率作适时调整设定。用微波炉频繁检测含水率,实现在线控制,配置小工专职去做,也是值得的。有经验的人员守着上料皮带机,随时抓把砂石看看捏捏,也能相当准确地判断含水率,误差可以小于±0.5 % ,用以掌控生产也算满足要求。传统方法虽然是用水,却并无这种严格要求,对砂石带入的水量并不准确掌控。用新方法这是关键要求,必须做到。其三,新调控方法要求采用掺量范围宽广的超塑化剂,通常是中、高档次的产品。理由很明显,一是赋予增加掺量的足够余地,一是性能良好、稳定、性能价格比也比低档的高。配合比设计的全计算法中以CSP 品牌超塑化剂为基准, 中档的CSP - 2 掺量范围0.8 %~2.5 %(胶凝材料总量为基准) ,高档的CSP —7 掺量范围0.8 %~3 % ,通常足以满足高到C50 和C60 商品混凝土的配制和调控要求。目前许多商品混凝土厂家喜用低档次的缓凝减水剂,其掺量范围狭仄,性价比低,生产低等级混凝土,用低掺量,尚属可行,其实经济上也不划算,需要高掺量就不能用了。另外,许多人对超塑化剂缺乏了解,以为高掺量会延缓凝结时间过久,其实缓凝效果是可以大幅调整的,超塑化剂的配方设计早就解决了这类问题。用户可以要求外加剂厂家提供满足各种特定性能要求的产品,并做好售后技术服务,根据用户情况调整产品性能,目前许多商品混凝土厂家对这种合作关系或权利还认识和利用不足。像CSP —2 ,厂家可以提供缓凝作用较强、适中和较弱的不同产品,还有能克制泌水的等等,供用户选用。所以,选用合适的超塑化剂十分重要,但不难办到。具备了上述三个前提条件,新调控方法就畅行无阻了。
说到这里为止,新调控方法的可行性及其技术合理性已展现无遗,由大家去评判罢。
五
回过头来比较调控方法不同的经济效果。如所周知,通常的正常情况,每增加5kg 用水量,可增加约2cm 坍落度;同样,每增加0.1 %(胶凝材料总量计) 的超塑化剂掺量,亦可增加约2cm 坍落度;这是普遍成立的对比基准。
当问及何以坚持要用加水增坍的调控方法时,每每听到信口而出的答复:水不要钱,外加剂则很昂贵。这当然是自欺欺人的辩辞,加水的背后必须是相应增加水泥(胶凝材料) 用量来弥补强度损失,就算水不值钱,水泥(胶凝材料) 却是值钱的。混凝土等级不同,所用配合比不同,可据以算出每5kg 水对应的水泥(胶凝材料) 量,以及每0.1 %超塑化剂的量,进而计算相应成本。等级越高,水灰(胶) 比越低,水泥(胶凝材料) 量越大,每5kg 水对应的水泥(胶凝材料) 量和0.1 %的超塑化剂量都越大,成本都提高,但成本差额越大。可以看下列实例。
宁波某商品混凝土厂泵送混凝土系列配合比设计如下表。水泥用海螺P·O· 42.5 水泥,单价400元/ 吨;当地电厂Ⅱ级粉煤灰,单价110 元/ 吨;类似于CSP —2 的中档缓凝高效减水剂,单价2600 元/吨;砂石从略。其设计依据和方案细节这里就略而不表了。
由表1 直接算出表2 。
表2 是仅仅调整2cm 坍落度的调控成本差额,如果需要调整4 、6 、8cm 坍落度,成比例增长,数值就很可观了。
问题还不止于此,更在于:按新调控方法,实际需要增加几个坍落度就相应增加超塑化剂量并付出相应成本,多则多花钱,少则少花钱,不花冤枉钱。传统方法则是预留一定的强度储备或调控空间,而且要留足,要按大幅度调整的可能性去预留强度储备或调控空间,通常是提高一个强度等级作为预留值,投入的成本可就大了。这是买断期货式的预支成本,实际调控幅度是大是小已不相干,足额的本钱原已注入,当然通常有很大份额是冤枉钱,毕竟调整幅度大到用尽预留储备的情况不会很多。这种局面,是传统调控方法经济性差的主因。参照表1 ,配合比差一个等级,水泥用量相差30kg/ m3 ,合12 元钱,这是传统调控方法的大致代价。比之表2 新调控方法的单价,经济性的优劣相当明显。
愿广大商品混凝土厂家都尽快改用新调控方法,用最低廉的成本生产出最佳性能的产品!