商品混凝土拌樓調控方法變革芻議
2006-09-22 00:00
一
目前，許多商品混凝土廠的產品質量波動甚大，商品混凝土產品主要是泵送混凝土，供其他施工方式應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許多，通常較少發(fā)生性能爭議。泵送混凝土的工作性則經常受到泵工的抱怨和施工方的非議，保持泵送混凝土工作性良好成為商品混凝土生產的核心技術課題，是生產調控的焦點、難點。遠比混凝土強度控制要復雜和困難得多。往往本身就波動不穩(wěn)，乃至殃及強度也起波動。
造成波動的首要原因是原材料性能不穩(wěn)定，難得有幾家商品混凝土廠家有性能良好、穩(wěn)定的原材料供應。貨源緊張時須用幾個廠家的水泥，水泥性能良莠不齊，有時顧不上陳放，出磨的熱水泥進廠就要用。粉煤灰多數(shù)地方供不應求，賣家以次充好，買家無可奈何，哪能要求二級灰，什么品質的都收下就用，成為危害混凝土性能質量最烈的一種原料。外加劑本有選用余地，又因商品混凝土廠家多半貪便宜，摻用量小，而選用中低檔產品，性能常有局限，適用摻量范圍狹窄，難以滿足用作有效調控手段的需要。外加劑本來應該隨氣候及商品混凝土廠家原材料變動等具體情況而調整復配配方使相適應，這種售后服務也大多缺乏，偶有調整也趕不上變化。砂石受就地取材限制，品質難多挑剔，也常有較大波動，河砂所含5～15 豆石量常變化很大，含泥量有時偏多；卵石通常級配尚好，也有波動，含泥量有時偏多；碎石場多用顎式破碎機破碎，碎石粒形和級配都常較差，小采場常不剝離表土層，水洗不充分，難以去除含泥和石粉，雨后碎石沾泥更難去除，這都影響質量，篩板孔徑越磨越大，過篩石子粒徑也明顯變大，如此等等都呈變動不穩(wěn)狀態(tài)。總之，原材料品質性能波動大在商品混凝土廠是比較普遍的。再加上氣候、運距、施工進度等的影響，商品混凝土要把握好工作性能確實難度頗大。
商品混凝土的基本性能要求主要是強度和工作性，有時也有抗?jié)B性和抗折強度等要求。不同性能的“品行”表現(xiàn)有所不同?；炷翉姸仁恰皬姸纫蛩亍毙再|的性能，通常能很好地遵循“水灰（膠） 比定則”：“對于一定材料，強度僅取決于一個因素，即水灰（膠） 比”。雖然流行某些疑似的“經驗”之談，如石子大小和用量能明顯影響強度之類，其實從理論和實踐上都不能成立?！八遥z） 比定則”這條基本理論可以被深化和拓展地認識領會，但實踐證明它是普遍真理，必須信奉。正因為是這樣，混凝土強度才得以能有效把握和調控。混凝土強度也因此既可變又穩(wěn)定，取決于水灰（膠） 比變與不變。所以，原材料的質量波動，只要是在“一定”的限度內，對混凝土強度的影響甚微。如果原材料波動超過“一定”范疇，比如換了水泥的品牌、品種、等級，那就由“水灰（膠） 比定則”把混凝土強度規(guī)律界定在另一個“一定”的框架內，仍然由水灰（膠） 比的變與不變來決定強度的變與不變。所以，商品混凝土生產的強度控制是并不困難的，控制水灰（膠） 比就成。配合比設計對強度留有足夠富裕，縱然原材料波動大些，只要不是質變，混凝土強度合格應無疑難。
和強度不同，混凝土工作性是種“廣度因素”性質的性能，取決于“質”和“量”的綜合作用，關系復雜，變動敏感。原材料的任何品質和數(shù)量波動都會或多或少地引起工作性的變化，實難把握。有些粗淺的經驗規(guī)律，比如說用水量增減5kg/ m3 、砂率增減1 %，都會增減約2cm 的坍落度；超塑化劑用量增減0．1 %（對膠凝材料總量的比率） 也有同樣效果；砂的細度模數(shù)增大減小，用砂量應相應增減；水泥和摻和料的細度和需水量變化當然會引起坍落度的相應改變；如此等等。若能全盤試驗檢測原材料的品質波動，依據(jù)這些經驗規(guī)律，應該還能在一定程度上對混凝土工作性實施有效調控。可惜拌樓生產實際是無法實施原材料的全面實時檢測并作相應控制調整的。先進的拌樓裝備能對砂石的含水率進行在線檢測，那就很難能可貴了。所以生產中只能對混凝土工作性作跟蹤調整，若非必要，通常不能也不必細究導致需要調整工作性的確切原因，只能亡羊補牢地、用一種簡單快捷易行的辦法能把工作性調控到滿足需要就好。
至于抗?jié)B性，與混凝土質地的密實性相關聯(lián)，本質上也是種“強度因素”性質的性能，但其構成機理要比強度的機理復雜得多，目前還搞不太清楚。不過，實踐中只要重視力求維護混凝土的密實性，不進行會導致密實性降低的調控，抗?jié)B性就能保持良好。如果需要摻用膨脹劑或采用微膨脹型超塑化劑來改進抗?jié)B性和抗裂性，則須嚴格按照使用規(guī)程和施工要求去做才能收到好的效果，哪個環(huán)節(jié)也馬虎不得。
綜上所述，商品混凝土生產中原材料品質性能波動大是客觀現(xiàn)實。影響到混凝土的性能波動主要是工作性反應敏感、波動大。拌樓的調控主要也就是調控工作性，需要用一種簡單快捷易行又有效的方法來實現(xiàn)這種調控。有這種方法嗎? 這種方法好嗎? 遂成為應關注的焦點。
二
現(xiàn)實的工作性調控方法不外乎是增減用水量或（和） 增減超塑化劑用量。
如果是幾十年前，混凝土還是四組分的塑性或半干硬性混凝土，改變混凝土工作性的唯一辦法就是增減用水量，增減用水量5kg/ m3 ，混凝土坍落度相應增減2cm ，這在國家行業(yè)標準《普通混凝土配合比設計規(guī)程》中是言之鑿鑿的。
自從高效減水劑發(fā)明以后，至今混凝土的主流已變成了六種組分的現(xiàn)代高性能混凝土，包括大流動性的商品混凝土在內。而高效減水劑強烈的減水和增坍效能適足以構成新的調控混凝土工作性的方法，比傳統(tǒng)的用水調控的方法更有效力也更有利，早就應該順理成章地淘汰傳統(tǒng)方法取而代之。
可惜，就跟在目前絕大多數(shù)商品混凝土生產中仍在用《普通混凝土配合比設計規(guī)程》的方法設計混凝土配合比方案一樣，相互依存地也仍用著以增減水量來改變坍落度的調控方法。這在技術上沒有什么站得住腳的理由，只能說是傳統(tǒng)觀念和習慣使然。商品混凝土本身是個高新技術薈萃的產業(yè)，在我國商品混凝土業(yè)界卻充斥著傳統(tǒng)保守的技術氛圍，阻滯著其健康發(fā)展。必須進行更新和變革，才能取得更大的技術進步和更好的經濟效益。變革調控方法是一最關鍵的核心環(huán)節(jié)，做起來其實并不很難，但要沖決傳統(tǒng)保守觀念和習慣的排斥去做卻并不容易。下面就來詳細論證傳統(tǒng)調控方法的弊端，繼而論述更新方法的實施要點。
三
目前國內絕大多數(shù)商品混凝土生產的拌樓調控其在具體做法上或有差別，有的精細周到些，有的粗率隨意些，但只要是本著用水調控的宗旨，就都是大同小異的，都難免共同固有的弊端。
變更水量實施調節(jié)，最規(guī)范的做法是隨著用水量不同更換相應的配合比設計，一系列不同用水量的配合比都做得良好的話，這樣是可以保持混凝土綜合性能良好不變的。這樣做當然很繁難，需要吃準砂石含水率從而準確吃準用水量再選擇配合比。而且那些用水量大的配合比很難說是混凝土性能多良好的，經濟性就肯定差。所以，估計不會有幾家商品混凝土廠這樣干法。
實際上，廠家都是在一個固定的“基準”配合比設計的基礎上增減水量來作調整。比較規(guī)范一些的，在增減水量的同時，會考慮相應增減一些水泥，增減一些砂、石、粉煤灰的用量之類，憑的是經驗和估計，缺乏準頭和依據(jù)，難以維持配合比不嚴重扭曲和性能不嚴重劣化。做得粗率的，則只顧增減水量就算完，有的是徑直改動加水計量，有的似乎還有點惻隱，通過降低砂石含水率的設定值來變相加水，實際結果都一樣，全未顧及配合比改變和混凝土全盤性能變化。無論是規(guī)范些的，還是粗率的，由于混凝土的工作性需要調整的幅度一般都頗大，不是多用5kg 或10kg 水、增大1～2cm 或3～4cm 的坍落度就足夠用了，而是需要加更多水以更大幅度地增加坍落度。原材料波動、氣候和運距等原因、施工貪圖省力希望混凝土能接近“自流平”的過分要求等這些因素的現(xiàn)實存在，使大幅度調整的情況并不稀罕。就我所知，許多拌樓調控水量的波動幅度都達到或超過20kg/ m3 。最高的甚至超過30kg/ m3 ，猛一聽似乎不可思議，但你若遭遇過含較多焦炭（燒失量超過10 %） 的溫州電廠出的粉煤灰，觸類旁通地想，也就不太驚詫了。我們在做配合比設計時，對用水量變動5kg ，砂率變動1 % ，都是斤斤計較，仔細對比，最后鄭重厘定得出的，一般是相對最佳結果。但若面對調控水量10 、20 乃至30kg 的變動，配合比的水灰比、灰漿量、砂漿量等都大幅度改變，整個混凝土內在配比關系都嚴重扭曲變形，最佳結果早就蕩然無存了。這正是我們經常看到的現(xiàn)實：加水把混凝土調稀后，除了混凝土強度當然降低之外，整個混凝土狀況和性能也都劣化，密實度降低，抗?jié)B、抗裂性能變差，和易性實際上未必有改善，倒是出現(xiàn)泌水、離析、抓底現(xiàn)象，可泵性仍不良，……。總之，用水量是混凝土配比框架的支柱，豈宜更變，變則整個設計框架扭曲變形最終崩坍。用增減水量來實現(xiàn)調控，是剜肉補瘡的辦法，混凝土工作性得到表面上的改善，混凝土的實質狀況和綜合性能則相應惡化，得不償失。這是用水調控的傳統(tǒng)方法不可克服的主要弊端，注定了它是很不可取的笨辦法。
不妨對用水調控的傳統(tǒng)方法犧牲混凝土基本性能的后果做點測算。別的性能如密實度之類難以定量評定，強度則是易于定量評估的。按強度公式計算一下，即可得知，若單純增加用水量引起水灰（膠）比增大和強度降低，每5kg 水量降低C20 混凝土的強度約1MPa ，相當于等級強度的5 %；混凝土等級逐步提高到C50 ，強度降低漸增至約2MPa ，相當于等級強度的4 %。按照《普通混凝土配合比設計規(guī)程》推薦的σ值，C20 混凝土的設計強度富裕率約為140 % ，C50 混凝土約為120 %。如果調控用水變化幅度到20 、30kg ，混凝土強度豈不岌岌可危! 混凝土強度豈不降了一個等級? 難怪許多商品混凝土廠的試驗室完成混凝土配合比系統(tǒng)設計和試拌驗證后，要降格用作生產采用的配合比，C30 的試驗結果用于C25 的生產，依此類推。這樣，在生產中因用水調控造成的強度下降通?？梢匀菰S，不至危害到強度等級。但實際生產配合比和試驗設計仍有差別，摻水降等級的原C30 ，生產變成C25 的混凝土配合比，比起試驗室得出的C25 配合比來，通常要差一些，因為后者是級配關系恰當?shù)膬?yōu)化方案，前者則偏離了優(yōu)化狀況。所以，雖然預留了強度降低余地，混凝土綜合品質劣化則未能避免。至于從經濟性衡量，這樣做當然是成本高昂不可取。
如果說原材料的品質性能波動等因素是客觀存在，處置應對的措施和方法得當?shù)脑挘梢园阉鼈儙淼牟涣加绊懕M量縮減，盡量減少損失。得當?shù)拇胧┖头椒ú煌馐勤吚芎Φ剡x用適當?shù)膬?yōu)化配合比，在難以究竟的情況下，至少要維持仍屬相當合適和優(yōu)化的配合比，縮小波及面，避免連帶波動。用增減超塑化劑來調整工作性的方法就能做到這些。而用水調整的傳統(tǒng)方法則背道而馳，造成配合比劣化，當然只會擴大波及面，增加不良擾動，造成更大損失。
有些人不接受或不完全接受上述議論。典型的質疑就是認定混凝土工作性（坍落度） 的變化只是由于對砂石含水率的設定值有偏差，造成用水量偏離配合比設計值，坍落度隨之改變，調控時增減水量，恰好是使用水量回歸到設計值，結果是恢復了良好設計的配合比，也恢復了設計的坍落度。這種說法不是沒有一些道理，但很片面，不符合實際情況，錯亂了因果關系。按實際情況準確設定砂石含水率以使用水量符合設計，配合比設計才得以執(zhí)行，這是正確的。僅由于用水量偏離導致變化，用水量回歸正確后性能恢復，這種情況是有的，也很正常，在強度控制上是需要奉行的。
但是，敏感易變的工作性（坍落度） 的較大幅度變動通常都是原材料波動、氣候、施工要求等造成的，調整要求遠非用水量“回歸”的有限量。對配合比因應波動的效能要客觀看待，良好的配合比能穩(wěn)定強度和混凝土基本狀態(tài)（密實性、均勻性等） ，穩(wěn)定坍落度恐怕就奢求了。在試驗室里做些試配，就能證實這里的議論?？傊盟{控工作性（坍落度）的傳統(tǒng)方法會顧此失彼，敗壞配合比和全盤性能，應是不爭的事實，無可諱言。所以它確實不是個值得繼續(xù)沿用的好方法。
高成本、不經濟是傳統(tǒng)用水調控方法的技術缺陷帶來的經濟惡果，是其另一重大弊端。
四
對適當選用的原材料，取其代表性的、品質適中、相當于平均樣的試樣，作出要求強度等級的良好配合比設計，交付生產嚴格執(zhí)行。生產中出現(xiàn)混凝土工作性（坍落度） 需要調整的情況時，先查明是否是砂石含水率設定得偏離實際，若是則校正之。在準確執(zhí)行既定配合比的前提下，混凝土工作性（坍落度） 的調整則全憑和只用增減超塑化劑摻量的辦法，除此之外的其他設定一概不改動。通常每增減超塑化劑摻量0．1 %（以膠凝材料總量為基準） ，約增減2cm 坍落度。這就是建議采用的調控方法，何其簡單易行。但其優(yōu)越性也極明顯，即最大限度地保持著配合比不變形，有效地穩(wěn)定著強度和全盤性能。
就如用水調控的傳統(tǒng)方法與配合比設計的傳統(tǒng)方法（即《普通混凝土配合比設計規(guī)程》的方法） 是一脈相承、相互依存、互為表里一樣，用超塑化劑調控的新方法與高性能混凝土配合比設計的全計算法也是一脈相承、相互依存、互為表里的。全計算法設計出的混凝土具有狀態(tài)和性能的高穩(wěn)定性，能最好地適應新調控方法。實驗和生產實踐證明，兩相結合配制的混凝土， 在坍落度從幾cm 大幅度變動至22cm 以上時，都能保持良好的狀態(tài)，不至于嚴重泌水、離析。全計算法的優(yōu)良配合比，只有用僅變超塑化劑的調控方法才能準確、穩(wěn)定地執(zhí)行。所以，配合比設計改用全計算法和拌樓調控改用變動超塑化劑的新方法應該同步進行、一并推廣。當然，全計算法做出的優(yōu)良配合比設計，若用傳統(tǒng)的用水調控方法去執(zhí)行，配合比也將被變更、敗壞；傳統(tǒng)方法做出的良好配合比設計，若用僅變超塑化劑的新方法實施調控，配合比也將保持穩(wěn)定的基本框架，不被變更、敗壞；新調控方法本身具有技術合理性和經濟性，單獨推廣使用就很有價值。
新調控方法確實簡單，用起來應無難礙，但有三個前提條件仍需滿足。其一，配合比方案本身應該是良好的，否則維護它就失去意義。配合比方案還應該是“不留余地”的，就是說，不能像用水調控時那樣，考慮到調控加水變更實際配合比和降低強度，就預留足夠大的強度儲備，以至于把試驗室確認的混凝土配合比系列設計用于降低一個強度等級混凝土的生產，如用C30 的配合比去實際生產C25 混凝土，本錢已經花進去了，再用超塑化劑調控還要增加一些成本，就沒意義了。用新方法調控就該用試驗設計的C25 配合比生產C25 混凝土，用C30 配合比生C30 混凝土，不應降等級套用，才體現(xiàn)其效用。其二，新調控方法要求除超塑化劑摻量可變動外準確地執(zhí)行設定的配合比。這就要求吃準砂石的含水率來作設定，需要在生產中跟蹤檢測含水率作適時調整設定。用微波爐頻繁檢測含水率，實現(xiàn)在線控制，配置小工專職去做，也是值得的。有經驗的人員守著上料皮帶機，隨時抓把砂石看看捏捏，也能相當準確地判斷含水率，誤差可以小于±0．5 % ，用以掌控生產也算滿足要求。傳統(tǒng)方法雖然是用水，卻并無這種嚴格要求，對砂石帶入的水量并不準確掌控。用新方法這是關鍵要求，必須做到。其三，新調控方法要求采用摻量范圍寬廣的超塑化劑，通常是中、高檔次的產品。理由很明顯，一是賦予增加摻量的足夠余地，一是性能良好、穩(wěn)定、性能價格比也比低檔的高。配合比設計的全計算法中以CSP 品牌超塑化劑為基準， 中檔的CSP - 2 摻量范圍0．8 %～2．5 %（膠凝材料總量為基準） ，高檔的CSP —7 摻量范圍0．8 %～3 % ，通常足以滿足高到C50 和C60 商品混凝土的配制和調控要求。目前許多商品混凝土廠家喜用低檔次的緩凝減水劑，其摻量范圍狹仄，性價比低，生產低等級混凝土，用低摻量，尚屬可行，其實經濟上也不劃算，需要高摻量就不能用了。另外，許多人對超塑化劑缺乏了解，以為高摻量會延緩凝結時間過久，其實緩凝效果是可以大幅調整的，超塑化劑的配方設計早就解決了這類問題。用戶可以要求外加劑廠家提供滿足各種特定性能要求的產品，并做好售后技術服務，根據(jù)用戶情況調整產品性能，目前許多商品混凝土廠家對這種合作關系或權利還認識和利用不足。像CSP —2 ，廠家可以提供緩凝作用較強、適中和較弱的不同產品，還有能克制泌水的等等，供用戶選用。所以，選用合適的超塑化劑十分重要，但不難辦到。具備了上述三個前提條件，新調控方法就暢行無阻了。
說到這里為止，新調控方法的可行性及其技術合理性已展現(xiàn)無遺，由大家去評判罷。
五
回過頭來比較調控方法不同的經濟效果。如所周知，通常的正常情況，每增加5kg 用水量，可增加約2cm 坍落度；同樣，每增加0．1 %（膠凝材料總量計） 的超塑化劑摻量，亦可增加約2cm 坍落度；這是普遍成立的對比基準。
當問及何以堅持要用加水增坍的調控方法時，每每聽到信口而出的答復：水不要錢，外加劑則很昂貴。這當然是自欺欺人的辯辭，加水的背后必須是相應增加水泥（膠凝材料） 用量來彌補強度損失，就算水不值錢，水泥（膠凝材料） 卻是值錢的。混凝土等級不同，所用配合比不同，可據(jù)以算出每5kg 水對應的水泥（膠凝材料） 量，以及每0．1 %超塑化劑的量，進而計算相應成本。等級越高，水灰（膠） 比越低，水泥（膠凝材料） 量越大，每5kg 水對應的水泥（膠凝材料） 量和0．1 %的超塑化劑量都越大，成本都提高，但成本差額越大?？梢钥聪铝袑嵗?。
寧波某商品混凝土廠泵送混凝土系列配合比設計如下表。水泥用海螺P·O· 42．5 水泥，單價400元/ 噸；當?shù)仉姀SⅡ級粉煤灰，單價110 元/ 噸；類似于CSP —2 的中檔緩凝高效減水劑，單價2600 元/噸；砂石從略。其設計依據(jù)和方案細節(jié)這里就略而不表了。
由表1 直接算出表2 。
表2 是僅僅調整2cm 坍落度的調控成本差額，如果需要調整4 、6 、8cm 坍落度，成比例增長，數(shù)值就很可觀了。
問題還不止于此，更在于：按新調控方法，實際需要增加幾個坍落度就相應增加超塑化劑量并付出相應成本，多則多花錢，少則少花錢，不花冤枉錢。傳統(tǒng)方法則是預留一定的強度儲備或調控空間，而且要留足，要按大幅度調整的可能性去預留強度儲備或調控空間，通常是提高一個強度等級作為預留值，投入的成本可就大了。這是買斷期貨式的預支成本，實際調控幅度是大是小已不相干，足額的本錢原已注入，當然通常有很大份額是冤枉錢，畢竟調整幅度大到用盡預留儲備的情況不會很多。這種局面，是傳統(tǒng)調控方法經濟性差的主因。參照表1 ，配合比差一個等級，水泥用量相差30kg/ m3 ，合12 元錢，這是傳統(tǒng)調控方法的大致代價。比之表2 新調控方法的單價，經濟性的優(yōu)劣相當明顯。
愿廣大商品混凝土廠家都盡快改用新調控方法，用最低廉的成本生產出最佳性能的產品!
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