浅谈商品混凝土生产过程中的“平衡”

雷庆元

混凝土是当今世界上使用量最大、最为广泛的首选建筑材料，它具有强度高、耐久性好、原料来源广、制作工艺简单、成本较低、适用于各种自然环境等优点。自20世纪70年代末商品混凝土在我国问世以来，已经走过了近三十年的历程，在这三十年中，无论是从数量上还是从质量上，也无论是从技术上还是从管理上，我国商品混凝土都有了很大的发展。

与混凝土打交道也有5年多的时间了，从开始的混凝土施工、养护，到后来的商品混凝土产品新技术、新工艺、新材料的研发和商品混凝土的实际生产控制，积累了不少的研发和生产经验，认识到在商品混凝土生产过程中存在着一些“平衡”：商品混凝土的工作性能和力学性能之间的平衡；混凝土生产成本中，各原材料成本控制之间的平衡。

混凝土原材料加水拌合后形成混凝土拌合物，这一拌合物具有一定的流动性、黏聚性、保水性和可塑性。随着时间的推移，胶凝材料的反应不断进行，水化产物不断增加，形成凝聚结构，此时混凝土开始凝结硬化，逐步失去流动性和可塑性，最终形成具有一定强度的水泥石。凝结硬化以前的混凝土拌合物我们通常称为新拌混凝土，凝结硬化后的混凝土称为硬化混凝土。对于新拌混凝土我们追求的主要是它的工作性能，而对于硬化混凝土我们追求的就是它的力学性能、耐久性能。

影响商品混凝土工作性能的因素很多，其中用水量和砂率是最直观的两个方面。而影响混凝土力学性能最主要的因素就是混凝土的水灰比和致密性。

新拌混凝土是一个由各原材料间相互包裹而形成的流动体。水跟水泥等胶凝材料发生水化反应，产生水泥浆，水泥浆填充砂子之间的空隙，并将砂子包裹起来就成了砂浆，砂浆再填充石子的空隙把石子包裹起来就成了混凝土。实际生产中的用水量大概只有25%-30%是用来跟胶凝材料起水化反应的，其他的都是用来提供混凝土流动性的，水是提供混凝土流动性的最主要因素。现在商品混凝土的施工方式基本都是采用泵送，对混凝土的流动性要求比较高，所以为了满足良好的工作性能，充足的用水量是必不可少的。

水灰比是指混凝土生产配合比中，水的质量与胶凝材料总质量的比值，它是影响混凝土强度的根本因素。水泥等胶凝材料发生水化反应产生凝胶体的需水量是有限的，多余的水对混凝土的水化反应起不到任何作用，反而由于多余水的运动会在混凝土结构中产生较多孔洞，甚至水流通道，严重影响结构的致密性，从而影响强度和耐久性。所以一般水胶比越大，混凝土的强度会越低，水胶比越小，混凝土的强度一般就越高。所以用水量即不能太大也不能太少，太大会导致混凝土强度达不到设计要求，而太少则满足不了施工需要，故在实际生产前，一定要通过大量试配来找到这个用水量的平衡点。

砂率是指混凝土骨料中，砂子的重量占骨料总重量的百分比，砂率对混凝土的流动性影响很大。我们可以把混凝土看成是砂浆跟石子的拌合物，把砂浆看成是砂子和水泥浆的拌合物。当砂浆填满石子之间的空隙并包裹住石子后，就能带动石子一起流动，才能有良好的流动性。只有当砂浆量充足时，我们的泵机才能将混凝土泵送上施工平台并且保证在泵送过程中，原材料之间不发生分离。这时就需要有足够的砂子来和水泥浆拌合成砂浆，这就是实际生产中经常说的砂率一定要够。当然，砂率也不是越大越好，当砂率超过一定范围后，砂子的增加，对砂浆量的增加已经不明显了，对砂浆黏度的提高比较明显，当砂浆黏度增加时，砂浆自身的流动阻力会变大，流动性会变差，也就不易泵送。

我们也可以从骨料之间的相互填充来分析砂率的变化规律。由于砂子的粒径比石头的粒径小，那么砂子首先是填充在石子的空隙中，使骨料间的空隙率不断降低，这时用来填充骨料之间空隙所需的水泥浆就会变少，那么就会有充足的水泥浆来提供流动。当石头的空隙填满以后，就不能再容纳多余的砂，如果砂子的用量继续增加，由于砂子的粒径小，它的比表面积比石子的大，这时骨料的总空隙率反而会随着砂子用量的增加而变大，这时需要用来包裹砂石的水泥浆就会增加，相对的提供流动的水泥浆就会显得不足，混凝土的流动也就变差。所以对于混凝土来说，存在着一个最佳砂率，当实际砂率小于这个最佳砂率，砂率越大，混凝土的流动性就越好，工作性也就越好。

在混凝土的结构中，石子起到的是一个骨架作用，而砂子主要充当着一个润滑作用，石子的用量和坚硬程度对混凝土的强度影响很大。石子越多，它跟水泥浆的粘结面积越大，那么石子跟水泥浆的粘结力以及咬合力也越强，它们的界面就越不容易被破坏，强度自然就高。一般混凝土配合比中骨料的总质量是一定的，随着砂率的增大，石子的数量自然就会减少，那么混凝土的骨架就会显得不够，石子跟硬化水泥石的接触界面也显得不够，界面的抗破坏能力也差，强度自然要受到影响，所以一般砂率越大，混凝土的强度往往越低。故在实际生产中找到一个砂率平衡点，既要保证混凝土有良好的流动性，又不能影响硬化混凝土的力学性能就显得尤为重要。

既然混凝土的工作性能跟力学性能有这么一些矛盾，那么实际生产中我们就一定要掌握好这个平衡，因为我们追求的混凝土性能是这两个性能的综合体，缺一不可。

构成混凝土的原材料主要有：水泥、粉煤灰、砂、石、减水剂、水等。其中水泥一般都是使用较大水泥厂生产的产品，质量一般都比较稳定，价格波动不大；粉煤灰的质量差异比较明显，一级、二级、三级灰的性能指标差异不小，价格差别也比较大；砂、石的性能往往也有比较大的差别，其中砂石含泥量、石子的材质、压碎指标、针片状等对价格的影响也较大；减水剂一般选用后，就不会轻易变更，减水剂的性能也比较稳定，所以价格也还比较稳定。这些原材料中，减水剂的价格最贵，水泥次之，粉煤灰再次之，砂石的价格相对便宜的多。

企业在选择粉煤灰时，有时为了成本考虑，可能会偏向于选择价格相对便宜的三级灰甚至假灰，便宜的粉煤灰，细度一般比较粗，玻璃微珠偏少，活性较低。当粉煤灰的细度粗、玻璃微珠偏少时，那么它的填充水泥颗粒空隙的能力以及润滑能力都较差，从而导致粉煤灰的需水量变大，在混凝土生产用水量不变时，为了达到同样的流动性，减水剂的掺量肯定要提上去，而减水剂的价格一般是各材料里最贵的。粉煤灰的价格是降了，可减水剂掺量的增加导致了减水剂用量增加，这个总成本到底是降了还是增加了，就要多比较了。

砂、石是混凝土各原材料中，使用量最大的。有些企业想着从这方面来节省成本，进购一些价格更便宜的砂石，而这些砂、石往往含泥量大、针片状多、压碎指标高等。为了保证混凝土的生产强度，往往需要增加胶凝材料的使用量或者水泥构成比例等，来保证强度；砂石中的含泥高，那么它们对减水剂的吸附能力就会增加，为了保证混凝土的流动性和控制好混凝土的塌落度损失，就必须要增加减水剂的掺量；一般混凝土生產都要求采用花岗岩，一些企业为了节省成本，采用石灰石来取代花岗岩。石灰石的压碎指标肯定比花岗岩高，而且它表面会吸附一层石粉，这些石粉对水和减水剂有一定的吸附作用，在实际生产中为了保证强度和流动性，同样的也要调整胶凝材料的用量，增加减水剂的掺量。这些调整方法都会增加胶凝材料和减水剂的用量，而胶凝材料和减水剂的价格比砂石要贵的多。进购性能差的砂石是否真的能把混凝土生产的总成本降下去，这个值得怀疑。

这两个“平衡”的把握，是商品混凝土生产过程中的重点难点，如何能有效的解决这两个问题，也是行业技术人员、管理人员的职责和目标，在保证商品混凝土的各项性能满足设计要求的情况下，尽可能的降低生产成本，为公司创造更高的利润。

参考文献：张承志.《商品混凝土》.化学工业出版社.2010.