混凝土预拌水泥砂浆法工艺对比试验

徐晖

（安徽盈创石化检修安装有限责任公司预制厂，安徽　安庆　246003 ）

混凝土预拌水泥砂浆法工艺对比试验

徐晖

（安徽盈创石化检修安装有限责任公司预制厂，安徽安庆246003 ）

通过对本企业原有的混凝土一次投料法生产的分析以及与预拌砂浆法搅拌的对比试验，同时经过在实际生产中的长周期跟踪分析，确定了预拌砂浆法在混凝土成料的和易性与抗压强度上的优越性，对原有的生产系统进行优化改进，达到降低成本挖潜增效的目的。

混凝土；预拌水泥砂浆法；生产技改

0　背景简介

随着国家基建投入的不断加大，各地的商品混凝土企业如雨后春笋般地迅速发展起来。国家相关部门对商品混凝土这个行业的产品质量要求非常严格，因为它关系着千家万户，维系着国计民生。混凝土是个特殊的行业，想在这个行业获取利润首先就要做好“用户体验”。说到用户体验，很多业内人士都会将它归于“服务”这块，但是笔者认为混凝土的用户体验其实是两个概念：其一是服务，其二就是风险。

建筑行业的终端用户是人，“安居工程”的“安”字包含着“安分”和“安全”两层含义，如果房屋出现安全问题，势必将会造成居者的不安分。作为建筑行业里面使用比例最大的材料——混凝土，其质量和利润的矛盾一直以来都是行业内部的争论焦点所在。混凝土作为商品的特点就是在产品交付时只能通过测量坍落度与和易性来验证部分性能是否达标，而对产品的最终确认是以混凝土 28d 龄期强度为依据的，检测手段的局限性使得商品混凝土这个产品的质量监督包含了较多的不确定因素。如果在产品交付过程中质量产生波动，影响了 28d 龄期的强度不能够达标，带来的后果将是非常严重的。笔者所在的混凝土搅拌站面临的是石化厂区基建工程的客户，对混凝土的质量要求相当严格。经过多年的生产经营，笔者单位形成了完善的产品质量控制链，对各种类型混凝土的配制和生产都有着独到经验，虽然周边有多家搅拌站参与竞争，可是十数年来笔者单位以零风险的客户体验牢牢抓住了客户群体。以先进的混凝土生产工艺而不是偷工减料来降低企业生产成本，既可以保障企业的产品质量和客户口碑，又可以获取最大的效益，这方为商品混凝土企业的正常经营之道。

通常混凝土试验室都是以优化配合比设计作为降低成本的途径，然而通过改进投料搅拌工艺来提高混凝土性能也是一种简单易行、经济实用的方法。近年来国内混凝土研究人员受日本 SEC (Sand Enveloped with Cement) 混凝土技术启发，提出了混凝土二次投料搅拌工艺。所谓的二次投料搅拌工艺也称“二次投料法”，分为水泥净浆法、预拌水泥砂浆法、水泥裹石法和水泥裹砂法。其中水泥净浆法是把搅拌水与水泥先搅拌，再放入砂、石继续搅拌；预拌水泥砂浆法是把所有的搅拌水与水泥、砂先搅拌，然后再放入石子继续搅拌；而水泥裹石法是用少量的搅拌水润湿石子，放入水泥搅拌，然后再放入其余的水和砂继续搅拌。日本的 SEC 技术也即水泥裹砂法，在生产中先投入砂，然后称量部分搅拌水润湿砂，接着投入水泥开始搅拌，最后再放入剩余的水和石子继续搅拌，这种方法的优点在于水泥与骨料之间的得到充分拌合，混凝土的和易性与可操作性能良好。所有这些工艺方法的出发点都是希望以新工艺来提高混凝土的力学性能，或在满足原有强度的前提下，达到节约水泥、提高经济性的目的。

1　可行性分析

笔者单位搅拌站目前的生产工艺为一次性投料搅拌，这种生产工艺的主要特点是水泥同粗细骨料夹裹着一同进入主机。当搅拌水投入后水泥容易形成小水泥团，而且混凝土配合比中的水灰比愈小这种团粒现象愈严重。这些小水泥团附着于粗骨料上，当粗骨料粒径愈大，小水泥团愈不易被破碎。在拌合过程中，由于摩擦和撞击作用，处于骨料运动方向背面的小水泥团被有效的保护起来，粒径大于小水泥团几倍或十几倍的粗骨料成了小水泥团的保护屏障，使得部分水泥团在拌合结束后仍不能被破碎，等到混凝土硬化后它们就形成水泥块去填充骨料间隙，导致了混凝土的强度降低，形成质量隐患。在这种生产工艺中，砂浆对石子的握裹力差，混凝土的和易性不好，而较大的坍落度损失又使得产品的质量稳定性较差——施工现场为了改善混凝土可操作性时常擅自加水。试验室为了使现场试块达到规范的强度标准，在设计配合比时提高了混凝土强度的富余量，使得强度均方差和离散率高，既造成产品质量的监控和分析很不容易，同时也形成了不必要的成本浪费。

通过分析，我们认为预拌水泥砂浆法的操作工艺相对简单，同时也不会像其它操作法那样产生湿团块和搅拌机粘壁现象。混凝土是一种水泥基的复合型材料，在搅拌过程中不但有固相、液相和气相参加搅拌，而且各相之间也产生化学与物理反应，这些变化最终都会影响混凝土材料的强度。在一次投料生产工艺中，由于骨料的亲水性使其表面吸附了一层较厚的水膜，石子表面形成了一个较高水灰比的净浆壳，其硬化后空隙多不致密，与石子的粘结强度较低，成为混凝土强度的薄弱层；同时在混凝土浇筑初期尚呈流塑态时，其中比重大的物质（砂、石等）会因自重而向下移动，同时使比重较小的水分子和气泡向上运动，在水分子和气泡向上迁移的过程中，遇到粗糙的碎石将聚集在粗骨料下表面形成大小不均的水囊和空穴（如图 1 所示），这样混凝土在凝结硬化过程中就会在粗骨料界面形成大孔隙。这个薄弱层和大孔隙都是混凝土内部产生裂缝的主因，它们破坏了混凝土的均匀性与整体性。

图1　浇筑初期骨料分布形态

2　对比试验

为了获取预拌水泥砂浆法操作工艺的实际数据，生产部组织技术人员进行了对比效果试验。本次试验针对无外加剂的普通 C30 混凝土与掺外加剂的泵送 C30 混凝土进行分析，为了避免人为因素对试验结果产生影响，我们将试验的人员分为两组，各自单独进行“一次投料法”和“预拌砂浆法”的试验。

试验分为两个阶段——第一阶段进行无外加剂的普通C30 混凝土与掺外加剂泵送 C30 混凝土的一次投料法搅拌与预拌砂浆法搅拌对比试验；第二阶段委托具有资质的试验室在原有混凝土配合比基础上进行优化设计，投入实际生产加以应用，同时遵循 PDCA 循环不断改进以达到最合适的性价比例。混凝土试验流程图见图 2。

图2　混凝土试验流程图

2.1第一阶段试验

我们按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》用一次投料法将 C30 混凝土搅拌出料，然后再采用该配合比用预拌砂浆法搅拌出料，各制作三组边长为 150mm 的立方体试件进行标准条件下养护，以 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》比较两种不同搅拌方法的 28d 混凝土强度值。在分析出强度差值之后，改变普通 C30 混凝土生产配合比，用预拌砂浆法搅拌制作三组边长为 150mm 的立方体试件进行标养，取其 28d 混凝土强度值进行核算。

2.1.1试验用原材料与混凝土配合比

1）胶凝材料：安庆陵宜水泥有限公司生产的普通硅酸盐42.5，初凝时间为 130min，终凝时间为 230min，3d 抗压强度值为 26.7MPa，28d 抗压强度值为 51.3MPa；2）细骨料：江西赣江砂，其细度模数 Mx=2.6，含泥量为 0.5%；3）粗骨料：安庆山城石料厂生产的 5～31.5mm 粒径连续级配机制碎石；4）外加剂：江西创新外加剂公司生产的 LCX-B 型聚羧酸系泵送减水剂。

普通 C30 混凝土配合比为水泥：砂：石：水=1：1.68：2.93：0.50。掺外加剂C30配合比为水泥：砂：石：LCX-B：水 =1：1.89：2.72：0.015：0.43。

2.1.2一次投料法搅拌试验

我相信遵行这样一个点动成线、线动成面、以点带面的方式，对有效开拓学生自主复习的思维深度和思维广度也必有裨益！

图3

图4

图5

一次投料法，即将砂，石，水泥和水一起同时加入搅拌筒中进行搅拌。图 3 为本次试验所用的 SJD60 型强制式单卧轴混凝土搅拌机，1# 小组采用一次投料法制成的普通 C30混凝土如图 4 所示。由于 W/C=0.49 且未添加外加剂，故成料外观比较干硬，检测其坍落度为 58mm，符合设计要求。试验小组按照混凝土试件制作规范要求，制作了两组边长为150mm 的试件并在养护室进行标准条件下养护，在 7d 与 28d龄期到期进行压力试验；按照试验流程 1 的要求，1# 小组将搅拌机清洗后接着进行掺加外加剂 C30 混凝土的一次投料法搅拌试验并制作试块，其成料如图 5 所示，检测其坍落度为157mm，符合设计要求，1# 小组清洗搅拌机完成试验流程。

2.1.3预拌砂浆法搅拌试验

2# 小组采用预拌砂浆法进行搅拌出料——搅拌过程如图6所示。

图 7 为 2# 小组采用预拌砂浆法制成的普通 C30 混凝土，与图 4 用一次投料法制成的混凝土相比，从外观目测其和易性与保水性要相对好得多，用坍落度筒检测其坍落度为66mm，符合设计要求。2# 小组按照混凝土试件制作规范要求，制作了两组边长为 150mm 的试件并在养护室进行标准条件下养护，在 7d 与 28d 龄期到期时进行压力试验；按照试验流程 1 的要求，2# 小组将搅拌机清洗后接着进行 C30 掺加外加剂混凝土的预拌砂浆法搅拌试验并制作试块，其成料如图 8所示，检测其坍落度为 149mm，符合设计要求，2# 小组清洗搅拌机结束试验流程。

图6　预拌砂浆法搅拌工艺流程

图7

图8

2.1.4对比结果

（1）最为明显的表观差异就是混凝土泌水性的不同。预拌砂浆法因其水泥的水化反应更为充分，拌合料中自由水的量比远小于一次投料法，同时预拌砂浆法在搅拌过程中砂浆与集料的拌合更为充分，因此各种颗粒级配好，堆积密实，孔隙微细，水分泌出经过的距离更长，也减少了成料的泌水量。

（2）抗压强度

混凝土试件在养护室进行标准条件下养护 28d 到期后，试验小组对试块进行了压力试验，如图 9～12 所示，试验数据如表 1 所示。

图9

图10

图11

图12

图 9 是采用一次投料法经过试压后制备的混凝土试块，图 12 是采用预拌砂浆法制备的混凝土试块，可以看出图 9 试块的的孔隙和毛细裂纹还是比较多的，而图10试块内部相对就密实得多。

从表 1 试验结果可以看出，采用预拌砂浆法搅拌的成料混凝土 7d 与 28d 抗压强度均比一次投料法要高，而掺外加剂的混凝土由于外加剂的减水作用，其水灰比较普通混凝土要小，其强度的增长幅度更大。通过试验数据的分析，试验小组增强了对预拌砂浆法生产工艺的信心，为了得到实际生产数据，试验小组在实际生产中开始进行试验。

表1　混凝土强度试验数据对比

因为搅拌站现有工艺仍是一次投料法，为了不影响正常生产的进行，试验小组根据生产计划有针对性地选择了部分产量小、时间性要求不高的混凝土供应批次，同时将试验品种增至 C20、C25、C30 三种，经过取样、标养、试压后，制作分析图如图 13 所示。通过分析，验证了预拌砂浆法搅拌工艺生产的混凝土强度均有增加，并且增幅随着水灰比的减小而增大，这个结果也验证了预拌砂浆法生产工艺提高混凝土强度的途径，是通过提高水泥砂浆与骨料之间的结合度，以及阻断自由水分向骨料界面集中的通道。

图13　实际生产成料强度分析图

2.2第二阶段试验

根据第一阶段的试验效果，我们试验小组选择产量较大的 C30 品种混凝土委托当地具有资质的混凝土检测公司，根据 GJG 55－2011《普通混凝土配合比设计规程》在原配合比基础上进行优化设计，投入生产进行小批量试验性应用，同时遵循全面质量管理 PDCA 规程采集数据，进行强度离散性分析，对分析结果查找原因并反馈给试验室再次优化。为了避免原材料质量、操作以及试块成型过程对强度分析产生的波动，试验小组轮班进行跟踪监督，做到了数据的真实性、准确性。以下是部分数据的分析图表（表 2、图 14）。

从数据的离散性分析图表可以看出，优化之后的 C30混凝土强度区间呈现正态分布，标准偏差为 2.0，以平均值37.6MPa 为纵向轴对称分布，达到设计规范要求。

图14　C30混凝土离散性分析柱状正态分布图

表2　强度统计分析表 MPa

3　结语

通过完善的试验流程，利用现有的机械设备和条件，结合国家及行业规范要求所进行的本次试验，验证了在原材料相同的情况下，使用预拌砂浆搅拌法生产出的混凝土在抗压强度和工作性能上都比原一次投料法有所改善，同时也用实际操作验证了其经济适用性，因此预拌砂浆法是一种值得混凝土企业根据自身实际条件加以推广应用的混凝土搅拌工艺。

[1] 孙智增，申爱琴．二次投料搅拌工艺对混凝土性能的影响[J]．公路，2009(4)：229-232．

[2] 李杰，于灏，郑士凯，等．二次投料法在混凝土生产中的应用[J]．江西建筑，2006(4)：55-56．

［通讯地址］安徽省安庆市安徽盈创石化检修安装有限责任公司预制厂（246003）

徐晖，男，工程师。