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 攪拌站配合比優(yōu)化、降本增效問題分析

混凝土攪拌站​因為配合比的經(jīng)濟優(yōu)化必須是對應同一個地區(qū)、原材料的來源、各個單位的混凝土生產(chǎn)控制水平、施工季節(jié)的不同、混凝土生產(chǎn)、運輸、澆筑澆搗、養(yǎng)護方式等的不同，所以配合比的優(yōu)化只能在理論上從配合比設計、配合比在生產(chǎn)中的優(yōu)化等方面進行分析，重在施工中的控制。

一、配合比理論設計

1、正確選擇材料  

混凝土使用的材料種類較多,我們根據(jù)材料標準、使用說明書及實際經(jīng)驗,將混凝土常用的材料進行歸納整理,了解其特性,如水泥的凝結(jié)時間、保水性、耐熱性、抗腐蝕能力,砂子的細度模數(shù)、級配區(qū)、含泥量、泥塊含量,石子的顆粒級配、含泥量、泥塊含量、針片狀含量,外加劑的摻量、減水效果、對凝結(jié)時間和強度的影響程度。掌握材料間的適宜性,也就是什么樣的水泥與什么樣的外加劑適應,有抗腐蝕要求時用什么樣的材料,混凝土各強度等級對材料的具體要求等,確保材料選擇正確。

可行性分析:

(1) 水泥檢驗采用國際上通用的《水泥膠砂強度檢驗方法》( ISO 法) ,使水泥膠砂強度更真實地反映了水泥在混凝土中的使用效果。按照ISO 法檢驗得到的水泥膠砂強度進行配合比設計,依據(jù)更具有科學性。

(2) 隨著建筑技術的發(fā)展,各種各樣的外加劑不斷涌現(xiàn),特別是減水劑和泵送劑的大量應用,不僅改變了混凝土的各種性能,而且為混凝土施工工藝的發(fā)展和混凝土新品種的發(fā)展創(chuàng)造了良好的條件。

(3) 在混凝土中摻入粉煤灰,由于粉煤灰中含有大量球型顆粒,可以改善粉煤灰混凝土拌和物的泵送性能和在振動外力作用下密實成型的性能。粉煤灰是一種工業(yè)廢渣,價格低廉,在本地區(qū)具有充足的貨源,廣安興盛綜合利用開發(fā)有限公司粉煤灰年產(chǎn)量達10 萬噸～15 萬噸,且多為Ⅰ、Ⅱ級灰。

2、 混凝土理論配合比設計  

配合比設計是根據(jù)現(xiàn)場施工特點在混凝土最D密實度理論的基礎上, 考慮集料比表面積對起潤滑作用的漿體數(shù)量的影響, 根據(jù)工藝特點, 使填滿集料孔隙外提供混凝土工作性的過剩漿體量Z佳、性能Z優(yōu)的過程。

配比設計應優(yōu)先采用正交法設計統(tǒng)計分析技術確定合適的各配比參數(shù), 提高工作效率。對于配合比設計方法, 規(guī)范已有詳細規(guī)定, 但不論采用假定容重法、體積法還是經(jīng)驗法, 主要有以下幾個過程:

( 1) 根據(jù)施工要求確定混凝土配制強度和施工坍落度。

配合比設計應保證混凝土在澆筑時達到要求的性能, 這就要求設計初始工作性能高于澆筑工作性, 應考慮運輸、密實等過程對工作性的要求及經(jīng)此過程引起的工作性損失問題。

在室內(nèi)試配設計時,可先設計低坍落度混凝土, 然后通過摻入推薦摻量外加劑或增加水泥漿量來調(diào)整至設計坍落度。配制強度的富裕( 標準差) 應與施工控制水平相一致, 考慮到經(jīng)濟和安全因素, 一般現(xiàn)場配比設計標準差不宜低于5.0MPa, 現(xiàn)場配比設計28d 強度富裕宜控制在8~12MPa。

( 2) 確定單位用水量, 選擇水膠比。

根據(jù)集料粒形、級配和外加劑的性能來綜合確定用水量。由于水膠比決定著水泥漿體的空隙率, 對于給定的材料, 混凝土強度只取決于水膠比, 因此應盡量找到選定材料水膠比和強度之間的關系, 以確定合適的水膠比。

在沒有經(jīng)驗資料前, 應依照鮑羅米公式根據(jù)水泥強度和設計強度來計算水灰比, 但無論何時水灰比均應同時滿足強度和耐久性要求。

( 3) 確定混凝土砂率, 計算單位混凝土粗、細集料用量。

砂率根據(jù)混凝土類型、坍落度及砂的細度模數(shù)和超粒徑顆粒含量等綜合因素確定。按照密實度理論, 在配比設計時應使單位體積混凝土中盡量擁有較大體積的集料, 以減少水泥漿體量, 而單位體積混凝土中粗骨料體積與最D粒徑和砂的細度模數(shù)相關。

因此, 砂率設計應根據(jù)施工工藝和結(jié)構特點,盡量采用較大粒徑的級配碎石和級配中粗砂, 并應盡量滿足集料整體密級配, 以使混凝土性能處于Z佳集料組合狀態(tài)。另外, 當在配合比設計時發(fā)現(xiàn)混凝土粘聚性欠佳, 一般可采用提高砂率、用較細砂替代部分粗砂和增大水泥漿量等措施來加以調(diào)整。

( 4) 外加劑和摻和料的類型和摻量的選擇確定。

外加劑優(yōu)選應貫徹性能價格比Z優(yōu)原則。首先應進行不少于3 種外加劑的混凝土性能現(xiàn)場優(yōu)化比對( 外加劑可現(xiàn)場優(yōu)化調(diào)整) , 根據(jù)外加劑標準要求和工程對混凝土的要求, 選用具有Z優(yōu)指標的外加劑,對單位混凝土的減水劑價格進行經(jīng)濟性比對, 然后確定一種外加劑供現(xiàn)場使用, 并同時備用一種供應急采用。當摻和料的摻入目的是為改善混凝土和易性時采用較低摻量, 對粉煤灰一般控制在10%以下; 當摻和料摻入是為降低水泥量時, 粉煤灰一般可摻入10%~30%, 礦渣可摻入20%~60%, 具體摻量應經(jīng)試配檢驗并綜合各性能指標來確定。

 ( 5) 對理論基準配合比設計的結(jié)果進行試拌調(diào)整并確定試驗室配合比。

由于在理論計算中運用了一些假設和經(jīng)驗參數(shù), 因此有必要對試拌結(jié)果進行相應調(diào)整, 檢查實際工作性及相應的技術指標, 根據(jù)混凝土工作性和強度確定最合適的參數(shù)。

3、 配合比優(yōu)化設計應注意的問題  

( 1) 混凝土攪拌站在進行混凝土配合比優(yōu)化設計時, 關鍵要考慮的是水泥的價格比集料的價格貴得多, 因而所有可能采取的步驟都首先應該是用以減少混凝土拌合物中的水泥用量, 并滿足工藝性和工程技術性能; 或者用價格更便宜的磨細材料( 如粉煤灰、礦渣、高嶺土等) 替代部分水泥用量并保證混凝土拌合物的主要性能特征, 以此來提高混凝土性能, 降低混凝土造價。

 ( 2) 從結(jié)構的安全角度出發(fā), 強度等級應作為Z低強度。由于材料、拌和方法、運輸、灌注以及混凝土試樣的制作、養(yǎng)護和測試等各方面發(fā)生的波動, 按照統(tǒng)計學原則, 為保證達到工程設計強度的概率滿足規(guī)范規(guī)定要求, 則混凝土設計強度必須有一定的富裕, 該富裕值應與混凝土的生產(chǎn)控制水平相聯(lián)系, 即一定階段同規(guī)格混凝土的強度變異性即標準差決定。

技術上要求的工作性與現(xiàn)場結(jié)構類型、運輸及密實方式相關, 要想優(yōu)化混凝土配合比就必須與現(xiàn)場施工工藝控制水平相聯(lián)系。在配比設計計算中, 配制強度應是試拌或施工平均強度, 因此控制材料穩(wěn)定、計量精密、拌和規(guī)范是優(yōu)化混凝土配合比的前提和基礎。

 ( 3) 工作性是混凝土的重要性質(zhì), 混凝土拌合物的工作性通常用新拌混凝土的粘聚性、保水性和坍落度、擴展度以及它們的經(jīng)時變化來衡量。當集料棱角減少、表面粗糙顆粒減少時, 混凝土的工作性會有所提高; 混凝土中微氣泡含量適量增加時, 混凝土流動性會有所提高, 但含氣量應控制在3%~6%范圍內(nèi); 否則, 對強度影響較大。粘聚性與施工時的振搗易密性和實體及外觀質(zhì)量密切相關, 設計拌和物工作性的重要依據(jù)是混凝土的坍落度( 稠度) 不應超出運輸、澆灌、搗實和抹面的需要。

混凝土流動性在運輸或灌注時間較長或氣溫較高時, 必須事先確定經(jīng)時損失能滿足要求的配合比。工作性差的混凝土, 易產(chǎn)生離析、泌水、坍損快等有害現(xiàn)象, 不僅使施工難于灌注和搗實, 增加施工費用, 而且使混凝土強度、耐久性和外觀質(zhì)量變差。

 ( 4) 提高混凝土的密實性首先要考慮混凝土的骨料級配, 在相同條件下, 良好的骨料級配其孔隙率最小, 拌制的混凝土在一定坍落度下所需的用水量最少。

二、優(yōu)化混凝土配合比在施工生產(chǎn)中應注意的問題

( 1) 配料計量。

為保證施工配比與室內(nèi)理論配比的一致, 現(xiàn)場材料計量應準確, 各種材料用量都應以重量計量, 避免采用體積或時間( 水、液體外加劑) 計量。當外加劑以粉劑摻入時, 應在施工前以袋裝稱量并隨時抽檢, 不應現(xiàn)場邊生產(chǎn)邊稱量, 以降低人為誤差。雖然影響混凝土強度的因素比較多, 對于一定的材料而言, 一般主要以水灰比和含氣量作為影響強度的主要因素, 因此如何控制含氣量穩(wěn)定、如何控制集料含水量以保證混凝土水灰比的穩(wěn)定, 是現(xiàn)場施工控制的一個重要方面�，F(xiàn)場應經(jīng)常檢測砂石材料的含水量, 必要時應采取措施, 例如用鏟車經(jīng)常翻拌集料來保證生產(chǎn)中配料的均一穩(wěn)定性。

 ( 2) 減水劑應優(yōu)先采用滯水法摻入, 即在水泥( 摻和料) 、水、砂、石全部投入攪拌30~60s 后投入減水劑, 再拌和60~90s 后出料。

實踐證明, 滯水法摻入可提高減水率、增加保水性、降低坍落度經(jīng)時損失、提高減水劑與水泥的適應性, 優(yōu)化混凝土性能。

 ( 3) 隨著季節(jié)和材料變化, 混凝土配合比應適時調(diào)整。

由于混凝土溫度不同, 水泥水化速度不一樣,而且減水劑的減水率也不一樣, 因此, 隨著季節(jié)改變, 配合比應及時試拌調(diào)整, 優(yōu)化配比。同時, 施工中, 細集料變化若導致細度模數(shù)波動大于±0.2, 就需調(diào)整配合比, 以滿足施工要求。

 ( 4) 對已施工混凝土各技術參數(shù), 如細度模數(shù)、坍落度、強度、含氣量等應定期進行統(tǒng)計分析, 并根據(jù)分析結(jié)果及時調(diào)整、優(yōu)化當前的配合比。

一般設計混凝土配合比主要以混凝土齡期強度和工藝施工性能為其主要指標, 耐久性指標往往考慮不多, 實際上耐久性好的混凝土往往是采用了多種磨細摻和料和G效減水劑, 常常是相對經(jīng)濟的, 與優(yōu)化混凝土配合比設計并不矛盾。

高性能混凝土與普通混凝土的區(qū)別在于摻入了粉煤灰、高爐礦渣、微硅粉中的二種或三種摻料, 并且往往采用低堿、G效減水劑, 水灰比較普通混凝土配合比設計偏低, 坍落度一般在160mm 以上。

由于以礦物摻和料置換部分水泥, 一方面降低了混凝土成本,另一方面由于摻和料的表面效應、填充效應和火山灰活性等優(yōu)化了混凝土工作性能, 增加粘聚性, 降低大流動度下的泌水率, 而且經(jīng)時損失小。對成型混凝土, 后期強度提高大, 抗凍融、抗?jié)B性、抗氯離子滲透和抗化學侵蝕性強等, 還可降低干燥收縮、降低水化熱、抵抗水及離子滲透性能高等, 能顯著提高混凝土性能。

當前, 在工地現(xiàn)場高性能混凝土主要采用磨細粉煤灰和高爐礦渣, 配以G效減水劑并微量引氣技術, 水泥整體置換量達20%~40%, 一般坍落度在160~230mm。

當然, 摻和料置換量還必須兼顧施工周期對混凝土強度的要求, 必須兼顧混凝土其它綜合性能。試驗證明, 從改善混凝土某單一性能方面考慮, 當?shù)V粉摻量達到60%時水化熱降低效果較好; 粉煤灰、礦粉復合摻量達到60%時, 降低水化熱具有明顯作用; 當粉煤灰摻量達到30%或礦粉摻量達50%時, 改善混凝土收縮作用較強; 當單摻粉煤灰30%時,氯離子滲透電量最小; 礦粉單摻達40%, 混凝土具有Z佳強度及滲透電量值。

混凝土攪拌站現(xiàn)場混凝土配比的優(yōu)化涉及混凝土原材料、混凝土生產(chǎn)、混凝土運輸、混凝土振搗密實、混凝土養(yǎng)護等多重環(huán)節(jié)和多種作業(yè)類型, 只有保證各環(huán)節(jié)的精密協(xié)調(diào), 才能為配比的優(yōu)化調(diào)整提供一個實現(xiàn)的前提, 一個好的配合比才能落實到工程實踐中去。