搅拌站配合比优化、降本增效问题分析

混凝土搅拌站​因为配合比的经济优化必须是对应同一个地区、原材料的来源、各个单位的混凝土生产控制水平、施工季节的不同、混凝土生产、运输、浇筑浇捣、养护方式等的不同，所以配合比的优化只能在理论上从配合比设计、配合比在生产中的优化等方面进行分析，重在施工中的控制。

一、配合比理论设计

1、正确选择材料  

混凝土使用的材料种类较多,我们根据材料标准、使用说明书及实际经验,将混凝土常用的材料进行归纳整理,了解其特性,如水泥的凝结时间、保水性、耐热性、抗腐蚀能力,砂子的细度模数、级配区、含泥量、泥块含量,石子的颗粒级配、含泥量、泥块含量、针片状含量,外加剂的掺量、减水效果、对凝结时间和强度的影响程度。掌握材料间的适宜性,也就是什么样的水泥与什么样的外加剂适应,有抗腐蚀要求时用什么样的材料,混凝土各强度等级对材料的具体要求等,确保材料选择正确。

可行性分析:

(1) 水泥检验采用国际上通用的《水泥胶砂强度检验方法》( ISO 法) ,使水泥胶砂强度更真实地反映了水泥在混凝土中的使用效果。按照ISO 法检验得到的水泥胶砂强度进行配合比设计,依据更具有科学性。

(2) 随着建筑技术的发展,各种各样的外加剂不断涌现,特别是减水剂和泵送剂的大量应用,不仅改变了混凝土的各种性能,而且为混凝土施工工艺的发展和混凝土新品种的发展创造了良好的条件。

(3) 在混凝土中掺入粉煤灰,由于粉煤灰中含有大量球型颗粒,可以改善粉煤灰混凝土拌和物的泵送性能和在振动外力作用下密实成型的性能。粉煤灰是一种工业废渣,价格低廉,在本地区具有充足的货源,广安兴盛综合利用开发有限公司粉煤灰年产量达10 万吨～15 万吨,且多为Ⅰ、Ⅱ级灰。

2、 混凝土理论配合比设计  

配合比设计是根据现场施工特点在混凝土最D密实度理论的基础上, 考虑集料比表面积对起润滑作用的浆体数量的影响, 根据工艺特点, 使填满集料孔隙外提供混凝土工作性的过剩浆体量Z佳、性能Z优的过程。

配比设计应优先采用正交法设计统计分析技术确定合适的各配比参数, 提高工作效率。对于配合比设计方法, 规范已有详细规定, 但不论采用假定容重法、体积法还是经验法, 主要有以下几个过程:

( 1) 根据施工要求确定混凝土配制强度和施工坍落度。

配合比设计应保证混凝土在浇筑时达到要求的性能, 这就要求设计初始工作性能高于浇筑工作性, 应考虑运输、密实等过程对工作性的要求及经此过程引起的工作性损失问题。

在室内试配设计时,可先设计低坍落度混凝土, 然后通过掺入推荐掺量外加剂或增加水泥浆量来调整至设计坍落度。配制强度的富裕( 标准差) 应与施工控制水平相一致, 考虑到经济和安全因素, 一般现场配比设计标准差不宜低于5.0MPa, 现场配比设计28d 强度富裕宜控制在8~12MPa。

( 2) 确定单位用水量, 选择水胶比。

根据集料粒形、级配和外加剂的性能来综合确定用水量。由于水胶比决定着水泥浆体的空隙率, 对于给定的材料, 混凝土强度只取决于水胶比, 因此应尽量找到选定材料水胶比和强度之间的关系, 以确定合适的水胶比。

在没有经验资料前, 应依照鲍罗米公式根据水泥强度和设计强度来计算水灰比, 但无论何时水灰比均应同时满足强度和耐久性要求。

( 3) 确定混凝土砂率, 计算单位混凝土粗、细集料用量。

砂率根据混凝土类型、坍落度及砂的细度模数和超粒径颗粒含量等综合因素确定。按照密实度理论, 在配比设计时应使单位体积混凝土中尽量拥有较大体积的集料, 以减少水泥浆体量, 而单位体积混凝土中粗骨料体积与最D粒径和砂的细度模数相关。

因此, 砂率设计应根据施工工艺和结构特点,尽量采用较大粒径的级配碎石和级配中粗砂, 并应尽量满足集料整体密级配, 以使混凝土性能处于Z佳集料组合状态。另外, 当在配合比设计时发现混凝土粘聚性欠佳, 一般可采用提高砂率、用较细砂替代部分粗砂和增大水泥浆量等措施来加以调整。

( 4) 外加剂和掺和料的类型和掺量的选择确定。

外加剂优选应贯彻性能价格比Z优原则。首先应进行不少于3 种外加剂的混凝土性能现场优化比对( 外加剂可现场优化调整) , 根据外加剂标准要求和工程对混凝土的要求, 选用具有Z优指标的外加剂,对单位混凝土的减水剂价格进行经济性比对, 然后确定一种外加剂供现场使用, 并同时备用一种供应急采用。当掺和料的掺入目的是为改善混凝土和易性时采用较低掺量, 对粉煤灰一般控制在10%以下; 当掺和料掺入是为降低水泥量时, 粉煤灰一般可掺入10%~30%, 矿渣可掺入20%~60%, 具体掺量应经试配检验并综合各性能指标来确定。

 ( 5) 对理论基准配合比设计的结果进行试拌调整并确定试验室配合比。

由于在理论计算中运用了一些假设和经验参数, 因此有必要对试拌结果进行相应调整, 检查实际工作性及相应的技术指标, 根据混凝土工作性和强度确定最合适的参数。

3、 配合比优化设计应注意的问题  

( 1) 混凝土搅拌站在进行混凝土配合比优化设计时, 关键要考虑的是水泥的价格比集料的价格贵得多, 因而所有可能采取的步骤都首先应该是用以减少混凝土拌合物中的水泥用量, 并满足工艺性和工程技术性能; 或者用价格更便宜的磨细材料( 如粉煤灰、矿渣、高岭土等) 替代部分水泥用量并保证混凝土拌合物的主要性能特征, 以此来提高混凝土性能, 降低混凝土造价。

 ( 2) 从结构的安全角度出发, 强度等级应作为Z低强度。由于材料、拌和方法、运输、灌注以及混凝土试样的制作、养护和测试等各方面发生的波动, 按照统计学原则, 为保证达到工程设计强度的概率满足规范规定要求, 则混凝土设计强度必须有一定的富裕, 该富裕值应与混凝土的生产控制水平相联系, 即一定阶段同规格混凝土的强度变异性即标准差决定。

技术上要求的工作性与现场结构类型、运输及密实方式相关, 要想优化混凝土配合比就必须与现场施工工艺控制水平相联系。在配比设计计算中, 配制强度应是试拌或施工平均强度, 因此控制材料稳定、计量精密、拌和规范是优化混凝土配合比的前提和基础。

 ( 3) 工作性是混凝土的重要性质, 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、扩展度以及它们的经时变化来衡量。当集料棱角减少、表面粗糙颗粒减少时, 混凝土的工作性会有所提高; 混凝土中微气泡含量适量增加时, 混凝土流动性会有所提高, 但含气量应控制在3%~6%范围内; 否则, 对强度影响较大。粘聚性与施工时的振捣易密性和实体及外观质量密切相关, 设计拌和物工作性的重要依据是混凝土的坍落度( 稠度) 不应超出运输、浇灌、捣实和抹面的需要。

混凝土流动性在运输或灌注时间较长或气温较高时, 必须事先确定经时损失能满足要求的配合比。工作性差的混凝土, 易产生离析、泌水、坍损快等有害现象, 不仅使施工难于灌注和捣实, 增加施工费用, 而且使混凝土强度、耐久性和外观质量变差。

 ( 4) 提高混凝土的密实性首先要考虑混凝土的骨料级配, 在相同条件下, 良好的骨料级配其孔隙率最小, 拌制的混凝土在一定坍落度下所需的用水量最少。

二、优化混凝土配合比在施工生产中应注意的问题

( 1) 配料计量。

为保证施工配比与室内理论配比的一致, 现场材料计量应准确, 各种材料用量都应以重量计量, 避免采用体积或时间( 水、液体外加剂) 计量。当外加剂以粉剂掺入时, 应在施工前以袋装称量并随时抽检, 不应现场边生产边称量, 以降低人为误差。虽然影响混凝土强度的因素比较多, 对于一定的材料而言, 一般主要以水灰比和含气量作为影响强度的主要因素, 因此如何控制含气量稳定、如何控制集料含水量以保证混凝土水灰比的稳定, 是现场施工控制的一个重要方面。现场应经常检测砂石材料的含水量, 必要时应采取措施, 例如用铲车经常翻拌集料来保证生产中配料的均一稳定性。

 ( 2) 减水剂应优先采用滞水法掺入, 即在水泥( 掺和料) 、水、砂、石全部投入搅拌30~60s 后投入减水剂, 再拌和60~90s 后出料。

实践证明, 滞水法掺入可提高减水率、增加保水性、降低坍落度经时损失、提高减水剂与水泥的适应性, 优化混凝土性能。

 ( 3) 随着季节和材料变化, 混凝土配合比应适时调整。

由于混凝土温度不同, 水泥水化速度不一样,而且减水剂的减水率也不一样, 因此, 随着季节改变, 配合比应及时试拌调整, 优化配比。同时, 施工中, 细集料变化若导致细度模数波动大于±0.2, 就需调整配合比, 以满足施工要求。

 ( 4) 对已施工混凝土各技术参数, 如细度模数、坍落度、强度、含气量等应定期进行统计分析, 并根据分析结果及时调整、优化当前的配合比。

一般设计混凝土配合比主要以混凝土龄期强度和工艺施工性能为其主要指标, 耐久性指标往往考虑不多, 实际上耐久性好的混凝土往往是采用了多种磨细掺和料和G效减水剂, 常常是相对经济的, 与优化混凝土配合比设计并不矛盾。

高性能混凝土与普通混凝土的区别在于掺入了粉煤灰、高炉矿渣、微硅粉中的二种或三种掺料, 并且往往采用低碱、G效减水剂, 水灰比较普通混凝土配合比设计偏低, 坍落度一般在160mm 以上。

由于以矿物掺和料置换部分水泥, 一方面降低了混凝土成本,另一方面由于掺和料的表面效应、填充效应和火山灰活性等优化了混凝土工作性能, 增加粘聚性, 降低大流动度下的泌水率, 而且经时损失小。对成型混凝土, 后期强度提高大, 抗冻融、抗渗性、抗氯离子渗透和抗化学侵蚀性强等, 还可降低干燥收缩、降低水化热、抵抗水及离子渗透性能高等, 能显著提高混凝土性能。

当前, 在工地现场高性能混凝土主要采用磨细粉煤灰和高炉矿渣, 配以G效减水剂并微量引气技术, 水泥整体置换量达20%~40%, 一般坍落度在160~230mm。

当然, 掺和料置换量还必须兼顾施工周期对混凝土强度的要求, 必须兼顾混凝土其它综合性能。试验证明, 从改善混凝土某单一性能方面考虑, 当矿粉掺量达到60%时水化热降低效果较好; 粉煤灰、矿粉复合掺量达到60%时, 降低水化热具有明显作用; 当粉煤灰掺量达到30%或矿粉掺量达50%时, 改善混凝土收缩作用较强; 当单掺粉煤灰30%时,氯离子渗透电量最小; 矿粉单掺达40%, 混凝土具有Z佳强度及渗透电量值。

混凝土搅拌站现场混凝土配比的优化涉及混凝土原材料、混凝土生产、混凝土运输、混凝土振捣密实、混凝土养护等多重环节和多种作业类型, 只有保证各环节的精密协调, 才能为配比的优化调整提供一个实现的前提, 一个好的配合比才能落实到工程实践中去。