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技术丨南北方混凝土配合比设计之比较

随着商品混凝土业的蓬勃发展,商品混凝土材料的不断革新,混凝土配合比设计技术也不断与时俱进。各个商品混凝土搅拌站都在不断研究实验优化配合比,使之达到配合比设计更加满足强度、施工性、耐久性和经济性的要求。

由于近几年房地产业不景气,造成下游商品混凝土产业竞争加剧,并购越来越多。对于一些竞争实力小,技术和管理落伍的搅拌站基本上停产的停产,被收购的收购。对于商品混凝土研发部门的技术要求越来越高,通过应用新材料和优化配合比等技术手段满足强度、施工性、耐久性要求下,最大限度降低混凝土配合比成本。

由于南方专门做搅拌站的企业到北方收购笔者搅拌站的原因,笔者有幸接触到南方生产混凝土配合比设计思路以及投入到北方进行实际生产混凝土的应用。作为一名混凝土配合比设计人员,对此应用情况和北方混凝土配合比设计以及应用情况做一下比较。

设计的立脚点

据了解,南方混凝土配合比设计最大的亮点就是充分发挥外加剂的减水性能,即充分运用外加剂最高减水率来设计每个型号的配合比,从而最大程度地降低用水量,最大程度使用较少的水泥用量作为配合比的设计宗旨。

其次,适当降低水胶比,提高混凝土的掺合料用量。这种设计的主角就是外加剂。这就要求外加剂的品质要好,这样才能在这种混凝土配合比设计的思路下更好充当主角,才能设计出满足要求的混凝土。

而北方混凝土配合比设计的思路是均衡看待各种材料在混凝土配合比设计中的角色。在混凝土中,各种材料都是主角,又都是配角。对于外加剂也仅是通过掺量和减水率之间的对应关系来设计不同的混凝土强度等级。

计算设计差异性

南方混凝土配合比设计基本上根据现有材料和外加剂最大减水率确定用水量,比如通过实验确定固定用水量比如为145kg/m³,然后根据固定水胶比W/B=αafb/(fcu,0+αaαbfb),很方便求出配合比其他组分的用量。

这种模式基本上不需要测定外加剂减水率,设计简单清楚。而北方混凝土配合比设计是利用外加剂掺量和减水率之间的关系来确定用水量,即mwo=m/wo(1-β),这样的用水量基本是灵活的,用水量根据实际减水率来确定。这样设计就要求对外加剂的掺量和减水率有一个准确的把握。根据不同的强度等级灵活取用。

配合比设计原则

混凝土配合比设计原则满足强度、工作性、耐久性和经济性的要求。南方混凝土配合比设计为了充分发挥外加剂在混凝土中的作用效果,掺量往往相对很大,外加剂在混凝土成本也相对上升。总之,最终的外加剂上升的成本与各种材料之间降低成本差价即可达到配合比优化的目的,即混凝土的经济性。

而北方混凝土讲究的是一个平衡,各种材料都是主角,所以最终的性价比也是能满足经济性要求的。对于配合比设计强度主要取决于胶凝材料的强度和水胶比W/B,所以无论南方还是北方的配合比设计立脚点再怎么不同,最终都是可以满足强度设计要求的。

如果从混凝土本身稳定性来看,南方混凝土胶凝总量相对偏少,化学稳定性相对较高,耐久性好。而北方混凝土胶凝总量相对偏多,化学稳定性差,但是由于胶凝总量相对较高,还没有水化的胶凝材料对于抵御外界环境的能力增强。从耐久性的角度分析各有优劣。但都能满足GB/T 50746-2008《混凝土耐久性设计规范》的要求。

为什么把工作性放到最后进行比较呢?

因为南、北方配合比设计出混凝土的工作性能差别非常大。南方混凝土由于用水量偏低,外加剂用量偏高,混凝土的流动性、凝聚性、保水性等工作性能更具有外加剂左右的状态性能。就是施工一线人员所反馈的信息“你们家混凝土是不是加胶水了”,而相对北方混凝土对不同强度等级取用不同外加剂掺量和不同的用水量,最终生产出的混凝土状态更加柔和,就像最早混凝土不掺加外加剂一样。

生产环节的比较

南方混凝土由于采用低用水量,高掺外加剂用量,就造成混凝土的状态更接近高强度混凝土的性能特点。搅拌主机要是完全把外加剂充分搅拌均匀,需要的搅拌时间就大大延长,由于搅拌初始,外加剂效果不能完全发挥出来,造成了搅拌里面缺“水”,搅拌摩擦力增大。

而北方混凝土设计追求平衡设计,即所谓的不缺“水”搅拌相对轻松,摩擦力相对小,外加剂用量少,更容易搅拌均匀,搅拌时间短。通过实际情况比较,北方混凝土配合比设计出的混凝土,对于混凝土搅拌主机磨损更小和搅拌效率高。

对于搅拌运输中,由于南方混凝土更偏向使用外加剂来调整混凝土,所以混凝土的状态偏粘,更容易粘在搅拌罐体里。冲刷效果也不太理想,据了解,如果混凝土方量大的时候,再加上管理不善,可能不需要多长时间,混凝土搅拌罐就需要清理一次。如不清理,运输效率就会偏低。

而北方混凝土不同,混凝土本身掺加外加剂用量偏少,混凝土用水量高,即使胶凝总量偏高一些,通过水冲刷搅拌,更容易清理,减少了凝固在罐体的混凝土浆体。

现代混凝土施工大部分情况都采用泵送设备进行泵送混凝土。南方混凝土的配合比由于混凝土粘聚性大,泵送阻力大,对泵送管壁摩擦力也大。这就造成了泵送设备油耗增大,泵管损坏严重,泵送效率相对偏低。而北方混凝土配合比设计恰恰相反,泵送速度快,甭管泵送顺畅,泵管摩擦力小,泵送效率相对提高。

南方混凝土的特点粘性大,流动性高。这就要求施工要及时跟上,这样施工会更为方便,而北方混凝土的特点偏向柔和,对施工的素质要求偏低。南方混凝土如果施工速度跟不上或者间歇时间长,混凝土找平相对费劲。所以南方混凝土使用到北方来,施工工人很难适应紧张的混凝土浇筑工作,否则会造成混凝土的一些浇筑质量缺陷问题。

技术管理比较

南方混凝土配合比设计外加剂掺加量高,由于混凝土中外加剂与其他材料之间存在一定的适应性关系。如果外加剂掺量高,对其他材料质量稳定性要求更会严格。一旦其他材料有细微的变化,混凝土状态发生明显变化,控制难度相对较大。这就要求配备更多的技术人员,对每一个质量环节都要时刻警惕。比如说砂含水的控制就要严格对待,一旦出现差别,可能就会造成混凝土和易性发生裂化,不能满足工地施工的要求。

北方混凝土配合比设计更均衡各种采用的使用,所以对材料的细微变化,基本不会影响混凝土的整体状态。除非采用有明显的变化和技术管理的失控等原因造成混凝土和易性变差等情况。同时北方的实验室人员配备也是非常少,甚至很多站配备不到要求的一半的技术人员,这无形也造成了技术管理上的缺失。

最后,通过以上比较和成本比较,如果水泥价格相对高的情况下,南方混凝土会相对经济。但如果把南方这种配合比运用到北方来,面临的质量控制,客户满意度大大降低,因为,北方人已经喜欢北方的配合比设计模式,通过我站在实践中运用南方配合比进行施工,造成了一系列不适应的负面影响。

南北方的混凝土差异性造就了很多模式不能“拿来主义”。南方的技术人员看待北方的混凝土很不舒服,总感觉混凝土状态很“死板”,没有南方那种外加剂调出的“活性”。所以无论那种模式,作为混凝土配合比设计人员都要全面把控设计的原则,而这种设计出的成果最终运用到实践中去,去满足,去适应,去改进。这样才能设计出更加满意的高品质混凝土。

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