商品预拌混凝土中粗细骨料的级配组合以及分类使用对其性能的影响和分析

商品预拌混凝土中粗细骨料的级配组合以及分类使用对其性能的影响和分析【摘要】本文通过对混凝土骨料级配问题的重点说明，探讨了它在实际生产中的重要作用以及性能影响和理论分析等问题。【关键词】混凝土；骨料；级配影响；理论分析商品预拌混凝土由多种原材料组成，包括水泥、水、砂、石、外加剂、掺和料等六大类，每种原材料都在混凝土里起到重要作用，对其各种性能有巨大的影响，这里我重点谈谈砂石骨料的级配问题。一、定义分类骨料一般是指混凝土中的砂、石等岩石颗粒原材料，也叫混凝土集料。颗粒的公称直径范围普遍在0.16～31.5mm之间，大体分为细骨料和粗骨料。细骨料即是砂子，粒径范围是5～0.16mm，并根据“细度模数μf”可以继续细分为：粗砂（μf=3.7～3.1）、中砂（μf=3.0～2.3）、细砂（μf=2.2～1.6）、特细砂（μf=1.5～0.7）；粗骨料即是石子，粒径在31.5～5mm，一般分类为大石子（16～31.5mm）、小石子（5～16mm）和中石子（10～25mm），具体称呼各地有不同叫法；随着行业不断发展，还有其他分类也在陆续加入，比如人工机制砂和可再生骨料等。二、基本情况骨料是混凝土中的大宗耗材，普通混凝土的容重基本在2380kg/m3左右，其中的砂石用量一般可达1800，所占到的比重在3/4以上，所以骨料在混凝土有着举足轻重的作用。它相当于撑起人体的骨架，在混凝土中起到保持形状、增加强度的作用。粗骨料石子是“大体积”材料，是混凝土终凝硬化以后形成人造石材形状的主要因素，主要提供强度，常用的石材有沉积岩类的石灰石和砂岩、火成岩类的花岗岩和绿辉岩、变质岩的石英岩和片麻岩等；细骨料砂子的主要作用是填补大颗粒间空隙，与水泥形成砂浆润滑骨料颗粒间的流动，改良砼料和易性，按来源可分河砂、山砂、海砂等。衡量骨料质量优劣的指标有许多种，比如砂子细度、石子压碎值、含泥量、含粉量、表观密度、针片状含量、有害物含量、坚固性指标等等，其中最常用到的还有它们的筛分级配，这也是本文讨论的主要范围。表1砂筛分的累计筛余、分计筛余及细度计算筛孔尺寸（mm）筛余量（g）分计筛余（%）累计筛余（%）4.75m1α1=m1/m总β1=α12.36m2α2=m2/m总β2=β1+α21.18m3α3=m3/m总β3=β1+α30.600m4α4=m4/m总β4=β1+α40.300m5α5=m5/m总β5=β1+α50.150m6α6=m6/m总β6=β1+α6筛底m底m总=m1+m2+m3+m4+m5+m6+m底细度μf=(β2+β3+β4+β5+β6－5β1)／(100－β1)在讨论骨料级配级配之前，首先要清楚几个相关概念，比如筛余量、分计筛余、累计筛余等，上面表1中所说明的就是砂子筛分实验中有它们之间的关系。做筛分实验需要很多不同孔径的试验筛，细骨料一般是方孔筛，筛孔尺寸从大到小有：10.0、4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15mm几个级别，做细度实验时先用第一个筛子把粒径超过10mm的砂粒过滤掉，然后用后六个筛子加上筛底和筛盖把500g干砂试样摇振筛分，按要求得出每层筛子的“累计筛余β”就可以通过如下公式计算得出砂子的细度结果μf：砂细度计算公式：μf=(β2+β3+β4+β5+β6－5β1)／(100－β1)不仅如此，还能根据“分计筛余α”结合根据表2所示的标准，判断出试样级配的整体分布情况，进一步绘制成如图1所示的级配分布图，更直观的掌握骨料级配情况。粗骨料石子的级配就是直接用“分计筛余α”来分析的，下面的图2就是石子的级配范围分布图。石子的筛分实验过程和砂子大同小异，它使用的一般也是方孔筛，只是筛孔直径大一些，从小到大有：2.36、4、75、9.50、16.0、19.0、26.5、31.5、37.5mm等几个级别。Ⅱ01020304050607080901004.752.361.18600300150010203040506070809010031.5199.54.752.36图1砂的级配范围分布图2石的级配范围分布三、骨料级配的现实问题在商砼建材行业里，很长一段时间都是粗放式经营，许多企业认为，只要水泥有保证，砂、石是不用太多考虑的，尤其对于骨料级配的问题没有足够的认识，甚至于不屑一顾。这也有事实上的一些原因，由于实际生产中，水泥一般是相对稳定的，只要配方按科学方法制定出来，实践中不必对水泥做过多的调剂，因此只要抓好水泥这一项，生产运营就显得非常简单，即是意味着老板只要请到一个好的总工解决好水泥配方一个问题就万事无忧了，整个生产中砂石骨料相关量是最需要频繁调整的，如果连这个也太多考虑，那生产就变得非常复杂，需要增加大量的工作，这是企业管理者不愿看到的。09年我在江苏一家规模较大的商砼公司时，附近有一家很小的搅拌站，那边的技术总工和这边的以前是同学，从他了解到一些关于那边的生产情况。以前那边对砂、石原材料的质量把关非常不严，没有专业的实验员，只有个收料的，凭眼睛粗略看看就行了，一些检测实验，比如，泥粉含量、细度、压碎值、针片状含量基本不做，就更别提砂、石骨料的级配筛分实验了。这些问题导致的结果就是预拌混凝土料经常和易性差、工地施工困难、28d强度太低、成本太高，面临行业淘汰出局的窘境。后来这位总工上任之后重点解决了砂石骨料的劣质问题后，那家站的状况才逐渐有所好转。可是后来发现和这边的差距依然不小，即使用和这边一样的配方，选用优质的砂石骨料，但成本依然比这边高出两成多，企业竞争力必然无法超越了。先撇开生产控制、精细化管理等因素，单是对骨料的级配优化控制就是那位总工没注意到的，而这就是所谓的“商业机密”了。如前所述，正因为“实际生产中砂石骨料相关量是最需要频繁调整的”，这就恰恰说明，骨料和粉剂一样也是需要重点关注的，并且还是经常性的，一些企业最容易忽视的骨料级配问题，里面却是大有文章。四、应对策略要解决骨料颗粒级配不优的问题，最好的方法就是实行精细化生产管理。首先从原材料选取时就严格把关，不仅将细度、压碎值、泥粉含量等列为骨料必须实验检测的项目，而且还应包括颗粒筛分实验，将严重不符合要求的原料作退货处理；如果实在货源紧张或别的无可奈何的原因没有更好的原料不得不使用一些差级骨料时，也应当把性质相近的原料分类储存，然后经过处理后合理使用。针对不同骨料的情况，先进行分类，从分子、中子、瓜子片、米子到粗砂、中砂、特细砂以至人工机制砂，每种原料进场后都专门分出若干料仓堆放。然后每种取出一些进行拌合，重新搭配组合成新的骨料，反复进行这样的优化，直到它们的颗粒级配达到要求（如表2和表3所示的标准范围），并且检验生产新制的混凝土各种性能，包括坍落度、扩展度、倒筒时间以及泌水率、粘底性，直到其和易性、粘聚性、保水性都有所提高，就以这时的组分为依据，按照这样的比例，用铲车把料仓的原料重新拌合进行使用。虽然增加了一些工作量，但精细化的生产管理却赋予企业非常大的竞争力。表2细骨料砂的颗粒级配区范围筛孔尺寸（mm）累计筛余（％）Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区10.00004.7510～010～010～02.3635～525～015～01.1865～3550～1025～00.60085～7170～4140～160.30095～8092～7085～550.150100～90100～90100～90其实，砂、石骨料的优化级配都是根据长期的生产实践得出来的，具有经验性质，并且会继续得到合理补充。在图1和图3中，中砂的合理级配应该在图中两条黑线之间的Ⅱ区域，这样的细骨料级配是符合要求的；如果筛分结果处于Ⅰ区，说明砂子偏细，这样就应当减少砂子用量，即降低砂率，同时增加粗砂减少细砂；如果处于Ⅲ区，则砂偏粗，这时又当提高砂率，同时减少粗砂增加细砂。同理可知，图2表示的石子筛分级配也有这样的要求，偏细或偏粗都会对预拌混凝土的和易性造成影响。骨料都偏细，有可能使砼料坍损变大、泌水增加，而偏粗的话又会使砼料粘聚性变差、坍落度减小，所以实际生产过程中，要努力处理好骨料的级配优化组合，是细骨料尽量符合表2中的Ⅱ区级配范围，使粗骨料务必按照表3中要求的级配进行选取，保证原料和产品都发挥出最佳性能。图3砂子细度在不同区间分布需要说明的是，以上三图反映的都是骨料颗粒级配的直观分布图，这是定性分析，而表2和表3说明的就很量化，详细明确了级配的数值范围。表3粗骨料碎石和卵石的颗粒级配范围级配情况公称粒级（mm）累计筛余（％）筛孔尺寸（方孔筛）（mm）2.364.759.5016.019.026.531.537.553.063.075.090连续粒级5～1095～10080～1000～150－－－－－－－－5～1695～10085～10030～600～100－－－－－－－5～2095～10090～10040～80－0～100－－－－－－5～2595～10090～100－30～70－0～50－－－－－5～31.595～10090～10070～90－15～45－0～50－－－－5～40－95～10075～90－30～65－－0～50－－－单粒级10～20－95～10085～100－0～150－－－－－－16～31.5－95～100－85～100－－0～100－－－－20～40－－95～100－80～100－－0～100－－－31.5～63－－－95～100－－75～10045～75－0～100－40～80－－－－95～100－－70～100－30～600～10在商砼实际生产中严格保证骨料优良级配组合，这样的目的是为了降低企业生产成本，但在本质上，它是通过节省一定数量的水泥达到的。但是，这种说法有什么理论根据呢？首先，良好的的骨料级配可以保证颗粒之间紧密堆积和有效润滑，从而对砼料的粘聚性和流动性都有很大提高，容易保证对坍落度的精确控制。因为在配合比一定时，坍落度越小，实际水灰比CW就会越小，强度越高，也即意味着，在强度一定时水泥用量可以适度减少。再者，根据鲍罗米公式：fcu=αafce(WC－αb)和混凝土配合比计算公式：fcu,o≥fcu,k+1.645σ可知，cebacuceafffCW，即说明，在需求强度fcu,k一定时，强度标准差σ越小则实际配制强度fcu,o就会越小，这是企业生产控制水平较高的体现，同时水灰比W/C反而会越大，所需的水泥量才可能越少。而决定σ的就是实际生产的控制水平，当然越小越好，说明生产过程中产品性能稳定。一般企业在实际生产中σ的取值范围是5～6，较好的为4，而我们当时选用的大多数是3，所以企业在当地有非常大行业竞争力。五、总结和与思考随着行业的不断发展，竞争也随之急速加剧，企业逐渐对技术的重视越来越提高，因为它不仅关系到企业的效益，甚至面临着行业淘汰的存亡。技术创新是多元化的，就像本文所阐述的骨料级配问题，这么微小到常被人忽略的一点竟然蕴藏着巨大的奥秘。那么，对于商砼中的六大材料而言也必定有非常多的技术创新等着人们来发掘。然而，技术提高的背后，其实是企业生产管理水品的提高，把粗放式的管理改进到精细化的管理，就能为企业带来丰厚的效益，企业要长足发展，也需要从管理创新中发现亮点。但是，这还些还不是本质的原因，因为从根本上讲，所有技术和管理的执行，都是由人来执行实施的，所以，人才因素从本质上来讲才是企业的核心竞争力。同样以江苏那两家商砼企业为例，较小的那家技术部除了总工之外基本上没有专业技术的人员，即使再好的想法要付诸实施，对一群只有初中水平连基本实验都做不标准的人来说，企业确实力不从心；然而，另一家却有天壤之别，技术部的人员基本都是本科学历，并且重视的不仅是一个人而是整个团队，对各种技术要求非常之高，它宁愿付出比别的同行企业高出一半薪酬的代价，换来的却是更大的企业效益。相较而言，高下自判。