用免振自密實混凝土生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件

    摘要: 介紹了日本和光混凝土株式會社從事免振自密實混凝土生產(chǎn)預(yù)制混凝土構(gòu)件的歷史沿革, 提出了免振自密實混凝土在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)中的優(yōu)點以及原材料質(zhì)量控制的具體要求, 研究了免振自密實混凝土工廠預(yù)制構(gòu)件的材料組合和配合比, 并就免振自密實混凝土有待進(jìn)一步提高的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了探討。

    關(guān)鍵詞:免振自密實;增粘劑;細(xì)粉顆粒;高效減水劑;預(yù)制混凝土構(gòu)件

    引言

    筆者獲得免振混凝土相關(guān)資料是在1991年,由此對混凝土的理解發(fā)生了很大的變化。當(dāng)時,由于免振自密實混凝土的原材料費用是普通混凝土的1.5～2倍, 再加上筆者所掌握的相關(guān)技術(shù)尚不成熟, 所以,未能及時引進(jìn)該技術(shù)。近年來, 隨著混凝土制品多樣化、生產(chǎn)成本的降低, 以及生產(chǎn)環(huán)境改善要求的提高,免振自密實混凝土以其優(yōu)良的品質(zhì)特性越來越受到混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)的歡迎。

    1  預(yù)制混凝土構(gòu)件引入免振自密實混凝土的必要性

    通常, 工廠生產(chǎn)預(yù)制混凝土構(gòu)件, 可以用干硬性混凝土, 通過加強振動等工藝方法而獲得密實的混凝土。但如果是厚度較薄、密集配筋的制品,用普通混凝土就難以獲得填充性能優(yōu)良的混凝土制品。由此, 在1991年, 岡村甫教授提出了“超流動性混凝土”的技術(shù)方案,并進(jìn)行了試驗研究工作。通過反復(fù)試驗并進(jìn)行實體澆注實驗研究, 免振自密實混凝土以其驚人的自流平、自填充性能而受到人們的普遍關(guān)注。

    通過試驗結(jié)果的評價, 本公司的產(chǎn)品逐步從使用普通混凝土向免振自密實混凝土方向傾斜。

    照片1和照片2是當(dāng)時制造很困難的密集配筋,且形狀復(fù)雜的構(gòu)件實例。

    2   研究工作的內(nèi)容

    2.1 增粘劑系免振自密實混凝土的研究

    由于工廠設(shè)備的原因, 研究開始時, 為了能夠使用普通混凝土使用的原材料。首先, 嘗試了增粘劑系免振自密實混凝土,配比見表1。

    使用增粘劑的目的在于讓形狀復(fù)雜的制品能夠順利成型, 防止離析, 克服成型困難的痹端。不過, 經(jīng)反復(fù)試驗后發(fā)現(xiàn)相同混凝土的再現(xiàn)性較差, 同時也表明, 為了獲得連續(xù)生產(chǎn)時質(zhì)量穩(wěn)定的免振自密實混凝土,材料的管理顯得非常重要。

    這一階段的試驗配比中, 細(xì)骨料及單位水泥用量相對較多而不經(jīng)濟(jì), 原材料費用大約是普通混凝土的1.7倍, 但可以提高作業(yè)性能, 提高構(gòu)件的表面平整度,而且復(fù)雜形狀的構(gòu)件可以生產(chǎn)。結(jié)果表明,因原材料成本大幅度提高產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng), 可以通過成型的省力化,脫模后手工作業(yè)量的減少而得以補償。不過,由于較高的原材料費用, 全面使用免振自密實混凝土進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)還無法實現(xiàn)。另外, 使用增粘劑的免振自密實混凝土還存在早期強度低, 攪拌機(jī)等制品設(shè)備清洗困難等不足之處。

    2.2 細(xì)粉體免振自密實混凝土的研究

    為了解決使用增粘劑帶來的相關(guān)問題, 1994年開始研究粉體系免振自密實混凝土。代表性的粉體材料有水泥、高爐礦渣微粉、粉煤灰、石灰石細(xì)粉等。由于細(xì)粉材料中使用高爐礦渣微粉和粉煤灰的原料來源和運費偏高等原因, 決定以石灰石細(xì)粉開展研究工作, 表2為3種石灰石細(xì)粉的比表面積和免振自密實混凝土的性能試驗結(jié)果。結(jié)果表明, 比表面積在5200cm²/g左右時, 其流動性、抗分離性等混凝土的性能以及原材料可穩(wěn)定供應(yīng)、成本低等良好特性得以體現(xiàn),可以解決因使用增粘劑帶來的不足。

    2.3 外加劑的研究和配合比

    從增粘劑到細(xì)粉體的研究工作中, 未能有效地減少混凝土的單位用水量, 混凝土品質(zhì)性能的提高是從1995年外加劑地研究開始的。三聚氰胺系減水劑的使用以及減水效果好、流動性好、抗分離性能高的聚羥酸系列高效減水劑的使用, 使混凝土的單位用水量大幅度降低,高品質(zhì)混凝土的獲得成為可能。

    研究結(jié)果表明, 與降低原材料成本開始研究的增粘劑系免振自密實混凝土相比,高效減水劑的應(yīng)用,大幅度降低了生產(chǎn)成本, 這就給免振自密實混凝土在工廠預(yù)制混凝土中全面推廣使用創(chuàng)造了有利條件。

    從增粘劑系到細(xì)粉體系, 再從三聚氰胺外加劑到聚羧酸系外加劑的應(yīng)用過程, 免振自密實混凝土不僅要從數(shù)值上對混凝土性能和生產(chǎn)成本進(jìn)行評價, 還必須從生產(chǎn)工人勞動強度的降低以及品質(zhì)的提高來進(jìn)行綜合評價。

    通過免振自密實混凝土的應(yīng)用, 可以使混凝土獲得優(yōu)越的填充性能、流動性能,獲得良好的施工操作性能和經(jīng)濟(jì)、合理的產(chǎn)品生產(chǎn)過程。

    表3為細(xì)粉體免振自密實混凝土的配合比。

    3   用免振自密實混凝土生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果

    用免振自密實混凝土生產(chǎn)預(yù)制構(gòu)件與普通混凝土相比, 生產(chǎn)成本降低了約15%。照片3是用免振自密實混凝土生產(chǎn)大型構(gòu)件現(xiàn)場情況, 澆注施工效果提高了25%。

    免振自密實混凝土用于生產(chǎn)預(yù)制混凝土構(gòu)件, 有以下優(yōu)點: 首先, 提高了生產(chǎn)效率; 其次, 由于模具維護(hù)費用的大幅度降低可以彌補由于原材料費用的增加; 第三, 可以消除振動器振動成型時的噪音, 在制品成型操作現(xiàn)場可以進(jìn)行日常的對話, 可為安全生產(chǎn)作出重要貢獻(xiàn); 第四, 可以減輕作業(yè)人員的勞動強度; 第五, 免振自密實混凝土可以為將來在工廠實現(xiàn)自動化操作創(chuàng)造條件。

    照片4 為免振自密實混凝土自動投料系統(tǒng)的一個實例。利用液面?zhèn)鞲衅鲗ιa(chǎn)護(hù)坡砌塊的自動投料系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作作業(yè)的過程。

    4 關(guān)于品質(zhì)管理

    在日常生產(chǎn)管理中, 必須進(jìn)行以下項目的重點控制:

    (1) 骨料的表面水分檢測每天2 次;

    (2) 細(xì)骨料的級配、粒徑逐批檢驗;

    (3) 根據(jù)混凝土的溫度進(jìn)行每天2 次調(diào)整外加劑的用量;

    (4) 坍落度擴(kuò)散值測定、混凝土混合料的基本性能目測(2次/日) ;

    (5) 混凝土的強度(每日成型強度試塊、測試不同齡期的強度值) 。

    為了能穩(wěn)定地用免振自密實混凝土生產(chǎn)預(yù)制混凝土構(gòu)件, 性能穩(wěn)定的原材料是不可缺少的。特別是供應(yīng)粗細(xì)骨料的質(zhì)量穩(wěn)定性更為重要。為此, 選定骨料制造商和制定詳細(xì)的質(zhì)量指標(biāo)很有必要, 進(jìn)料時必須嚴(yán)格按質(zhì)量要求進(jìn)行驗收, 為了在一年不同的季節(jié)里, 都能確保獲得穩(wěn)定的坍落度擴(kuò)散值, 必須對外加劑的使用量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。在日常管理中, 除以目測外, 還要進(jìn)行擴(kuò)散值、擴(kuò)散作業(yè)時間、擴(kuò)散達(dá)500mm所需時間等的測定,以確定高性能減水劑的使用量。

    圖1為混凝土溫度與高性能減水劑使用量之間的關(guān)系,以此數(shù)據(jù)可以進(jìn)行品質(zhì)管理。圖2為1999 年1月～10月坍落度擴(kuò)散值的測定結(jié)果。平均坍落度擴(kuò)散值為647mm,標(biāo)準(zhǔn)偏差為25mm?；炷量箟簭姸热鐖D3所示,單位水泥用量為330kg/m³ ,水灰比為0.5?；炷?4天齡期的抗壓強度為7MPa , 制品成型24小時混凝土強度已達(dá)20MPa, 已經(jīng)滿足預(yù)制混凝土構(gòu)件所必須的早期強度的要求, 可適當(dāng)減少養(yǎng)護(hù)成本, 從而獲得高性能和經(jīng)濟(jì)性雙重效果。

    5 結(jié)語

    免振自密實混凝土用于工廠預(yù)制混凝土構(gòu)件的生產(chǎn), 已經(jīng)能滿足實用性和制造成本相統(tǒng)一的要求。但是,混凝土制品形狀多變的現(xiàn)實,尚需對制品表面氣泡多進(jìn)行深入研究。另外,混凝土投料方式,關(guān)聯(lián)設(shè)備的改進(jìn), 高流動性混凝土相關(guān)的制造技術(shù)的確立等課題,還有待作進(jìn)一步的深入研究。