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均化理论在混凝土中的应用研究
admin在2020-06-09发布 频道:行业资讯 标签:
     
摘要:在资源日益匮乏的环境下,保证原材料在生产过程中的稳定性是必须要解决的问题,混凝土生产过程中砂石质量波动是控制难点。经过多年工作实践并结合相关理论知识,文中认为,通过借鉴水泥生产中原材料(比如煤和熟料)处理方式,对生产用砂石进行均化处理是一种很好的解决方案,引入均化系数的概念用以评价均化效果。均化后砂石数量和应用效果通过富勒曲线予以校核,并参与混凝土配合比设计,逐步实现量化计算。
    开发并研制均化机械设备,不仅将砂石中有害杂质予以剔除,而且将砂石进行均化处理,辅以相关指标,实现了一提高三降低——即使实际生产混凝土工作性能提高,调整频次降低,强度标准差降低,成本降低。通过这一改进,有力保证了混凝土生产的连续性、稳定性,有效降低了现场质量投诉。通过数据对比,加入均化环节后,混凝土质量指标改善明显,由此可以看出,增加必要机械设备,调整原材料指标,对提高混凝土实体质量至关重要。
    扎根基层、立足实践、研究理论,在主动均化意识的驱动下,取得了积极的工作结果,不但扩大了原材料资源利用范围,而且对混凝土质量起到一定的保障作用。

0  绪论
    本公司地处偏僻,砂石资源匮乏、砂源产地复杂,诸多原因造成进厂砂石质量良莠不齐,加之混凝土搅拌站成立时间短,技术人员非常稀少,生产过程中配合比频繁调整,存在很大的质量隐患,常规管理方法无法保证质量工作顺利进行。为保证混凝土质量工作良性开展,依托水泥厂家设备管理技术优势,调整技术路线,改进机械设备功能及精度,向“设备要质量”。究其生产过程中主要影响混凝土质量波动原因,除人为因素外,砂石含水率、含泥量及细度模数的波动对实际生产影响最大。由此入手解决问题,凭借从事混凝土技术工作十余年的理论及工作经验,通过与水泥相关专业人士的交流,将自己提出的技术思路得以生产实现,满足混凝土生产过程可控,降低人为因素影响,为混凝土质量管理及安全生产拓宽了思路。通过交流得知,水泥在原材料管理中也存在着与混凝土相似的问题,原材料品种多,来源复杂,而且数量巨大,如何保证原材料品质稳定,直接影响水泥成品质量。通过调研发现,在处理水泥熟料及煤的匀质性问题时,采用物料堆取料机原理进行均化处理,满足使用要求。

1  均化理论概念介绍
    通过采用一定的工艺措施,达到降低物料的化学成分波动振幅,使物料的化学成分均匀一致的过程,称为均化过程。均化是保证熟料质量、产量及降低消耗的基本措施和前提条件,也是稳定出厂水泥质量的重要途径。据此,混凝土用原材料凭翻倒转移实现均化,原材料性能指标稳定性直接混凝土生产及质量。
    在水泥生产过程中,原材料破碎后,入磨前进行的均化,称为预均化。混凝土用原材料到达搅拌站后,一般没有破碎环节,但生产混凝土前指标波动非常剧烈,本文就是在混凝土生产前对所用原材料进行近似预均化处理。

2  均化理论在混凝土中的应用
    以目前的情况分析可知,在混凝土生产搅拌前,将原材料进行必要均化处理对混凝土质量控制帮助作用明显,通过研究发现,依据均化理论,结合混凝土原材料搬运及运输特点,经过简单均化即能满足要求,相比水泥均化设备投入,混凝土用原材料均化设备比较简单。均化手段的使用应在混凝土生产过程中予以体现。
    以砂石为例:从产地到搅拌站大致经历如下:开采后经过分选、清洗后堆放—将堆放砂石搬运至货船—货船行至港口将砂石卸至港口料场—对砂石进行除杂及均化后堆放—搬倒至运输车送至搅拌站—到站后由输送带起垛备用。此经历中,被动搬倒4次,主动均化2次。经历过程如图1、图2所示。
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图1 砂石经船运卸至港口料场
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图2 砂石除杂
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 图3  砂石到站后经输送带起垛堆放
    搜集历史数据,对砂均化前后主要指标进行对比分析,均化效果比较明显。砂未经均化含水率、细度模数及含泥量指标情况见表1。
表1 砂均化前指标情况
编号 吨数 含水率(%) 细度模数(%) 含泥量(%)
S14043 73.7 4.7 1.7 3.3
S14044 81.5 5。2 1.6 3.2
S14045 76。7 5.6 1.5 2。5
S14046 78.9 4.5 2。1 1.8
S14047 81.2 7。8 2.3 2。5
S14048 77.5 7.8 2.4 2。6
S14049 72.9 7。1 2.5 2。8
S14050 78.2 4。8 1.8 3.1
S14051 78.1 5。3 2。4 3。2
S14052 92.3 5.4 2.1 3.1
S14053 88。5 5.1 2.2 3.0
S14054 87.2 5.2 2.2 2。6
S14055 77。2 5.6 2.3 2.5
S14056 78。5 5。8 2.0 2。8
S14057 87.3 5。9 2。0 2.9
S14058 85。2 4.0 2.1 3。0
S14059 92.1 4.5 1.9 2.8
S14060 87.5 4.6 1.8 3.3
S14061 89。2 6。2 1.7 3.2
S14062 85。4 6.2 1.6 3.1
S14063 95。1 6。4 1.9 2.3
S14064 94.0 6.8 1.9 2.5
S14065 78.5 6.7 2.1 2.6
S14066 76.5 9。1 2.2 1.8
S14067 88.5 9.3 2.0 1。7
S14068 78.9 9.8 23 1。5
S14069 92.5 9。5 2。0 2.0
S14070 90.4 6.5 2.1 2。5
S14071 89.5 6.5 2。2 2.8
S14072 87.6 6.3 2.2 2.9
S14073 86.5 6.1 2.5 3。0
平均值 84。1 6。3 2.1 2。7
标准偏差 6。45 1.54 0.27 0.49
变异系数(%) 7。7 24.6 12。9 18.4
    由表1数据可知,虽然平均值接近目标值,主要问题出在批次间的波动较大,稳定性问题无法解决。砂经均化后,采集不同部位20组样品检验,数据见表2。
表2  砂均化后指标情况
编号 含水率(%) 细度模数 含泥量(%)
1 5.9 2.3 2.6
2 5.8 2。3 2.8
3 6.0 2.2 2.7
4 5。9 2.1 2.7
5 5.8 2.3 2.6
6 6.0 2。2 2。7
7 6.1 2.3 2.8
8 6.0 2。2 2.8
9 5。9 2。3 2.7
1 5.8 2。3 2.6
11 6。0 2.3 2.6
12 6.1 2.3 2.6
13 5.9 2.4 2。7
14 6.0 2.2 2。7
15 5.8 2.3 2。8
16 5.8 2.3 2.7
17 5.9 2.2 2。7
18 5.9 2.3 2。6
19 5。8 2。3 2.7
2 5.9 2.2 2.6
平均值 5.9 2.3 2。7
标准偏差 0.10 0.07 0.07
变异系数(%) 1.7 3.0 2。8
    将表1和表2中关注指标数据列于表3,发现标准偏差、变异系数变化明显。均化系数列于表3中。
表3  砂均化处理前后指标比较
状态 指标 砂含水率(%) 砂细度模数 砂含泥量(%)
  平均值 6。3 2。1 2.7
未经均化处理 标准偏差 1.54 0.27 0。49
  变异系数(%) 24.6 12 .9 18。4
  平均值 5。9 2。3 2.7
均化处理后 标准偏差 0。10 0。07 0.07
  变异系数(%) 1.7 3.0 2.8
均化系数 15.4 3.86 7.00
    参考相关均化理论文献,砂经均化处理后,变异系数分别为1.7%、3.09%、2.8%,一般认为,当变异系数<5%时,可认为物料均匀性良好,能够满足使用要求。
    依均化系数计算公式,均化后砂含水率、细度模数及含泥量均化系数分别为15.4、3.86、7.00,均化效果明显,表明设施、方法有效。
    通过均化效果的量化计算,可以对混凝土生产用原材料提供客观准确评价,对均化程度也有所认识和判断,为选取均化设备规模提供参考。

3  均化后原材料在混凝土配合比中的应用
    搅拌站一般具有两个砂料仓,可以实现两种砂的单独计量,采取细度模数稍大和较小两种砂按一定比例搭配,成为符合II区中砂混合砂后进行生产使用。砂经均化处理,首先能将其中夹杂的卵石、泥块等杂物剔除,其次保证了两种砂搭配前指标稳定性,为搭配后混合砂指标稳定性提供保障,进而降低混凝土生产过程波动。
    一般情况下,搅拌站生产混凝土比较偏好使用II区中砂进行生产应用,技术质量指标也据此制定,但随环境因素变化,现实情况比较复杂,惯用折中措施是将两种较粗和较细砂进行搭配,使混合砂满足II区中砂要求。指标见表4和表5。
表4 两种砂的筛分记录
筛孔径(mm) 4.75 2。36 1.18 0。600 0。300 0.150 <0。150
代号 β1 β2 β3 β4 β5 β6  
II区指标 10-0 25-0 50〜10 70-41 92-70 100-90 100
绥中砂 8 19 9 69 87 100 100
秦皇岛砂 8 18 34 89 95 100 100
混合砂 4 11 18 56 80 99 100
 
表5 混合后的含泥含水情况
厂家 细度模数 砂含水 砂含泥
绥中江砂 2.9 5.5 1.8
秦皇岛 2.0 4。5 2。1
5:5混合砂 2.5 4。8 2。0
    为简便起见,搭配比例一般选取1:1,目的是便于控制且不易出错。搭配前后筛分曲线如图4所示。
 
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图4两种砂及搭配后混合砂砂后筛分曲线 
    按1:1比例搭配后,混合砂筛分曲线位于II区中砂指标上、下限区域内,达到搭配目的。
    集料级配对混凝土强度、稳定性及施工和易性有着显著的影响,同时,原材料指标的稳定,对于后续混凝土配合比设计工作至关重要。富勒认为,各种不同粒径的集料按一定比例搭配,以达到最大密实度和最大摩擦力的要求,一般有连续级配和间断级配等。富勒理论被认为是研究颗粒级配的经典理论,“级配曲线愈接近抛物线则密度愈大”。

4  均化设备的工作原理及应用
    依据均化系数计算结果,明确设施规模,为降低设备投入,调研市场后发现,应用滚筛技术及设备进行除杂比较普遍,并借鉴当地取盐器工作原理,结合砂石搬倒实际流程,设计开发搅拌站用砂石均化设备。
    均化过程中最重要环节在于物料的布料和取料,由于搅拌站原材料数量少、场地有限、完全照搬无法实现。研究后发现,每次砂石料搬倒都是一次“平铺直取”的过程:通过输送皮带将砂石料起垛存储,满足物料堆放时,尽可能地以最多的相互平行、上下重叠的同厚度的料层构成料堆;当铲车进行上料及装料时,按垂直于料层方向的截面对所有料层切取一定厚度的物料。上文提到,砂石料由开采到搅拌站存储一共要经过4次搬倒过程,大大简化了设备的投入。
    滚筒筛设置可将砂石料中存在的较大粒径石块、泥块、冻块及植物等除杂处理。设置方形料斗,满足两台铲车同时上料,提高工作效率,满足生产需要。同时,处理过程可将砂含水率予以平衡,降低生产中调整频次。增加输送皮带长度及角度,加大扬程,便于起垛存储。

5  混凝土性能指标变化
    砂石料经过均化处理后,质检人员反馈:砂含水率稳定了,外力口剂调整频次降低了,用水量稳定了,现场质量原因投诉变少了。现场质量服务人员反馈:到场混凝土坍落度不忽大忽小了,现场混凝土混凝土和易性稳定了,泵送效果改善了。究其原因,增加均化环节功不可没。图5显示为砂石未经均化处理所生产混凝土工作性状态,最大特点是波动较大,选取的图片表明砂石波动较大,导致混凝土拌合物表面堆积较多碎石,工作性变差。
    砂经过均化处理后,混凝土工作性状态稳定,生产中所用砂石料接近收验料要求,混凝土生产配合比采用砂率值与理论配合比值基本吻合。混凝土拌合物工作性如图6所示。
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图5 未经均化砂用于混凝土工作性状态  
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 图6 均化后混凝土工作性明显变化  
    砂石经过均化处理后生产混凝土的28天标养强度标准差降低。选取未经均化处理的2013年与采取均化处理的2014年各强度等级标准差比较,见表6。
表6 2013年与2014年混凝土28天标养强度标准差比较
强度等级 2013年标准差 2014年标准差 差值
C15 4.5 2。0 一2.5
C20 4.7 2. 一2。2
C25 4。5 1。8 一2.7
C30 4。2 3.4 一0。8
C35 5。1 2.7 一2.4
C40 4.4 3。8 一0.6
C45 4。7 2。1 一2.6
C50 4.5 4.0 一0。5
    由表6可知,各混凝土强度等级28天标养强度标准差均有下降,平均降低1.5。据此,为进一步开展技术质量工作奠定了基础。通过均化工作的开展,各项原材料消耗得以控制,经测算,仅外加剂一项,节约1kg/m3,折合2.4元/m3,按年产40万立方混凝土计算,年有效节约成本96万元。
    通过改进生产环节,能够将质量风险、人员成本以及施工现场维护成本大大降低,让技术人员不再为工地投诉而苦恼和奔波,带动企业质量、服务工作上一个新台阶。

6  展望与不足
    均化设备持续优化,满足更多用途。进行多种原材料勾兑试验,确定搭配比例,扩大资源使用范围。实现均化前提上,进行混凝土配合比设计优化研究工作,在质量与成本之间寻找平衡点。

7  结论
    利用水泥均化理论,混凝土生产用原材料均化处理方法可行,实践可知,均化后变异系数低于5%,满足混凝土生产原材料匀质性要求。
    通过调研开发出混凝土原材料均化设备投资可控,效果良好,通过配置部件,可以满足生产用石的均化处理,方便生产,便于推广应用。
    通过对砂石料进行均化处理,解决砂石原材料指标波动问题,解决混凝土生产稳定性问题,降低调整频次,保证混凝土实体质量,混凝土28天标养强度标准差缩小,理论配合比与实际生产配合比对应性提高。
 
参考文献
[1] 水泥原料预均化方式的比较与选择.西部水泥网.
[2] 刘数华,李家正译.混凝土配合比设计.北京:中国建材工业出版社.
作者:任铁越     
信息来源:混凝土视频网
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