用免振自密实混凝土生产预制构件

    摘要: 介绍了日本和光混凝土株式会社从事免振自密实混凝土生产预制混凝土构件的历史沿革, 提出了免振自密实混凝土在预制构件生产中的优点以及原材料质量控制的具体要求, 研究了免振自密实混凝土工厂预制构件的材料组合和配合比, 并就免振自密实混凝土有待进一步提高的相关技术进行了探讨。

    关键词:免振自密实;增粘剂;细粉颗粒;高效减水剂;预制混凝土构件

    引言

    笔者获得免振混凝土相关资料是在1991年,由此对混凝土的理解发生了很大的变化。当时,由于免振自密实混凝土的原材料费用是普通混凝土的1.5～2倍, 再加上笔者所掌握的相关技术尚不成熟, 所以,未能及时引进该技术。近年来, 随着混凝土制品多样化、生产成本的降低, 以及生产环境改善要求的提高,免振自密实混凝土以其优良的品质特性越来越受到混凝土预制构件生产企业的欢迎。

    1  预制混凝土构件引入免振自密实混凝土的必要性

    通常, 工厂生产预制混凝土构件, 可以用干硬性混凝土, 通过加强振动等工艺方法而获得密实的混凝土。但如果是厚度较薄、密集配筋的制品,用普通混凝土就难以获得填充性能优良的混凝土制品。由此, 在1991年, 冈村甫教授提出了“超流动性混凝土”的技术方案,并进行了试验研究工作。通过反复试验并进行实体浇注实验研究, 免振自密实混凝土以其惊人的自流平、自填充性能而受到人们的普遍关注。

    通过试验结果的评价, 本公司的产品逐步从使用普通混凝土向免振自密实混凝土方向倾斜。

    照片1和照片2是当时制造很困难的密集配筋,且形状复杂的构件实例。

    2   研究工作的内容

    2.1 增粘剂系免振自密实混凝土的研究

    由于工厂设备的原因, 研究开始时, 为了能够使用普通混凝土使用的原材料。首先, 尝试了增粘剂系免振自密实混凝土,配比见表1。

    使用增粘剂的目的在于让形状复杂的制品能够顺利成型, 防止离析, 克服成型困难的痹端。不过, 经反复试验后发现相同混凝土的再现性较差, 同时也表明, 为了获得连续生产时质量稳定的免振自密实混凝土,材料的管理显得非常重要。

    这一阶段的试验配比中, 细骨料及单位水泥用量相对较多而不经济, 原材料费用大约是普通混凝土的1.7倍, 但可以提高作业性能, 提高构件的表面平整度,而且复杂形状的构件可以生产。结果表明,因原材料成本大幅度提高产生的负面效应, 可以通过成型的省力化,脱模后手工作业量的减少而得以补偿。不过,由于较高的原材料费用, 全面使用免振自密实混凝土进行预制构件的生产还无法实现。另外, 使用增粘剂的免振自密实混凝土还存在早期强度低, 搅拌机等制品设备清洗困难等不足之处。

    2.2 细粉体免振自密实混凝土的研究

    为了解决使用增粘剂带来的相关问题, 1994年开始研究粉体系免振自密实混凝土。代表性的粉体材料有水泥、高炉矿渣微粉、粉煤灰、石灰石细粉等。由于细粉材料中使用高炉矿渣微粉和粉煤灰的原料来源和运费偏高等原因, 决定以石灰石细粉开展研究工作, 表2为3种石灰石细粉的比表面积和免振自密实混凝土的性能试验结果。结果表明, 比表面积在5200cm²/g左右时, 其流动性、抗分离性等混凝土的性能以及原材料可稳定供应、成本低等良好特性得以体现,可以解决因使用增粘剂带来的不足。

    2.3 外加剂的研究和配合比

    从增粘剂到细粉体的研究工作中, 未能有效地减少混凝土的单位用水量, 混凝土品质性能的提高是从1995年外加剂地研究开始的。三聚氰胺系减水剂的使用以及减水效果好、流动性好、抗分离性能高的聚羟酸系列高效减水剂的使用, 使混凝土的单位用水量大幅度降低,高品质混凝土的获得成为可能。

    研究结果表明, 与降低原材料成本开始研究的增粘剂系免振自密实混凝土相比,高效减水剂的应用,大幅度降低了生产成本, 这就给免振自密实混凝土在工厂预制混凝土中全面推广使用创造了有利条件。

    从增粘剂系到细粉体系, 再从三聚氰胺外加剂到聚羧酸系外加剂的应用过程, 免振自密实混凝土不仅要从数值上对混凝土性能和生产成本进行评价, 还必须从生产工人劳动强度的降低以及品质的提高来进行综合评价。

    通过免振自密实混凝土的应用, 可以使混凝土获得优越的填充性能、流动性能,获得良好的施工操作性能和经济、合理的产品生产过程。

    表3为细粉体免振自密实混凝土的配合比。

    3   用免振自密实混凝土生产预制构件的技术经济效果

    用免振自密实混凝土生产预制构件与普通混凝土相比, 生产成本降低了约15%。照片3是用免振自密实混凝土生产大型构件现场情况, 浇注施工效果提高了25%。

    免振自密实混凝土用于生产预制混凝土构件, 有以下优点: 首先, 提高了生产效率; 其次, 由于模具维护费用的大幅度降低可以弥补由于原材料费用的增加; 第三, 可以消除振动器振动成型时的噪音, 在制品成型操作现场可以进行日常的对话, 可为安全生产作出重要贡献; 第四, 可以减轻作业人员的劳动强度; 第五, 免振自密实混凝土可以为将来在工厂实现自动化操作创造条件。

    照片4 为免振自密实混凝土自动投料系统的一个实例。利用液面传感器对生产护坡砌块的自动投料系统进行远程控制操作作业的过程。

    4 关于品质管理

    在日常生产管理中, 必须进行以下项目的重点控制:

    (1) 骨料的表面水分检测每天2 次;

    (2) 细骨料的级配、粒径逐批检验;

    (3) 根据混凝土的温度进行每天2 次调整外加剂的用量;

    (4) 坍落度扩散值测定、混凝土混合料的基本性能目测(2次/日) ;

    (5) 混凝土的强度(每日成型强度试块、测试不同龄期的强度值) 。

    为了能稳定地用免振自密实混凝土生产预制混凝土构件, 性能稳定的原材料是不可缺少的。特别是供应粗细骨料的质量稳定性更为重要。为此, 选定骨料制造商和制定详细的质量指标很有必要, 进料时必须严格按质量要求进行验收, 为了在一年不同的季节里, 都能确保获得稳定的坍落度扩散值, 必须对外加剂的使用量进行严格的控制。在日常管理中, 除以目测外, 还要进行扩散值、扩散作业时间、扩散达500mm所需时间等的测定,以确定高性能减水剂的使用量。

    图1为混凝土温度与高性能减水剂使用量之间的关系,以此数据可以进行品质管理。图2为1999 年1月～10月坍落度扩散值的测定结果。平均坍落度扩散值为647mm,标准偏差为25mm。混凝土抗压强度如图3所示,单位水泥用量为330kg/m³ ,水灰比为0.5。混凝土14天龄期的抗压强度为7MPa , 制品成型24小时混凝土强度已达20MPa, 已经满足预制混凝土构件所必须的早期强度的要求, 可适当减少养护成本, 从而获得高性能和经济性双重效果。

    5 结语

    免振自密实混凝土用于工厂预制混凝土构件的生产, 已经能满足实用性和制造成本相统一的要求。但是,混凝土制品形状多变的现实,尚需对制品表面气泡多进行深入研究。另外,混凝土投料方式,关联设备的改进, 高流动性混凝土相关的制造技术的确立等课题,还有待作进一步的深入研究。