日本预拌混凝土的质量控制

[摘要] 　为保证预拌混凝土的质量,在日本采取了三种措施,一是根据日本工业标准对预拌混凝土搅拌站进行监测;二是除了常规检测外,还要现场测试新拌混凝土中氯离子和水分的含量,因为这两项指标可能会对混凝土结构的强度和耐久性产生影响;三是建立全国统一的预拌混凝土质量控制的核查系统。本文对这三种保证预拌混凝土质量的手段进行简单的介绍。

[关键字] 　预拌混凝土;质量控制;现场检测;核查系统

1 　简介

　　在日本,每年大约生产112～115 亿立方米的预拌混凝土,并在各种结构工程中使用。众所周知,预拌混凝土的质量对混凝土结构十分重要,因为它决定了结构的安全性和耐久性。然而,一些问题出现了。例如,预拌混凝土中使用了含盐较高的海砂,和由对集料表面湿度控制的不当或为对混凝土的坍落度进行调整而加入了预设混凝土配合比之外的水分。

　　为保证预拌混凝土的质量,三种措施已在日本得到了使用。第一就是根据日本工业标准J ISA5308[1 ] 对搅拌站进行监测。第二就是检测新拌混凝土的质量,除常规检测外,还要现场检测新拌混凝土中氯离子的含量和水分的含量,因为它们对混凝土结构的强度和耐久性有极大的影响。第三在全国建立统一的预拌混凝土质量控制的检测系统(NUIS) 。这一系统要每年对预拌混凝土搅拌站的管理和质量控制情况进行核查。

　　日本的预拌混凝土质量控制系统的大体情况见图1 ,在这篇文章中,详细介绍保证预拌混凝土质量系统的一些细节。

2 　标准化的预拌混凝土搅拌站来保证质量

　　为保证预拌混凝土的质量,预拌混凝土搅拌站必须要根据日本工业标准J ISA5308 进行标准化的建设。在这一标准中,预拌混凝土的类型分类和所需具备的性能、混凝土的原材料、混凝土的生产和运输、检测方法都要在细节上进行标准化。

　　关于预拌混凝土类型和分类的标准,由于篇幅的限制本文不再叙述。

　　预拌混凝土的原材料必须满足日本工业标准中对水泥、集料、化学外加剂和矿物外加剂的规定。对于原材料的这些标准的细节本文也略去。

　　本文集中对预拌混凝土的生产和质量控制进行介绍。

　　(1) 原材料的储存根据预拌混凝土的标准J ISA5308 ,混凝土用的水泥必须储存在水泥筒仓中,不但不同类型的水泥要分开储存,水泥筒仓还要能防止水泥受天气变化的影响。集料要按材料类型、粒径类型或不同来源分别储存在不同的储存仓中,储仓要能防止不同粒径集料的分离,储存设备应该有底板,例如混凝土底板,而且地板上要有排水系统,储存设备要有足够大的容量,所存的集料数量能够满足一天生产预拌混凝土量所需,最好能满足三天生产所需的量。

　　混凝土中所用矿物外加剂必须存放在专业的存储设备中比如分别存放在按以类型和生产厂来区分的筒仓中。储存设备应该能够防止矿物外加剂的质量出现变化。

　　(2) 精确的批量称量车间称量车间必须要有准确的称重设备来称量预拌混凝土所需原材料的质量。称重设备需要的精确性取决于原材料的类型。根据J ISA5308 ,称重设备所需的精确性见表1 。

称重设备必须要被官方机构每年核准一次,这并不包括批量称重设备操作员每天的检查。在称重过程中,水泥、水、集料、外加剂必须分别用各自的称量设备称重,只有水和化学外加剂可同时称量。

　　(3) 测量和校正集料的表面湿度在生产预拌混凝土时,集料表面的水分会带入混凝土中。例如,表面湿度为1 %的细集料将会把6～7kg 水带入每立方米混凝土中。因此,在生产混凝土的过程中,测量和校正集料的表面湿度是非常重要的,它对混凝土的质量有很大的影响。

　　为了能在批量称重设备中精确迅速地测量集料的表面湿度,一些微波湿度传感器在日本得到了应用。湿度传感器安装在存放集料的容器和称重设备之间,如图1 。称量集料的时候,表面的湿度就会很快地得到测定。集料表面湿度的测量结果会传到设备控制面板的计算机中,配置混凝土的用水量也同时得到校正。

　　一些其他的控制集料湿度的方法也得到了发展,一种方法是使用大型气旋分离器作为砂子稳定器来控制砂的表面湿度[2 ] . 另一种方法是在批量称重车间中使用特殊称量器,在这里细集料被浸入水中称之。

　　(4) 搅拌器搅拌的均匀性

　　根据日本工业标准J ISA5308 和J ISA8603[4 ] ,采用批量称重设备的搅拌机应该能均匀的搅拌混凝土。

　　搅拌机搅拌的均匀性可由混凝土搅拌测试来核实。在测试中,先搅拌混凝土,从搅拌机的不同部位取出一些试样。然后测量搅拌机中不同部位取出的砂浆和粗集料的体积。测定结果必须满足表2 的要求。

　　在日本,为能在短时间内生产出均匀的混凝土,有两个轴的强制式搅拌机已大量应用。

　　(5) 批量设备中的坍落度监测

　　为控制搅拌中的混凝土的坍落度,在日本,搅拌设备中已广泛安装了坍落度监测装置。混凝土的坍落度可由测量搅拌机负荷的平滑度来估算。

3 　检测机构为接受方对预拌混凝土进行现场的质量

核查

　　检测机构将为接受方对预拌拌混凝土进行现场的质量核查,检测的项目一般包括坍落度、含气量、温度、混凝土中氯离子的含量和抗压强度。由于每单位体积混凝土的水含量对混凝土的强度和耐久性也有十分重要的影响。所以在混凝土发送前,很有必要检测一下混凝土中水的含量。在这一部分,介绍现场测定预拌混凝土中水含量和氯离子含量的一些方法。

　　(1) 新拌混凝土水含量的测定

　　现场测量新拌混凝土的水含量是日本控制混凝土质量的一种新尝试。所以,还没有关于他的国家标准。最近,成立了一个日本混凝土协会的委员会,它专门研究单位体积预拌混凝土中含水的状态,评定由一些公司和组织发展的各种各样的测量新拌混凝土水含量的测试方法,起草现场测试水含量的建议标准。

　　大约有多于11 种的测量新拌混凝土中水含量的方法。测量方法的机理多种多样,但是可以作如下的归类。

　　1) 干燥方法:烘干混凝土或砂浆来测定混凝土中的水含量。

　　2) 单位称重法:测量单位体积混凝土的重量来计算混凝土

中水的含量。

　　3) 试剂浓度的方法:测量试剂在混凝土的水中的浓度变化的方法。

　　4) 中子方法:测量混凝土中水的氢的含量的方法。

　　5) 电容方法:测量混凝土中砂浆的电容,因为电容与混凝土中水的含量有关联。

　　6) 气旋分离法:测量从混凝土中分离出的水量。

　　这些测量方法的特点见表3 。气流计量器方法测量新拌混凝土中水含量的设备见图3 。

　　新拌混凝土的质量和含气量可用气流计量器测量,测得的数据无线传输给电脑,电脑中已输入了设计配合比和原材料的比重,以此来计算单位体积混凝土中水的含量。

　　另外一种以电容方法测量新拌混凝土水含量的设备见图4 。测量时,用湿筛法从新拌混凝土中取得砂浆试样,设备可以测量砂浆的电容,以此来计算混凝土中水的含量。为了得到更精确的测试结果,有必要在设备中设定一些系数,这些系数可由与被测混凝土有相同的配合比和相同的原材料的性能来取定。

　　测量新拌混凝土中水含量的方法的标准已得到日本混凝土协会委员会的推荐[7 ] ,标准包括以下几点:

　　①单位体积混凝土设计水含量,民用建筑工程和结构工程分别必须低于175kg/ m3 和185kg/ m3 。

　　②如果单位体积新拌混凝土的测量水含量和设计的水含量之间的差距低于10 kg/ m3 ,这一预拌混凝土的质量可以接受。

　　③如果单位体积新拌混凝土的测量水含量和设计的水含量之间的差距在10～15 之间,这一预拌混凝土的质量也可以接受,但是配置混凝土的人员必须要查清楚导致水含量变化的原因,水含量的范围见图2 。

　　④如果单位体积新拌混凝土的测量水含量和设计的水含量之间的差距大于15 kg/ m3 ,这样的预拌混凝土的质量是不可接受的,水含量的范围见图2 。

　　⑤当第一次搅拌完成后就开始进行测量,每生产100kg/m3 的混凝土要检测一次,上午、下午都要分别测定。

　　(2) 新拌混凝土中氯离子含量的测定在日本,新拌混凝土的氯离子的含量的现场测量是一个必须要接受的测试。

　　新拌混凝土的氯离子含量的现场测试可用一些快捷简单的方法来测定,例如,图5 的电子方法,图6 的纯化学方法。

　　在电子方法中,离子选择电极插入新拌混凝土中,测定混凝土中水里的氯离子浓度,然后再快速计算出单位体积混凝土中的氯离子含量。

　　在纯化学方法中,用试纸或测试管插入新拌混凝土中,它们的颜色会部分变白,由变白的程度可以估算出混凝土中氯离子的含量。

　　根据J ISA5308 ,新拌混凝土中氯离子的含量要低于013kg/ m3 如果使用者允许也可为016 kg/ m3 。

4 　保障混凝土质量的NUIS 对预拌混凝土搅拌站的核查

　　为保障混凝土的质量,控制预拌混凝土质量的全国统一核查系统(NUIS) 已在1995 年成立。在这一系统中,由国家委员会和地方委员会来起草核查标准,每年对预拌混凝土搅拌站的管理和质量控制进行监管,颁给搅拌站合格标志。

　　国家和地方委员会的成员都是来自大学里混凝土界的权威人士、政府官员和混凝土工业协会的人士。关于NUIS 的流程图见图3 。国家委员会的任命由国家预拌混凝土联合会来确定,它在NUIS 中起领导者的角色。国家委员会的工作是起草核查标准,审批来自地方委员会对预拌混凝土搅拌站进行核查的申请,如果预拌混凝土搅拌站通过核查则颁给合格标志。

　　由预拌混凝土地方联合会任命的地方委员在NUIS 中也很重要。每年地方委员会的工作就是收集、察看来自于拌混凝土搅拌站的质量报告,向国家委员会申请对预拌混凝土搅拌站的核查,得到国家委员会批准后对混凝土搅拌站进行核查,并向国家委员会报告核查结果。

　　地方委员会也有向混凝土搅拌站提供提高混凝土质量控制建议的责任。核查标准见表4 。地方委员会根据这些标准每年对预拌混凝土搅拌站进行核查。

5 　结论

　　本文介绍了日本预拌混凝土质量控制的情况。

　　日本预拌混凝土质量控制依赖于混凝土搅拌站的标准化设备,为接受方进行现场检测和国家统一的核查标准。

参考文献

　　[1]J apanese indust ry standard , Ready - mixed Concrete J IS A5308 , (in J apanese) .

　　[2] E. Tazawa , and etc , Regulation of Surface in Sand by Sand2stabilizer , Proceeding of the J apan Concrete Institute , Vol.9 , No. 1 ,pp . 31 - 34 , 1987 , (in J apanese) .

　　[3]S. Sogo , R. Chikamat su and K. Iriya , Development of Im2mersion Batching Systemof Fine Aggregate for High Quali2ty Concrete , Proceeding of Symposiumin Honour of Profes2sor Kenji Sakata , pp . 299 - 315 ,2006.

　　[4]J apanese indust ry standard , Concrete Mixers J IS A 8603 ,(in J apanese) .

　　[5]J apanese indust ry standard , Concrete Mixers J IS A 1119 ,(in J apanese) .

　　[6]S. Inabayashi , The Measurement Technology on the Manu2facturing of Ready Mixed Concrete Journal , Vol. 44 , No. 5 ,pp . 26 - 30 ,2006 , (in J apanese) .

　　[7]J apan Concrete Institute ,Committed Report on Quick Meas2ure and Cont rol Systemof Water Content in Unit volume ofFresh Concrete ,pp. 70 - 71 ,2004.