预拌混凝土实际生产质量的影响因素及相应措施

预拌混凝土是一种非均质脆性材料，由水泥、骨料、水、外加剂及其他掺合料等组成，原材料的选择、配合比的设计、设备、工艺、环境、施工技术等都影响预拌混凝土的产品质量。在生产环节中，原材料及生产工艺是影响预拌混凝土生产质量的重要因素。

1.1 原材料对预拌混凝土性能的影响

1.1.1 水泥及其混合材

水泥是一种具有活性的粉状胶结材料，其技术指标或性能参数，相关标准有界定，包括水泥的生产控制指标和产品检验指标。作为真正意义的胶凝材料，水泥是通过材料自身的化学反应形成胶粘作用，有效地将其他颗粒材料粘结在一起，共同承担使用寿命期内的各种荷载和不同环境条件下耐久性要求的作用。由于形成胶凝体的水化颗粒反应是由表及里进行的，28d熟料的水化深度约4μm，一年以后约8μm。所以磨细后的颗粒必须要有不同粒径的分布，至少应该具备数十年能反应的条件。

由参考文献可知，水泥细度对结构使用寿命有影响，水泥熟料颗粒过细，其早期水化热增大，开裂敏感性增加，北方地区会发生抗冻性降低，甚至会出现极少的强度“倒缩”现象。

预拌混凝土企业实际生产应用中，水泥性能满足相应的参数指标，水泥不会有问题出现（计量认证的强制性）。但是，由于市场经济利益的片面追求或是使用者“一知半解”的盲目使用，造成后续结构出现的种种缺陷甚至事故，主要是材料产品性质不稳定或是使用者没有针对所用材料在使用前进行有效的复试检测判定所致。

当水泥熟料的组分变化不大时，作为使用者也要了解掺加的混合材包括非活性材料，尤其是混凝土养护方式不同时，例如预制构件的养护一般以加热养护方式为主，适合使用水淬矿渣，但由于炼铁过程中使用的助剂品位和数量差别，会出现产生的废渣呈酸性或碱性之分。同样，水淬时的效果也会对其活性或稳定性有一定的影响，作为使用者对此了解和掌握也是很重要的。

由于水泥与水接触后会立即发生反应，其絮状结构会影响拌合物流动性的可持续时间，作为水泥调凝作用的石膏的加入是必不可少的。无论是水泥球磨加入的还是矿渣粉加工时加入的石膏经磨细后的颗粒，水化反应最快，本应与铝酸三钙匹配包裹在其颗粒外面，延缓铝酸三钙水化，但是由于一定量的粉体料会影响石膏水化的效果，使得三氧化硫的有效性出现异常，在混凝土中三氧化硫的量又会对拌合物形成的初期状态、拌合物凝结过程的状态以及硬化后的实体稳定性都有不同的影响，所以这些影响因素作为预拌混凝土生产者应该有所了解和掌握，把握掺加量也是一个关键的技术问题（并非仅是水泥厂的问题）。

1.1.2 其他掺合料

活性掺合料粉煤灰，2017年行业修订了产品标准，严格界定了粉煤灰的定义。从环境保护要求所有经过高温燃烧后的灰烬，都会在排出过程中进行必要的脱硫或脱硝处理，也只有在处理工艺不严谨或是设备存在一定问题的时候才会有收集后的不合格品。本应分开排出，一个通道收集脱硫石膏增加附加值，另一个是灰烬在烟道遇到冷空气后迅速冷却形成玻璃体状微珠，在电极作用下被收集形成粉煤灰。但是有可能是氧化钙或氨多了，或是2个通道的混乱而形成过量的“脱硫灰”或“脱硝灰”。前者掺加在混凝土拌合物中严重时会引起异常缓凝，再过量的时候容易形成缺陷或事故。而脱硝灰严重时会出现对环境的“污染”，也会对硬化后的结构密实性产生不利的影响。

新标准中某些需要检测的参数如半水亚硫酸钙指标，一般搅拌站不具备检测的条件，所以建议在合同约定中对技术要求予以明确，也可以用与水泥混合浆体试验是否“凝结异常”的参考参数（可以在6～8h判断是否凝结异常），对于凝结时间过长的粉煤灰应采取减少掺量的方式解决（不大于10%）。脱硝灰一般在验收取样的时候会闻到有一定浓度的氨气味，可以提前知晓或是再与碱性水混合观察是否有明显的气泡产生加以判断，在实际使用中采用少掺用、延长搅拌时间、放慢浇筑速度等方法处理或解决。所以2种粉煤灰都可以提前预知和合理使用。

1.1.3 外加剂

用水量和坍落度损失控制是预拌混凝土生产质量的重要环节。外加剂的应用是调节的主要手段，而水泥早期水化及其他组成材料杂质对外加剂的非分散性吸附造成的外加剂消耗是预拌混凝土坍落度损失的根本原因。预拌混凝土用外加剂应具有与矿物掺合料、水泥、砂石骨料等材料良好的适应性，并应同时满足预拌混凝土工作性能和力学性能的要求，其种类和掺量应经试验确定。不同生产厂家、不同品种、不同规格的外加剂复合使用时，应对其相容性进行试验验证。外加剂进场时应复检。

为了更有效满足更长时间坍落度保持的要求，常选择水泥水化稳定剂。水化稳定剂是一种可以同时抑制铝酸钙和硅酸钙水化的特殊缓凝剂，由特定配方组成。通过调整掺量能够获得几个小时到几十小时较大范围内所需要的混凝土拌合物坍落度保持时间。以保坍为主的产品可通过与减水型聚羧酸外加剂一起使用，满足不同程度的坍落度保持时间要求，同时又避免了因使用缓凝剂产生的额外缓凝。在工程实践中已有达到12～14h的保坍能力且控制初凝结时间不超过20h的应用案例。

1.1.4 骨料

我国预拌混凝土质量不稳定的主要因素之一是混凝土中占比例较大的骨料质量。硅酸盐水泥基混凝土在硬化过程中造成体积的不稳定性是一个不可逆的现象，在拌合物中掺加必要的不同岩石颗粒直径的骨料，起到硬化后结构体积稳定性的作用（骨架作用一般指的是强度），这是针对材料性质而言。而影响混凝土体积不稳定的因素还有浆骨比，更确切的讲是总水量对体积稳定性的影响。我国混凝土的大量使用是建国以后的建筑工程，相对于西方发达国家的应用和质量控制与要求存在一定的差距，其中最重要的就是骨料的生产质量以及必要的检测参数要求。

一般来说，性能良好的骨料级配，一是骨料的空隙率要小，以节约水泥用量，二是骨料总比表面积要小，以减少湿润骨料表面的用水量，三要有适当含量的细骨料，以满足拌合物工作性的要求。骨料的空隙率显然与级配和颗粒形状有直接的关系，如果颗粒粒径不是均一的，而成一定的级配，其空隙率总是小于均一粒径颗粒相应排列的空隙率。

关于减小骨料颗粒空隙率的方法或试验的数据很多，我国高铁工程要求混凝土拌合物的生产要使用2或3个颗粒级配（5～31.5）mm与中砂配合。国内有些资料介绍以4个颗粒级配空隙率会最小，德国有资料记载至少用5个颗粒级配骨料配制混凝土，日本有细骨料和粗骨料各3个级配配制的混凝土。这说明，要将混凝土这种人工合成的承担结构性作用的材料加工好，需要有一定的技术含量要求，从多种原因要求都不可以“随意”组合。

1.2 生产工艺对预拌混凝土性能的影响

1.2.1 搅拌工艺

搅拌是将2种或多种不同的物料互相分散而达到均匀混合的过程。混凝土拌合物的搅拌除了要达到混合均匀之外，还要达到一定程度的强化和塑化，混凝土拌合物中有固相、液相和气相，伴随着搅拌时间的延长，还存在相之间的物理化学作用。然而，对于不同的混凝土拌合物所需达到的均匀、塑化、强化程度各有侧重。一般以均匀性来评定混凝土拌合物的搅拌质量，而均匀性则是采用物料相互分散所达到的分布、浓度及温度上的均匀程度来说明。试验用振动式搅拌机两轴的搅臂没有重合，拌合物流动性过大时，搅拌机主轴的振动只会加快拌合物的浆骨分离，对匀质性不利。

试验用双卧轴搅拌机是针对原单卧轴实验用搅拌机与生产实际使用的双卧轴不一致所设计的，但是由于在2个筒壁内分别搅拌，与实际生产用双卧轴搅拌机不一致，使得试验数据与生产的关联性变差。

现在使用的双卧轴搅拌机，两轴之间的搅臂相互交叉很少，不足15cm。当搅叶磨损严重时交叉的距离会更小，所以双卧轴搅拌机只适用于流动性大于200mm的拌合物生产，中间位置的拌合物只能依靠重力作用达到交叉混合，时间短了匀质性会很差。

1.2.2 外加剂计量工艺

目前我国几乎所有的混凝土拌合物生产都掺加对拌合物有改善或硬化后的性能有改善的外加剂。高强混凝土生产规定，外加剂应该迟后掺加，目的是有效发挥其分散性的作用。外加剂的主要作用是分散水泥熟料水化时的絮状结构，改善拌合物的流变性，由于我国骨料的使用不是要求在饱和面干状态下，在所有材料共同进入搅拌机后，不是饱和含水的材料就会吸附一部分水，这部分水进入骨料的表面孔隙或裂隙中，不会参与水泥水化，所以我国实际水灰比的意义是总水量下的水灰比，而不是有效水灰比。当然也会因为骨料吸水的性质不一样或不稳定，造成统计出来的水灰比与强度之间的函数关系的不稳定。另外非饱和面干的材料不但吸附水，同时还会吸附液体外加剂中的固体成分，尤其是骨料开口孔多且大的颗粒，在输送拌合物过程中受到泵压力的作用更容易被“挤进”而出现泵损的现象，给施工造成困难。

我国现在的搅拌工艺是将外加剂计量筒放在水计量秤的上面，进入搅拌机时外加剂先放入水秤筒内，再与融合水进入搅拌机。还有的是外加剂和水分别计量，同时进入搅拌机。这2种工艺布置显然不够合理。正确的工艺布置可以采用如图1所示的投料顺序（外加剂迟后投放）。

（1）原材料及掺合料。水泥是影响混凝土强度等性能的主要因素，混凝土出现的大部分问题主要是材料产品性质不稳定或在使用材料前未进行有效的复试检测所致。水泥磨细后的颗粒直径分布应在0～100μm，水泥细度参数的检测就不应该是参考值，而是必测参数（至少要清楚实际的细度）。过细的颗粒除了需水量大，水化热也大，早期的收缩也会大，缺少后期结构使用寿命期内的安全系数保证。对于不同的掺合料，了解其生产工艺及制造过程，在合同中对技术指标及供应路径进行明确，对其进行有效的复试检验，通常引发的质量问题基本可以解决。

（2）骨料。重视骨料质量，关注其参数指标具有重要的实际意义，也是提供优质混凝土拌合物和保证结构寿命期内安全使用的前提，也是一种“降碳”的保证措施（减少或降低不合格产品的生产和使用，不出现“拆楼”等劣质问题）。综合来看，混凝土设计和生产人员应该掌握建筑材料的基本知识，至少要了解结构受力的基本功能及必要的施工工艺等。

（3）搅拌工艺。欧洲发达国家更加重视拌合物质量，规定搅拌时间不得少于120s（一般2～3m3机型）。日本的快速和超速搅拌机搅拌时间规定60s（等同于欧洲的120s），就是因为双卧轴搅拌机中间位置的拌合物无法直接拌合的“缺陷”问题。日本更新换代的搅拌机以螺旋带装备为主。为满足拌合物的匀质性要求，搅拌的效率必须要重视。我国从初始使用的自落式搅拌机，发展到强制式的立轴、卧轴、双卧轴、行星式立轴、螺旋带、螺旋轴等，都说明对混凝土质量的重视。

在搅拌工艺中，“造壳”技术在日本70年代开始就有研究和应用，这项技术主要应用于塑性混凝土拌合物的生产，80年代初在试验室条件下和实际生产线小量试用的效果中，可以提高抗压强度15%～20%。对于因粒形差而需水大、流动性差的机制砂，可以采用低水胶比浆“裹砂”的搅拌技术来解决。在搅拌时，先将细骨料入机用少部分拌合水润湿，再加入水泥拌合，在砂粒表面形成一个低水胶比的润滑层“壳”，最后加入其余拌合水和石子，继续搅拌制成拌合物。不仅可显著提高拌合物的流动性，粘聚性也好，而且所得拌合物硬化后强度还可比预期的提高约15%。这种搅拌工艺适用于单阶式的搅拌工艺。针对大流动性混凝土拌合物的生产，可以将粗骨料换成细骨料，搅拌工艺程序不变，将细骨料表面形成润滑层，可以改善拌合物的流动性。双阶式需要改变计量后骨料横移进入搅拌机的运输时间差的问题，才能实现，或是解决卸料斗门的密封问题。这种搅拌工艺的效果也会提高拌合物质量（降低浆骨比、节省水泥）。从试验数据来看，立轴搅拌机和双螺旋搅拌机，当转速提高10%～20%后，不但在单位时间内生产量提高了（如正常180m3/h，高速216m3/h，超速293m3/h），拌合物的质量和力学性能也有所提高。

预拌混凝土是一种用于结构受力的材料，无论拌合物的质量还是结构成型的质量都会影响结构服务寿命。原材料的质量、水泥细度指标、掺加的混合材种类及掺量应该多加关注；骨料的粒形和孔隙率、矿物掺合料的生产工艺及供应过程等都是需要控制和管理的因素。同时，搅拌工艺、投料顺序、设备的改进对拌合物和产品性能的影响及作用应引起更多关注。这些能提高预拌混凝土性能的技术措施和工艺，有利于提升预拌混凝土的生产质量。