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商品混凝土强度标准差的控制

时间:2016-09-23 11:38  │  作者:admin  │  来源:未知  │  字体大小:    

        [摘 要]本文论述了商品混凝土搅拌站控制好强度标准差既可降低成本又可提高工程质量的观点,同时就商品混凝土搅拌站在配合比设计、原料管理及配料过程中如何减少质量波动、控制好标准差提出了自己的看法。
        [关键词]抗压强度;标准差;配合比设计
        1 混凝土强度标准差的概念及意义
        商品混凝土的抗压强度是检验混凝土质量是否合格的最重要的指标。抗压强度最理想的结果是达到设计强度并留有一定合理的富余。抗压强度富余偏低,达不到规范要求就会影响结构安全;抗压强度富余偏高,一方面浪费成本,另一方面会使混凝土弹性模量增大,脆性加强,而且可能使混凝土水化热提高,收缩加大,从而影响混凝土的耐久性。所以混凝土并不是强度越高,质量越好,过犹不及,不足或过多的富余强度对工程质量都是不利的。对商品混凝土公司来说,混凝土强度最重要的是稳定。稳定的混凝土强度一方面可以降低成本,另一方面可以更好地保证工程质量,对商混站来说可以起到内外兼修的效果。
        衡量混凝土强度是否稳定的一个指标是标准差,另一个是变异系数。变异系数是标准差与抗压强度的比值,反映的是单位强度的标准差,用于比较不同强度等级混凝土的标准差。所以控制好标准差,变异系数也会自然下降。一个商品混凝土搅拌站在其生产的每个环节都会产生质量的波动。只有科学严谨地对各环节进行管理,才能使标准差变小。混凝土标准差在一定程度上反映了一个商品混凝土搅拌站的管理水平。管理水平和技术水平越高,标准差越小。
        在正常生产情况下,混凝土的强度是随机分布的,大量研究表明,混凝土强度服从正态分布,分布曲线是以平均值为对称轴的宽窄不同的山形曲线,分布曲线的宽窄反映了混凝土离散性的大小。曲线越窄,波动越小;曲线越宽,波动越大。
         在配合比设计中,第一步要计算试配强度。试配强度的计算公式:fcu,0 ≥ fcu,k+1.645δ是由公式fcu,0≥ fcu,k+tδ得来。其中 t 是不同保证率时的概率度系数。表 1 是几个不同保证率时的概率度系数的取值。
                           概率度系数取值表                   表1
保证率 (%) 80 85 90 95 97.7 99.9
概率度系数 0.84 1.04 1.28 1.65 2 3
        规程中的系数取 1.645,就是为强度极限保证率达到 95%而取的系数。如果有特殊工程,要求不同的强度保证率,可根据上表选取不同的概率度系数进行试配强度的计算。
        在配合比设计时,如果一个商混站,不对强度标准差进行统计计算,设计时标准差按经验取 4,而实际标准差达到 6,则试配强度计算公式中的概率度系数就打了折扣,成为1.645×4/6 = 1.09,对应的强度保证率只有 85%。也就是说,有15%的混凝土强度达不到规范要求,影响工程质量。所以说,控制好标准差可以更好地保证工程质量。
        另外,对于 C30 混凝土,根据 GBJ107—87《混凝土强度检验评定标准》附录中对商混站生产质量水平的划分可知,管理科学、生产质量水平优良的商混站,其标准差可控制在 3.5 以下,而管理松散、生产质量水平差的商混站,其标准差可达到 5.0 以上。这样,他们的试配强度分别为 30+1.645×3.5 = 35.8MPa,和 30+1.645×5 = 38.2 MPa,假设他们使用的水泥的可利用强度为 45MPa,对应的他们的水灰比分别为 0.46×45/(35.8+0.46×0.07×45) = 0.56 和 0.46×45/ (38.2+0.46×0.07×45) = 0.52。再假设他们每方混凝土用水量均为 180kg,则他们的水泥用量分别为 180/0.56 = 321kg 和180/ 0.52 = 346kg。水泥用量的差别可达到 346-321 = 25 kg。如果水泥按每吨 400 元计算,可节约成本约 10 元,非常可观。所以说控制好标准差可降低成本。
          2 混凝土强度标准差的控制
         既然控制好标准差对一个商混站来说,既可降低成本,又可提高工程质量,那么如何进行标准差控制?标准差控制关键在哪几个环节?笔者根据多年的搅拌站工作经验,总结了以下几个方面供大家参考。
        2.1 配合比设计要细化
        (1)分三个坍落度段设计配合比
        现在商混站一般同强度等级混凝土分泵送和自卸两个配合比。但泵送混凝土坍落度从 130~220mm 只用一个配合比的话强度的波动是很大的,所以将一个强度等级的混凝土分三个坍落度段来进行配合比设计,更能稳定混凝土的强度。例如:坍落度 50~100mm 一个配比,用于地面等自卸混凝土施工;坍落度 110~160mm 一个配合比,用于住宅楼基础等易施工的泵送混凝土;坍落度 170~220mm 一个配合比;用于水下灌柱桩或高程泵送或钢筋密集的墙板等较难施工部位的混凝土。必要时增加 230~280mm 免振自密实混凝土的配合比设计。
        (2)掌握各原材料的特性与变化规律,根据原料的变化及时调整配合比。如使用特性不同,差别显著的水泥应分别设计配合比;使用不同粒径的石子也应按 5~10mm,5~20mm,5~31.5mm 分别设计配合比等。
        2.2 原料管理
        2.2.1 原料采购
        首先,必须保证所采购原材料符合相关标准要求,这是底线,是保证混凝土质量的基础;其次,在原料性价比相近的情况下不要经常更换生产厂家,以利于技术部门的原料管理及质量控制。
        2.2.2 原料使用
         试验室对各种进厂原料按标准要求的批次进行取样并检测,获得原料的各相关指标并判定其是否合格,这是原料使用的基础;另外也不要希冀原料一成不变。首先,原料的变化是客观存在的,其次,一种原料只选一家供应商也不利于采购部门与其进行价格谈判。所以试验室还要在长期的工作中逐渐熟悉掌握不同来源原料的特性及与其它原料的相容性,并根据原料的变化对配合比进行动态调整,以达到质量的稳定。
        以水泥为例,不同厂家水泥,在强度富余,稳定性,凝结时间,标准稠度用水量,与粉煤灰、矿粉等掺合料相容性,与化学外加剂适应性等方面均有差异。试验室不仅对水泥要按批次检测,还应对常用水泥的质量定期进行评定,计算其平均强度和标准差,这样不仅可以更科学地比较不同厂家水泥的优劣,而且在进行配合比设计水灰比计算时可以将水泥的强度 fce 按已统计的该家水泥强度平均值减去 1.645 倍的标准差计算,这样就可以有效利用一部分水泥富余强度,避免浪费[1]。水泥凝结快的,可在外加剂复配时多掺缓凝或保坍组分,以保证达到相同工作性时混凝土的用水量基本不变。与矿物掺合料适应性好的水泥,可多掺些矿粉或粉煤灰,掺量范围可取相关规范的上限;更换成与矿物掺合料适应性不很理想的水泥时,就得相应减少掺合料掺量,掺量范围取相关规范的下限,才能保证混凝土 28 天强度相差不多,有效减小标准差。水泥与化学外加剂的适应性差别显著,更换水泥时,外加剂组分也应调整,否则水泥与外加剂的适应性不好,减水率达不到,如果操作室是用水来调整原来的坍落度的,这样水灰比掺量也要稍有提高,才能保证在不增加用水量的情况下达到预期的坍落度,保证水灰比稳定。而对于不加外加剂的低强度等级混凝土就得增加水泥用量或者减少掺加量来抵消用水量的增加,达到强度稳定。
        2.2.3 配料过程
         设计再好的配合比,只有被准确无误地执行才能达到预期的效果。配料过程应注意以下三个方面:
         (1)生产设备应定期维护、保养和检定,以保证计量误差在规定的范围,避免因误差过大引起质量波动。
         (2)下料口配备摄像头,监测搅拌机的电流,操作人员的熟练操作、经验和工作责任心都可避免因砂石含水率变化导致的出机坍落度的波动,从而保证实际用水量的稳定。
         (3)搅拌时间:高强度等级混凝土由于粉料多、外加剂多且具有一定的粘稠性,应适当延长搅拌时间,这样才能保证生产的混凝土匀质性好。否则,混凝土不均匀,取样没有代表性,也将导致标准差变大。
         对以上所有变化所做调整恰当与否的检验,一方面在于过程监测即混凝土的取样,另一方面在于结果控制即混凝土的 28 天抗压强度。
由于取样是过程监测,属事前调整,具有重要意义。取样时应关注以下几点:
        (1)严格按相关标准规范的要求频次进行取样,配合比改变时应再次取样,积累丰富的数据以便再有类似调整时查寻。
        (2)取样时首先目测混凝土状态,是否有良好的和易性、粘聚性,再测量混凝土的出机坍落度是否符合合同要求。工作状态不好,可能是骨料粗细、粒径、级配发生变化,对砂率作适当调整一般即可解决。坍落度不符合要求,要分析是骨料含水率变化还是水泥或外加剂的原因导致,应“对症下药”地去解决。
        (3)取样后应取得此盘混凝土的配料记录,并根据事先测得的砂含水率计算每方混凝土的用砂量、用水量是否能与理论配合比相吻合。砂石含水率变化导致混凝土变稀变稠时,操作室应将用水量与用砂量同时调整才能保证混凝土的容重不变。
        (4)对配料记录还应查看配合比使用是否有误,配料误差是否在允许的范围内。超出范围时一方面可帮助生产线发现潜在故障,另一方面利于后期强度结果异常时进行原因分析。
        (5)取样时还应对混凝土的实际容重进行测量,以判断其与理论容重的误差是否在 2% 的范围。实际容重与理论容重的比值小于 0.98 时,用户亏方,另一方面相当于每方混凝土水泥实际用量增加至少(1/0.98-1) ×100% = 2.04%,强度增加;同理,实际容重与理论容重的比值大于1.02时,搅拌站亏方,同时相当于每方混凝土的水泥用量减少 (1-1/1.02)×100% = 1.96%,导致强度偏低,这是搅拌站最应该避免的。
混凝土标养 28 天的抗压强度是我们要控制的最终结果,也是标准差计算的基础输入数据。将不同强度等级混凝土的 28 天强度输入 EXCEL 表格,可自动动态计算平均值、标准差。每天将抗压强度输入表格,可随时看到标准差控制的结果,利用这个结果再指导配合比设计,生产控制。还可将强度结果给出 U—R 控制图,以科学地判断混凝土生产是正常还是异常,及早采取预防及纠正措施,更好地控制强度稳定。
          另外,控制质量稳定,减少强度波动,还是一个全员参与的过程。公司还应对各相关岗位人员进行培训,使其知道控制标准差的意义,头脑中有控制标准差的意识,并把这种意识自觉地带入工作中,减少工作中人为因素的改变,客观因素的每个变化都能及时互相沟通,采取相应的调整措施,以达到最终的质量稳定。
          3 结语
          商品混凝土搅拌站在对原料、配比及生产过程进行控制与管理的过程中,应始终贯穿着减少质量波动,降低质量标准差的思想意识。细节决定成败,管理上不放过每一个细微之处,做到一切尽在掌握之中,才可以在激烈的市场竞争中提升自己的生命力,使自己立于不败之地。