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考察报告
日韩考察随笔:行业协会以新发展理念引领产业创新和转型升级
时间:2019-09-02    来源:李玉琳 董文博    分享:
2019年3月,中国混凝土与水泥制品协会预拌混凝土分会应日本混凝土学会、日本全国预拌混凝土工业组合联合会、韩国预拌混凝土工业协同组织联合会以及日本光洋机械产业株式会社等企业的邀请,对日韩预拌混凝土及相关行业的发展进行了考察。
廊坊泳利混凝土有限公司  李玉琳  董文博
2019年3月,中国混凝土与水泥制品协会预拌混凝土分会应日本混凝土学会、日本全国预拌混凝土工业组合联合会、韩国预拌混凝土工业协同组织联合会以及日本光洋机械产业株式会社等企业的邀请,对日韩预拌混凝土及相关行业的发展进行了考察。这也是在中国混凝土与水泥制品协会的指导和支持下,为了更好地把握我国预拌混凝土行业的发展趋势,拓展与日韩在预拌混凝土及相关产业的交流与合作,助力正处于转型期的国内企业寻求模式创新与产业升级的新途径,由预拌混凝土分会领导带团,组织会员企业及相关单位赴日本、韩国开展的调研活动。我们作为考察团成员之一参与了此次活动。在八天的考察期间,所到之处,所见所闻,都给我们留下了深刻印象。

诚实守信就是一种习惯

日本之所以在战后不久的时间内就可以迅速崛起,应该体现在民族和敬业的精神上,我从两次的接触过程中已经深有感受(2008年和2019年)。在日本可以感受到做任何工作无论是复杂性或是简单性,均为负责任、认真,这是主观意识的问题,也是根本问题。
和谐的社会首先来自于诚信,不用任何强制性的行政手段或是政府规定来确定各种过程的必然反馈信息,每个环节或是过程都是自觉承诺自己的责任,即各负其责。这种遵守社会诚信是一种自然形成的“习惯”,也可以说是一种对合同约定的尊重与认可,以致各方都会务实的去履约合同。最典型的是材料供货双方的信任,对任何进入使用环节前的材料不再要求进行复检,因为保证材料的质量合格是供应方的责任和义务。
而我国始终存在着对合同的不尊重,也就是即使双方约定的履约内容,也会有随时改变的现象(非双方协调),很多都是写与做不一致,一些材料的技术指标要求往往形同虚设。由于对材料生产质量保证的不信任,我国要求必须要对进入现场使用的材料进行复试,这是一种政府因为对工程使用材料不信任而采取的行政要求。其实以前我们也有过质量信得过的免检产品或材料,如首都牌水泥。
日本认为各种应用型的材料生产都有严格的过程质量保证的控制手段,即自身的检测以及第三方的公正抽检保证,对所提供的材料性质指标无需再自行去检测(似乎也有自己检测的合法性问题,比如像中国的检测部门必须取得计量认证的CMA资质,才可以出具对应的检测报告的强制式规定一样)。如果在使用过程中因材料质量而导致缺陷等问题时,供应商要承担全部责任(所有供应商全部有提供的样品比对),信任度降低甚至会被清出市场。供方必须要保证的材料性能指标如水泥的安定性、强度或是骨料的颗粒级配、含泥量和密度值等,这些都是双方约定的产品选用前的数据保证,是由生产方必须负责和保证的。而有些试验参数是需要在使用前必须进行试验检测的(非复试),比如含水率(饱和面干后的含水)和多级配后的密度等(供应采取单粒径,搅拌站采用两种或三种的单粒径自行级配,其级配后的密度是需要搅拌站自己进行实验的)。

应更加重视再生骨料的再使用问题

混凝土是一种特殊的材料(非产品的功能),是由胶结材料将一些具有体积稳定性的材料有效的粘结在一起,形成具有整体效应的结构件如梁板柱等。其中胶结材料自身的相对稳定性要好于其他材料(每种水泥都会严格按照标准进行生产,包括熟料的烧制、粉磨混合材的质量数量的保证),由于骨料是保证结构整体稳定性的主要材料,同时是被胶凝材料粘结在一起,所以要求无论是粗骨料的石子,还是细骨料的砂,一定是干净不含泥的,这种要求我们在20世纪80年代对日本考察学习时就被告知是一种要求或是一种措施或是一种技术,即水洗砂石(另外两个技术是使用外加剂和造壳混凝土)。由于天然资源的日益匮乏,日本也已经意识到如何拓展需要经过加工后的骨料质量保证的重要性,如对再生骨料或是回收后骨料的再使用问题,提出了可用分等级的不同使用要求,并不会因为缺少而放松质量的把控,尤其是重要结构的混凝土生产更不得随意使用再生骨料。从这点可以看出日本对使用后的混凝土质量的重视程度,而不是随意使用,也不会因自然资源的匮乏而放松对材料品质的严格要求。由于再生材料大部分来源于废弃的水泥基混凝土,呈碱性,同时也会因经过了使用环节(搅拌、荷载等)骨料可能会出现一些缺陷如裂隙,所以如何再使用并非是简单的级配等指标就可判定的(日本有对应的标准)。
目前我国已经遇到天然资源面临着严禁再开采的局面,也有对再生骨料的一些技术要求,但是能否意识到再生骨料与天然骨料不能对应一致的问题,是需要引起我们足够重视的。

材料样品是供需双方履约的凭证

材料的进站验收与卸料更是双方诚信的体现。搅拌站对供货材料有相关的质量技术要求和质量验收标准,各种材料的供应商均应提供符合标准且双方合同约定的材料样品,并以此作为每次进站的供货依据。
材料样品
如果材料供应紧张或是产地变化,也一定会提前告知搅拌站,并将样品先提供给搅拌站,依次进行验收入仓。如果实际使用后的混凝土结构出现问题,也证明是某种材料的进货质量与样品不符,最后的责任就一定会由责任方承担。

混合后颗粒分布的均匀性至关重要

由于混凝土是一种人工合成的结构性的材料,基础性的材料组成有多样,且密度相差很多,无论是粉体料还是固体颗粒都是经过水的介质材料将其连接到一起,这样混合后的匀质性或是各种颗粒分布的均匀性是相当重要和关键的。日本光洋机械公司是生产混凝土搅拌机的专业公司,从提供的产品介绍中我们发现,以3m3双卧轴搅拌机为例,提供给中国使用的属于低速搅拌机,效率为180m3/h;而日本本国使用的均属于高速或超速搅拌机,分别为216m3/h和293m3/h。日方解释是因某些环境条件的因素和有效利用时间的需要,提高转速有利于综合效率,即短时间可以提供合格的拌合物。其实搅拌机搅拌速度的变化对拌合物质量和硬化后的性质都会有一些影响。搅拌过程中的机械对拌合物有强行“扰动”,使其拌合物中的材料强行位移,运动的速度越快,对材料的剪切和拨动效果越好,使得材料的相互渗透性或是相互接触性更加强行有力,其中水化效果也就会越好。我从1998年的一些实验数据中得到的结果就是强度可以提高(使用50L的立轴实验搅拌机的试验)。由于日本的搅拌机属于高速搅拌机,一般要求搅拌时间不少于60秒,与美国、德国等发达国家的搅拌时间为120秒的效果等同。我国几乎所有的搅拌站的搅拌时间都小于60秒,有些搅拌站的搅拌时间还不足30秒。针对使用材料的多样性,尤其是粉体料如水泥、矿渣粉、粉煤灰,每种数量相差很大,密度相差也很大,所以搅拌后拌合物的不均匀性较为普遍,如果施工使用过程中的浇筑振捣再存在着不规范性,就会给结构的表面甚至是内部带来质量缺陷。下图是河北一个搅拌站混凝土搅拌时间为20秒的墙体,表面能看到因振捣不到位而形成的纱线、横向裂缝以及没有完全搅开的水泥和粉煤灰的干粉体物。

混凝土拌合物工作性的重要参数是流动性和粘聚性

混凝土拌合物的和易性对使用者的施工工艺和结构件设计都会有不同的参数要求,其中流动性和粘聚性是重要的参数。要判断拌合物的和易性在搅拌卸料前是否满足设计指标,可以通过搅拌机搅拌功率的变化予以判断,比较理想的要求是在搅拌轴上安装扭力传感器,通过设备扭力的变化来判定拌合物是否合适,但是由于这种变化的复杂程度和成本等因素而无法形成产业化。由于拌合物材料组成的性质、数量、稀稠、设备的磨损、电压等因素,都会对电流有一定的相关性变化,如果通过大量数据对比的参数统计(大数据),完全可以在一定的区域内形成自己的对应曲线即电流与时间的坐标。
上面两个图示是日本不同搅拌站对混凝土拌合物出机质量控制的控制方法。第一个图是拌合物开始搅拌时,有一个实际控制的红点会沿着设计好的曲线图示移动,如明显偏离黑色线段时,会自动报警,提示搅拌机操作人员处理(一般是将该车的拌合物用水灰比检测仪检测拌合物中的水量是否超出规定数值);第二个图的绿色范围表示任何一个搅拌拌合物的电流会因材料品质、数量、设备、磨损和电压等随着时间的变化而规定的允许控制范围。图中的白色曲线是实时搅拌电流的变化,只要不超出绿色的范围,说明拌合物的质量满足设计要求,可以卸料。混凝土拌合物是流塑体,由于电流、电压、磨损、数量等都会与拌合物在搅拌机内的流变性有一定的相关性,如果将各种因素考虑进去,设计好一定的控制图示,这样就可以将拌合物的质量控制在有效范围之内,保证提供给使用者的质量合格。而我国几乎都是采用电流表人工观察的形式作为拌合物出机依据(电流表或是液晶显示),这种方式仅适用于搅拌额定容量一定,即空转的电流和出机塌落度基本能满足施工使用时的200mm左右的电流数值为准。而不同搅拌量、不同材料比例、设备的易损件或是机内清理程度、电压的变化等都没有对应的电流变化的关系数据。所以与日本相比较就存在着科学性差、正确性差以及性能极不稳定的问题,而这个问题需要区域的一致性和系统性来解决。

日本对搅拌站使用细骨料进站要求

日本是一个对环境影响很重视的国家,无论是运输还是存放,都很重视细骨料的含水率(一般粗骨料均处于饱和面干时的含水很小,所以忽略不计)。砂子的含水率与材料的吸水性、颗粒的级配有一定关系,按照天然河砂的含水率可以在2%~13%不等,饱和面干含水大致在0.7%~1.1%。
而一般砂子的过饱和含水(静止后不滴水)从4%到10%不等,范围不会很大。所以日本对搅拌站使用细骨料进站的技术要求是在4%~6%之间,这种要求对于砂子的体积变化不会很大,主要是存放时的压实后果,即堆料过多的时候砂子的下料会在斗门处积存而无法或很难正常下料,如果用振捣器辅助,可能会出现下料数量的突然增加。曾经有一个PC厂1m3的搅拌机,由于含水不稳定和设备对冲量的补偿措施不合适,结果是前后两盘搅拌的砂子量相差100kg/m3以上,如果控制好骨料的含水率,拌合物质量相对控制起来就会容易些。骨料饱和面干是世界通用的技术要求,因为骨料内部的水不会参与水泥水化。骨料是一种多孔材料,也不会因搅拌过程中水的不确定性再进入骨料的内部,尤其是骨料吸水性偏多的材料。混凝土的强度首先受水胶比大小的影响,如果骨料的内部已经处于饱和状态,就可以使得与胶凝材料发生反应的水处于相对稳定的状态(即有效水量)。但是细骨料的生产与使用的堆放要求(粉尘)其含水不会处于饱和面干的标准状态,相对一定处于过饱和的状态,而砂子的含水率大于10%以后会出现滴水的问题。所以砂子的含水最好的状态是4%~6%。日本与韩国对砂子的外含水即饱和面干后的外包水,有一些比较简单有效的仪器或工具来完成(如下图所示)。
其中比重瓶型的仪器是日本的;量筒型的是韩国的。两者大同小异。都是根据不同的砂子处于饱和面干状态的水位值为标准值(以品种、规格建立对应的数据表格),当含水的砂子放进测量瓶后,水位一定会高于标准值,将两值之间的差值,找到对应的统计后的数值比对表(墙上贴的),就可以快速得出砂子的外含水是多少,将这个检测的数据定时输送给搅拌机计量系统,以便快速换算实时搅拌应该投入的用水量。材料含水值可以是搅拌前输入的材料含水(人工检测法),也可以是对自动检测材料含水的检查或修正用。砂子含水在线检测传感器是一种砂子进入计量斗前,对流过去砂子表面含水的多少,通过电阻的变化予以确定(这个设备曾有德国、英国、日本在北京混凝土周上介绍过)。
在线检测含水传感器的主要原理是针对材料的外含水不同而对电阻值的变化规律进行的自动采集,一般每秒取值一个以上,如果一盘含水的砂子30s通过传感器进入计量斗,那么该搅拌盘的砂子含水就可以通过计算机统计后的含水综合值输入搅拌机计量系统,此时所用的材料平均含水可以做到很准确(至少30个数据的平均值),显然对拌合物控制起来就会更加接近配合比的试配效果,也不会因材料的含水变化而无法准确控制拌合物的质量。

搅拌工艺对混凝土质量的影响

一般强度等级水泥基混凝土硬化后的破坏形式以骨料界面破坏居多,为了提高界面强度可以在生产过程中先行对骨料进行一次低水胶比(低于设计值的)的包裹性搅拌,这种投料搅拌工艺在20世纪80年代称为造壳技术,主要应用于PC预制构件使用的塑性混凝土,粗骨料最小水灰比使用的水可以是原始设计的70%左右(1981年在壁板厂试验数据可以提高抗压强度15%~20%以上,技术路线和效果另行介绍)。而针对预拌混凝土的大流动性拌合物的生产就应该采用裹砂搅拌工艺技术(相对造壳的粗骨料改为细骨料),其目的是提高拌合物的流变性能(细骨料被水泥先行包裹的润滑性)。我们此次到日本,无论是搅拌站的生产,还是搅拌机制造商的实验,都是采取裹砂的搅拌工艺,由于其效果未有比对的数据参考,所以没有改善效果的量化值。2009年我曾在深圳一个搅拌站做过实验数据比对,通过提供的数据证明,可以改善拌合物的质量和强度。这个技术实行产业化主要还是双阶式搅拌工艺问题。
无论是造壳或是裹砂搅拌工艺,比较适用于单阶式搅拌工艺布置的生产。单阶式的优点就是可以做到各种材料的计量斗沿搅拌机的上方均匀分布,可以做到所使用的材料中的任何一种,分别进入搅拌机进行搅拌。
针对双阶式搅拌体系,可用先行搅拌水泥或是胶凝材料,让外加剂完全与水泥反应,不被其他的材料吸附,然后再将其他的材料一次投入搅拌机(实验是有改善效果的),但是我国生产的卧轴搅拌机,卸料斗门在搅拌机下方,是一种分两块对开合的方式,由于搅拌过程中的砂粒在卸料过程中,粘留在对开斗门的中间而形成关闭不严的现象,形成漏浆的结果(搅拌砂浆要好于搅拌净浆)。为什么日本的搅拌机就能实现搅拌水泥浆的工艺呢?我们发现日本使用的搅拌机的排放门不是平推开,而是由下向上的关闭(类似潜艇的舱门),主要是这种卸料的斗门可以做到完全的封闭,不会漏浆体,而我国即使是新的搅拌机或是刚刚换了密封条,过段时间就会发生漏浆的现象。

结束语

从上世纪80年代初到2019年,日本的混凝土生产与质量控制技术或是手段,都是很有效的,我们从实际中已经感受到日本同行者的敬业精神、认真的工作态度以及自觉形成的对质量全过程全方位的控制意识和方法。我国已经开始由快速发展需求量的阶段,转变为提升高质量需求的阶段,我们应该虚心学习国外先进的管理技术,不要纠缠在没有规范和标准而无法操作的教条中,中国基本建设工程已经有30多年的历程了,由量变到质变必须要有一个飞跃的阶段,现在正是最合适的时机。
原文参见《混凝土世界》2019年08期 P12-P16

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