日韓考察隨筆：行業協會以新發展理念引領產業創新和轉型升級
時間：2019-09-02 來源：李玉琳 董文博 分享：
2019年3月，中國混凝土與水泥制品協會預拌混凝土分會應日本混凝土學會、日本全國預拌混凝土工業組合聯合會、韓國預拌混凝土工業協同組織聯合會以及日本光洋機械產業株式會社等企業的邀請，對日韓預拌混凝土及相關行業的發展進行了考察。
2019年3月，中國混凝土與水泥制品協會預拌混凝土分會應日本混凝土學會、日本全國預拌混凝土工業組合聯合會、韓國預拌混凝土工業協同組織聯合會以及日本光洋機械產業株式會社等企業的邀請，對日韓預拌混凝土及相關行業的發展進行了考察。這也是在中國混凝土與水泥制品協會的指導和支持下，為了更好地把握我國預拌混凝土行業的發展趨勢，拓展與日韓在預拌混凝土及相關產業的交流與合作，助力正處于轉型期的國內企業尋求模式創新與產業升級的新途徑，由預拌混凝土分會領導帶團，組織會員企業及相關單位赴日本、韓國開展的調研活動。我們作為考察團成員之一參與了此次活動。在八天的考察期間，所到之處，所見所聞，都給我們留下了深刻印象。誠實守信就是一種習慣
日本之所以在戰后不久的時間內就可以迅速崛起，應該體現在民族和敬業的精神上，我從兩次的接觸過程中已經深有感受（2008年和2019年）。在日本可以感受到做任何工作無論是復雜性或是簡單性，均為負責任、認真，這是主觀意識的問題，也是根本問題。和諧的社會首先來自于誠信，不用任何強制性的行政手段或是政府規定來確定各種過程的必然反饋信息，每個環節或是過程都是自覺承諾自己的責任，即各負其責。這種遵守社會誠信是一種自然形成的“習慣”，也可以說是一種對合同約定的尊重與認可，以致各方都會務實的去履約合同。最典型的是材料供貨雙方的信任，對任何進入使用環節前的材料不再要求進行復檢，因為保證材料的質量合格是供應方的責任和義務。而我國始終存在著對合同的不尊重，也就是即使雙方約定的履約內容，也會有隨時改變的現象（非雙方協調），很多都是寫與做不一致，一些材料的技術指標要求往往形同虛設。由于對材料生產質量保證的不信任，我國要求必須要對進入現場使用的材料進行復試，這是一種政府因為對工程使用材料不信任而采取的行政要求。其實以前我們也有過質量信得過的免檢產品或材料，如首都牌水泥。日本認為各種應用型的材料生產都有嚴格的過程質量保證的控制手段，即自身的檢測以及第三方的公正抽檢保證，對所提供的材料性質指標無需再自行去檢測（似乎也有自己檢測的合法性問題，比如像中國的檢測部門必須取得計量認證的CMA資質，才可以出具對應的檢測報告的強制式規定一樣）。如果在使用過程中因材料質量而導致缺陷等問題時，供應商要承擔全部責任（所有供應商全部有提供的樣品比對），信任度降低甚至會被清出市場。供方必須要保證的材料性能指標如水泥的安定性、強度或是骨料的顆粒級配、含泥量和密度值等，這些都是雙方約定的產品選用前的數據保證，是由生產方必須負責和保證的。而有些試驗參數是需要在使用前必須進行試驗檢測的（非復試），比如含水率（飽和面干后的含水）和多級配后的密度等（供應采取單粒徑，攪拌站采用兩種或三種的單粒徑自行級配，其級配后的密度是需要攪拌站自己進行實驗的）。應更加重視再生骨料的再使用問題
混凝土是一種特殊的材料（非產品的功能），是由膠結材料將一些具有體積穩定性的材料有效的粘結在一起，形成具有整體效應的結構件如梁板柱等。其中膠結材料自身的相對穩定性要好于其他材料（每種水泥都會嚴格按照標準進行生產，包括熟料的燒制、粉磨混合材的質量數量的保證），由于骨料是保證結構整體穩定性的主要材料，同時是被膠凝材料粘結在一起，所以要求無論是粗骨料的石子，還是細骨料的砂，一定是干凈不含泥的，這種要求我們在20世紀80年代對日本考察學習時就被告知是一種要求或是一種措施或是一種技術，即水洗砂石（另外兩個技術是使用外加劑和造殼混凝土）。由于天然資源的日益匱乏，日本也已經意識到如何拓展需要經過加工后的骨料質量保證的重要性，如對再生骨料或是回收后骨料的再使用問題，提出了可用分等級的不同使用要求，并不會因為缺少而放松質量的把控，尤其是重要結構的混凝土生產更不得隨意使用再生骨料。從這點可以看出日本對使用后的混凝土質量的重視程度，而不是隨意使用，也不會因自然資源的匱乏而放松對材料品質的嚴格要求。由于再生材料大部分來源于廢棄的水泥基混凝土，呈堿性，同時也會因經過了使用環節（攪拌、荷載等）骨料可能會出現一些缺陷如裂隙，所以如何再使用并非是簡單的級配等指標就可判定的（日本有對應的標準）。目前我國已經遇到天然資源面臨著嚴禁再開采的局面，也有對再生骨料的一些技術要求，但是能否意識到再生骨料與天然骨料不能對應一致的問題，是需要引起我們足夠重視的。材料樣品是供需雙方履約的憑證
材料的進站驗收與卸料更是雙方誠信的體現。攪拌站對供貨材料有相關的質量技術要求和質量驗收標準，各種材料的供應商均應提供符合標準且雙方合同約定的材料樣品，并以此作為每次進站的供貨依據。如果材料供應緊張或是產地變化，也一定會提前告知攪拌站，并將樣品先提供給攪拌站，依次進行驗收入倉。如果實際使用后的混凝土結構出現問題，也證明是某種材料的進貨質量與樣品不符，最后的責任就一定會由責任方承擔。混合后顆粒分布的均勻性至關重要
由于混凝土是一種人工合成的結構性的材料，基礎性的材料組成有多樣，且密度相差很多，無論是粉體料還是固體顆粒都是經過水的介質材料將其連接到一起，這樣混合后的勻質性或是各種顆粒分布的均勻性是相當重要和關鍵的。日本光洋機械公司是生產混凝土攪拌機的專業公司，從提供的產品介紹中我們發現，以3m3雙臥軸攪拌機為例，提供給中國使用的屬于低速攪拌機，效率為180m3/h；而日本本國使用的均屬于高速或超速攪拌機，分別為216m3/h和293m3/h。日方解釋是因某些環境條件的因素和有效利用時間的需要，提高轉速有利于綜合效率，即短時間可以提供合格的拌合物。其實攪拌機攪拌速度的變化對拌合物質量和硬化后的性質都會有一些影響。攪拌過程中的機械對拌合物有強行“擾動”，使其拌合物中的材料強行位移，運動的速度越快，對材料的剪切和撥動效果越好，使得材料的相互滲透性或是相互接觸性更加強行有力，其中水化效果也就會越好。我從1998年的一些實驗數據中得到的結果就是強度可以提高（使用50L的立軸實驗攪拌機的試驗）。由于日本的攪拌機屬于高速攪拌機，一般要求攪拌時間不少于60秒，與美國、德國等發達國家的攪拌時間為120秒的效果等同。我國幾乎所有的攪拌站的攪拌時間都小于60秒，有些攪拌站的攪拌時間還不足30秒。針對使用材料的多樣性，尤其是粉體料如水泥、礦渣粉、粉煤灰，每種數量相差很大，密度相差也很大，所以攪拌后拌合物的不均勻性較為普遍，如果施工使用過程中的澆筑振搗再存在著不規范性，就會給結構的表面甚至是內部帶來質量缺陷。下圖是河北一個攪拌站混凝土攪拌時間為20秒的墻體，表面能看到因振搗不到位而形成的紗線、橫向裂縫以及沒有完全攪開的水泥和粉煤灰的干粉體物。混凝土拌合物工作性的重要參數是流動性和粘聚性
混凝土拌合物的和易性對使用者的施工工藝和結構件設計都會有不同的參數要求，其中流動性和粘聚性是重要的參數。要判斷拌合物的和易性在攪拌卸料前是否滿足設計指標，可以通過攪拌機攪拌功率的變化予以判斷，比較理想的要求是在攪拌軸上安裝扭力傳感器，通過設備扭力的變化來判定拌合物是否合適，但是由于這種變化的復雜程度和成本等因素而無法形成產業化。由于拌合物材料組成的性質、數量、稀稠、設備的磨損、電壓等因素，都會對電流有一定的相關性變化，如果通過大量數據對比的參數統計（大數據），完全可以在一定的區域內形成自己的對應曲線即電流與時間的坐標。上面兩個圖示是日本不同攪拌站對混凝土拌合物出機質量控制的控制方法。第一個圖是拌合物開始攪拌時，有一個實際控制的紅點會沿著設計好的曲線圖示移動，如明顯偏離黑色線段時，會自動報警，提示攪拌機操作人員處理（一般是將該車的拌合物用水灰比檢測儀檢測拌合物中的水量是否超出規定數值）；第二個圖的綠色范圍表示任何一個攪拌拌合物的電流會因材料品質、數量、設備、磨損和電壓等隨著時間的變化而規定的允許控制范圍。圖中的白色曲線是實時攪拌電流的變化，只要不超出綠色的范圍，說明拌合物的質量滿足設計要求，可以卸料?；炷涟韬衔锸橇魉荏w，由于電流、電壓、磨損、數量等都會與拌合物在攪拌機內的流變性有一定的相關性，如果將各種因素考慮進去，設計好一定的控制圖示，這樣就可以將拌合物的質量控制在有效范圍之內，保證提供給使用者的質量合格。而我國幾乎都是采用電流表人工觀察的形式作為拌合物出機依據（電流表或是液晶顯示），這種方式僅適用于攪拌額定容量一定，即空轉的電流和出機塌落度基本能滿足施工使用時的200mm左右的電流數值為準。而不同攪拌量、不同材料比例、設備的易損件或是機內清理程度、電壓的變化等都沒有對應的電流變化的關系數據。所以與日本相比較就存在著科學性差、正確性差以及性能極不穩定的問題，而這個問題需要區域的一致性和系統性來解決。日本對攪拌站使用細骨料進站要求
日本是一個對環境影響很重視的國家，無論是運輸還是存放，都很重視細骨料的含水率（一般粗骨料均處于飽和面干時的含水很小，所以忽略不計）。砂子的含水率與材料的吸水性、顆粒的級配有一定關系，按照天然河砂的含水率可以在2%～13%不等，飽和面干含水大致在0.7%～1.1%。而一般砂子的過飽和含水（靜止后不滴水）從4%到10%不等，范圍不會很大。所以日本對攪拌站使用細骨料進站的技術要求是在4%～6%之間，這種要求對于砂子的體積變化不會很大，主要是存放時的壓實后果，即堆料過多的時候砂子的下料會在斗門處積存而無法或很難正常下料，如果用振搗器輔助，可能會出現下料數量的突然增加。曾經有一個PC廠1m3的攪拌機，由于含水不穩定和設備對沖量的補償措施不合適，結果是前后兩盤攪拌的砂子量相差100kg/m3以上，如果控制好骨料的含水率，拌合物質量相對控制起來就會容易些。骨料飽和面干是世界通用的技術要求，因為骨料內部的水不會參與水泥水化。骨料是一種多孔材料，也不會因攪拌過程中水的不確定性再進入骨料的內部，尤其是骨料吸水性偏多的材料?；炷恋膹姸仁紫仁芩z比大小的影響，如果骨料的內部已經處于飽和狀態，就可以使得與膠凝材料發生反應的水處于相對穩定的狀態（即有效水量）。但是細骨料的生產與使用的堆放要求（粉塵）其含水不會處于飽和面干的標準狀態，相對一定處于過飽和的狀態，而砂子的含水率大于10%以后會出現滴水的問題。所以砂子的含水最好的狀態是4%～6%。日本與韓國對砂子的外含水即飽和面干后的外包水，有一些比較簡單有效的儀器或工具來完成（如下圖所示）。其中比重瓶型的儀器是日本的；量筒型的是韓國的。兩者大同小異。都是根據不同的砂子處于飽和面干狀態的水位值為標準值（以品種、規格建立對應的數據表格），當含水的砂子放進測量瓶后，水位一定會高于標準值，將兩值之間的差值，找到對應的統計后的數值比對表（墻上貼的），就可以快速得出砂子的外含水是多少，將這個檢測的數據定時輸送給攪拌機計量系統，以便快速換算實時攪拌應該投入的用水量。材料含水值可以是攪拌前輸入的材料含水（人工檢測法），也可以是對自動檢測材料含水的檢查或修正用。砂子含水在線檢測傳感器是一種砂子進入計量斗前，對流過去砂子表面含水的多少，通過電阻的變化予以確定（這個設備曾有德國、英國、日本在北京混凝土周上介紹過）。在線檢測含水傳感器的主要原理是針對材料的外含水不同而對電阻值的變化規律進行的自動采集，一般每秒取值一個以上，如果一盤含水的砂子30s通過傳感器進入計量斗，那么該攪拌盤的砂子含水就可以通過計算機統計后的含水綜合值輸入攪拌機計量系統，此時所用的材料平均含水可以做到很準確（至少30個數據的平均值），顯然對拌合物控制起來就會更加接近配合比的試配效果，也不會因材料的含水變化而無法準確控制拌合物的質量。攪拌工藝對混凝土質量的影響
一般強度等級水泥基混凝土硬化后的破壞形式以骨料界面破壞居多，為了提高界面強度可以在生產過程中先行對骨料進行一次低水膠比（低于設計值的）的包裹性攪拌，這種投料攪拌工藝在20世紀80年代稱為造殼技術，主要應用于PC預制構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設計的70%左右（1981年在壁板廠試驗數據可以提高抗壓強度15%～20%以上，技術路線和效果另行介紹）。而針對預拌混凝土的大流動性拌合物的生產就應該采用裹砂攪拌工藝技術（相對造殼的粗骨料改為細骨料），其目的是提高拌合物的流變性能（細骨料被水泥先行包裹的潤滑性）。我們此次到日本，無論是攪拌站的生產，還是攪拌機制造商的實驗，都是采取裹砂的攪拌工藝，由于其效果未有比對的數據參考，所以沒有改善效果的量化值。2009年我曾在深圳一個攪拌站做過實驗數據比對，通過提供的數據證明，可以改善拌合物的質量和強度。這個技術實行產業化主要還是雙階式攪拌工藝問題。無論是造殼或是裹砂攪拌工藝，比較適用于單階式攪拌工藝布置的生產。單階式的優點就是可以做到各種材料的計量斗沿攪拌機的上方均勻分布，可以做到所使用的材料中的任何一種，分別進入攪拌機進行攪拌。針對雙階式攪拌體系，可用先行攪拌水泥或是膠凝材料，讓外加劑完全與水泥反應，不被其他的材料吸附，然后再將其他的材料一次投入攪拌機（實驗是有改善效果的），但是我國生產的臥軸攪拌機，卸料斗門在攪拌機下方，是一種分兩塊對開合的方式，由于攪拌過程中的砂粒在卸料過程中，粘留在對開斗門的中間而形成關閉不嚴的現象，形成漏漿的結果（攪拌砂漿要好于攪拌凈漿）。為什么日本的攪拌機就能實現攪拌水泥漿的工藝呢？我們發現日本使用的攪拌機的排放門不是平推開，而是由下向上的關閉（類似潛艇的艙門），主要是這種卸料的斗門可以做到完全的封閉，不會漏漿體，而我國即使是新的攪拌機或是剛剛換了密封條，過段時間就會發生漏漿的現象。結束語
從上世紀80年代初到2019年，日本的混凝土生產與質量控制技術或是手段，都是很有效的，我們從實際中已經感受到日本同行者的敬業精神、認真的工作態度以及自覺形成的對質量全過程全方位的控制意識和方法。我國已經開始由快速發展需求量的階段，轉變為提升高質量需求的階段，我們應該虛心學習國外先進的管理技術，不要糾纏在沒有規范和標準而無法操作的教條中，中國基本建設工程已經有30多年的歷程了，由量變到質變必須要有一個飛躍的階段，現在正是最合適的時機。原文參見《混凝土世界》2019年08期 P12-P16
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