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预拌混凝土质量问题及大体积混凝土施工控制(上)

放大字体  缩小字体 发布日期:2007-05-08  来源:中国建材报  作者:尹建江 王宗昌 尹金生
核心提示:预拌混凝土质量问题及大体积混凝土施工控制(上)
预拌混凝土在实际工程使用过程中,存在一些技术上的争议常引起生产和使用单位之间的纠纷,在一定程度上对预拌混凝土的发展起到阻碍作用。现根据实践对预拌混凝土的质量问题进行分析探讨。

  一、混凝土的强度问题预拌混凝土具有商品的特性,在实际应用中只要混凝土试件强度不合格,使用单位往往认定是搅拌站的责任。事实上除极个别混凝土企业由于配置强度偏低或管理上出现把关失控外,绝大多数情况下责任并不在搅拌站,其原因分析如下:

  1.现场与规范要求相差大混凝土规范中对混凝土强度试验有严格的试验规程和统一的养护条件,但绝大多数单位不具备这些条件。首先取样不规范,按预拌混凝土标准要求从搅拌车卸料的1/4~3/4之间取样,每次取样不少于0.02m3.但施工单位未经过上岗培训的民工取样,往往车一卸就取样且取量也不够,缺乏代表性;其次是养护条件不符合标准要求。几乎所有的施工现场都不设标养室,只是临时砌一池子或焊一笼子(防止私自掉换)在自然环境下养护,试件的强度受气候影响很大;第三,为便于操作,随意在混凝土拌合料中加水,加水后再取样,混凝土水灰比失去意义,混凝土强度偏低。

  2.强度统计的问题混凝土强度具有较大的离散性,在“混凝土强度检验评定标准”(GBJ107-87)中明确规定,混凝土的强度应分批进行统计评定。对预拌混凝土站、预制混凝土构件厂和采用现场搅拌混凝土的施工单位,应按标准规定的统计方法评定混凝土强度;对零星生产的预制构件的混凝土或现场搅拌批量不大的混凝土,才按非统计方法评定。按GBJ107-87标准的规定,大批量混凝土按相近配合比生产的预拌混凝土允许有5%的试件强度小于标准值(如C35混凝土的标准值是35MPa),允许的最小强度值要根据留样组数来确定,当留样组数在1~9组时,允许最小值是0.95倍标准值;留样组数在10~14组时,允许最小值是0.90倍标准值;留样组数大于15组时,允许最小值是0.85倍标准值。对C35等级的混凝土,三种留样组数时的允许最小值分别是33.25、31、5、29、75.在实际工程中,混凝土强度的统计规定并不为多数使用单位所认识,执行最好的也是应付检查。当某一组试件强度小于标准值时,常常被视为是不合格,这是一种概念上的错误。如果要求所有留样试件强度都大于标准值,将会造成太大的强度富余量,对混凝土的耐久性造成潜在的隐患。如C30混凝土要求所有留样的试件强度等级已超过C35的要求,即正好超过一个强度等级。于是混凝土预拌站不得不加大混凝土的富余量,这就是预拌混凝土往往超过强度多的原因,对混凝土的开裂和耐久性造成不利的影响。

  3.回弹及钻芯取样评定强度问题当建设部门或质量监督部门怀疑混凝土强度不合格时,通常的做法是对混凝土构件进行非破损的回弹或钻芯取样评定,国家制定了相应的标准和规程。但这两种方法评定都存在一些争议问题。

  (1)回弹法检测建筑构件强度主要依据是回弹——强度曲线。目前采用的测强曲线主要是根据现拌混凝土强度与回弹值统计规律建立起的全国统一曲线。虽然标准中明确要求凡有条件的地区和部门,应制定本地区的测强曲线,并优先使用本地区的测强曲线,新疆地区建立了本地区的测强曲线,但许多地区还仍使用全国统一曲线。由于全国混凝土原材料、搅拌工艺有极大的地区差异性,使用全国统一曲线进行回弹评定其推定值与真实值相差较大。更重要的是与现场拌混凝土相比,预拌混凝土在水泥品种、强度、用量、粗骨料粒径、配合比砂率、灰砂笔、刚劲的保护层厚度及氧化方法方面有较大的变化,现在几乎所有的预拌混凝土同时渗入粉煤灰和减水剂等,因而用回弹法根据统一曲线来评定预拌混凝土强度,将产生较大的偏差。经多试件用回弹法测试和破型试验发现,使用回弹法检测预拌混凝土强度时,其回弹结果比标准成型试件强度约低20%~30%;在混凝土强度等级不高时,实际值比回弹换算值偏低20%~25%.(2)钻芯法是用机械钻芯机从混凝土构件中钻取圆柱芯样(Φ100mm或150mm,高度为0.95d~2.05d之间),将端面补平处理后再进行强度试验,并以芯样的抗压强度值代表混凝土构件的实际强度。当不考虑钻芯法能时由于机械振动引起芯样内部的缺陷时,钻芯强度后如何评定混凝土的实际强度是否合格则存在一些不同认识。主要问题是标养与现场养护对混凝土强度的影响方面。

  按照混凝土强度检验评定标准(GBJ107-87)的定义,混凝土立方体抗压强标准值是按标准方法制作和养护的150mm×150mm×150mm的试块,龄期28天用标准试验方法测得的抗压强度总体分布的一个值,强度低于该值得百分率<5%.因此对混凝土的合格性评定应以标准养护的立体试件为准,预拌混凝土厂就是基于标准养护强度来进行配合比设计和生产。在此不说圆柱形与立方体试件之间存在的差异。施工中浇筑的构件经常得不到较好的养护,受太阳直射、天气寒冷、潮湿养护时间短的影响,特别是混凝土构件的立面,如柱子、墙板、梁侧面等部位的养护环境,更是与标准养护条件的差异极大。实际上钻芯法检测混凝土强度技术规程(CECS03:88)条文说明中指出:据国外的一些试验结果,由于受到施工、养护等条件的影响,结构混凝土的强度一般为标准强度的75%、80%左右,国际标准草案为75%~85%,据建科院结构所试验用墙板的取芯试验表明,龄期28天的芯样强度换算值也仅为标准强度的86%、为同条件养护试块的88%.按上述数据假设一批C30混凝土根据标准养护所得的试件抗压强度为32.0MPa,若进行钻芯法取样试验测得强度应该是32.0×(75%~88%)=24.0~28.2之间低于标准值。若按芯样强度必须大于标准值的要求,则评定该批混凝土为不合格,但事实上构件已有一定的强度富余量了。这显然是对预制厂极不利。究其原因主要是CECSO3:88中只给出钻芯取样的试验方法和计算方法,而没有给出真正需要的强度评定标准,造成强度评定方法上的随意性和主观片面性。要处理好预拌厂混凝土强度问题,一是预拌混凝土必须加强生产全过程的质量控制,保证混凝土有足够的富余量;二是通过专业培训来提高建设和主管部门对预拌混凝土的认识,严格按规范要求进行取样、成型、养护和试验评定;三是对有争议的规范条文应由地方主管部门或专业协会进行专家论证,合理解决有争议的问题。

  二、预拌混凝土的裂缝问题裂缝是混凝土最常见的质量通病,与现场搅拌混凝土相比预拌混凝土的裂缝问题更加受到工程人员的关注,预拌混凝土的裂缝主要有:大面积楼板产生的裂缝,多出现在混凝土初凝前后;多发生在梁板交接处、厚度突变处和梁板钢筋的上部,初春和炎热季节最容易出现;地下室墙板裂缝;裂缝的产生较有规律,即在墙体沿长度方向分布,接近均匀的垂直裂缝,裂缝形状中间宽两端窄,多为贯穿性裂缝,大多在拆模板前已形成;混凝土路面、大型场地也容易出现不规则的纵向、横向裂缝。目前使用单位普遍认为,预拌混凝土出现裂缝的机会比现场搅拌混凝土要大得多,对这个问题的认识有两个方面,一是裂缝产生的原因和责任区分;另一个是预防裂缝应采用的技术措施。

  1.产生裂缝的基本原因预拌混凝土裂缝产生的时间较早,即浇筑后的3天以内,这时对结构体来讲不会出现承受荷载裂缝。由于预拌混凝土是作为商品提供给施工单位的,同强度问题一样出现裂缝通常会认为是预拌混凝土的责任。施工人员在寻求原因时总怀疑是预拌混凝土的质量不好,如水泥安定性不好、配合比强度偏低、计量搅拌不匀、粉煤灰和外加剂使用不当等。

  事实上预拌混凝土厂的工艺设备是先进的,有专业技术人员把关,混凝土质量应该是比较稳定的。在绝大多数情况下上述原因不是问题的实质。预拌混凝土成型后出现早期裂缝的关键,主要是由于混凝土在凝结和硬化过程中产生的收缩裂缝引起的。只要对混凝土收缩变形技术原理有所了解,较容易分析预拌混凝土开裂的原因。通常说的收缩是指混凝土暴露在相对湿度<100%的空气中产生的干燥收缩变形。由于环境的作用混凝土还会产生其他类型的变形裂缝。它们独立地发生或同时出现,使收缩变形叠加。归纳起来分为5个大类:塑性收缩、干燥收缩、自身收缩、热收缩和碳化收缩。前4种收缩是影响预拌混凝土早期开裂的主要因素。

  塑性收缩裂缝:混凝土浇筑成型后由于重力的作用,粗骨料及水泥颗粒比重大逐渐沉降;水分相对轻,上浮至混凝土上表面而形成泌水。水泥净浆浮至混凝土表面产生外分层即素浆层;水泥浆浮至粗骨料下形成内分层。混凝土的泌水造成塑性收缩是一种无法抑制的变形。由于塑性收缩而产生的外观体积变化达到2.0%,结构的表面外露部分、尤其是混凝土地坪表面、楼板表面很容易出现塑性收缩裂缝。

  干燥收缩裂缝:当混凝土所在环境的相对湿度<100%时,混凝土表面水分便开始蒸发出来,即产生干燥收缩。混凝土干燥收缩开裂主要是由于毛细管压力造成。混凝土中的毛细管空隙在混凝土干燥过程中逐渐失水,使毛细管壁产生变形,产生较大的毛细管压力,混凝土即产生体积收缩。如果混凝土中用水量增大、水灰比增多、毛细管孔壁也增多,混凝土收缩也增大。混凝土发生收缩变形时由于周围有较大约束,内部产生拉应力,当拉应力超过混凝土此时的抗拉强度时就出现收缩裂缝。

  自身收缩裂缝:混凝土自身收缩属于化学收缩,是由水泥水化物体积小于原来水泥和水的体积。当水泥比>0.5时,混凝土自身收缩与干燥相比可忽略不计;但当水泥比<0.35时,体内湿度很快降低到80%以下,高强混凝土其自身收缩值更大,成为开裂的主要原因。如果同温度收缩叠合在一起时危害程度将更大。

  温度应力裂缝:水泥水化热使结构体中心很快升温,在短期内出现温峰,随后逐渐下降;混凝土构件内外部产生温度梯度形成温度应力。当降温速度过快、热收缩过大时,很容易形成贯穿性的裂缝。

  碳化收缩裂缝:碳化收缩是大气中的CO2在存在水的条件下与水泥水化产物生成CaCO3、硅胶、铝胶和游离水而引起的收缩。产生收缩的原因是这些游离水的蒸发。碳化作用必定产生游离水,这些游离水蒸发使毛细管张力引起浆体收缩。碳化作用的实质是碳酸对水泥石的腐蚀作用,碳化收缩是由于碳化作用产生游离水引起的,浆体在充分干燥和饱和水的场合都不易产生碳化作用。碳化收缩均发生在混凝土表面,影响最大的是相对湿度。

  对于水平结构和厚度较小的平面结构,裂缝主要是因混凝土中水分流失得不到补充引起的,失水后毛细管干燥产生拉应力使混凝土开裂。如在高温干燥、风速快气候条件下施工,水分向大气中蒸发速度大于混凝土泌水的速度又无水补充,混凝土表面呈缺水状态,毛细管干燥变形极容易出现开裂。特别是水灰比较小的混凝土,表面几乎无泌水及早养护补充水分极其重要。经验表明:对预拌混凝土应在混凝土初凝前就应开始保湿养护。对混凝土路面、大型混凝土场地很容易出现不规则裂缝,是在野外或有风环境下因表面水分蒸发速度过快引起的,必须重视养护减少干燥收缩开裂。

  对于地下室剪力墙混凝土成型至拆模前,一直处于模板的封闭之中,外界水分无法补充交换,拆模时常看到垂直、间距较相等裂缝这是由于自身收缩和温度收缩引起的。当搅拌采用低水灰比拌和时,薄壁处及薄弱部位最容易开裂,这时由于混凝土自收缩与混凝土降温引起的热收缩相互叠合,产生较大的拉应力,而此时的混凝土强度还很低,而产生开裂。为什么预拌混凝土比现场搅拌的混凝土更容易开裂,这与预拌混凝土材料特性、设计、施工工艺有关,主要表现在:

  水泥强度较以前有大的提高,使用新法烧成的水泥C3S含量较高,比表面积(由300m2/kg~320m2/kg增加到360m2/kg~380m2/kg)增大,水泥早期水化快水化热高而且集中;混凝土结构设计采用的强度等级有大的提高,水泥用量增大;集中预拌为满足运输、泵送需要,砂率增加、流动性增大、塑性收缩也大;为加快进度很多工程都采取早强的施工措施;现代城市建筑结构的跨度、构件长度均增大,混凝土的绝对收缩值在水泥用量下也增大;预拌混凝土都掺入外加剂,如减水剂、缓凝剂、保塑剂、引气剂等,普遍认为在混凝土中掺入适量外加剂能减少用水量,节省水泥使混凝土的收缩值降低,利于减少干缩开裂。有资料介绍在水泥用量和坍落度保持不变的情况下,目前市场上有50%的外加剂所配制混凝土28d收缩率大于基准混凝土,最大的收缩率已接近基准混凝土的1.5倍,而且质量波动很大。因此外加剂的掺用可能是导致预拌混凝土裂缝的最主要原因。

  由于上述原因使预拌混凝土比现场搅拌混凝土有更大的开裂可能,再加上施工单位没有重视到这些情况的变化,仍然依过去的习惯方法来处理预拌混凝土结构的配筋、施工及养护,以旧的方法对待预拌混凝土的施工,这也许是预拌混凝土普遍产生裂缝的最主要主观因素。

  2.防止裂缝方法的不同认识如何采取有效措施防治预拌混凝土裂缝的问题,也是设计、建设、监理、施工单位同预拌站之间的争论问题,目前常用防裂的措施是:

  设计设置后浇带,把长结构体分成小段;使用低水化热水泥并掺入粉煤灰;砂石料遮盖洒水降温;加冰块降低拌和混凝土入模温度;在水泥中掺加膨胀剂;延长拆模时间等。

  这几种方法可以有效减少混凝土的绝对收缩率,因而多年来一直在采用,不会有人提出异议。但对掺膨胀剂和延长拆模时间上会有不同看法。事实上掺入适量的膨胀剂能够补偿混凝土的部分或大部分收缩,在正确使用和理想的养护条件下是可以起到防裂目的。但实际使用中的防裂效果却并不很理想。分析其原因主要是因为膨胀剂的膨胀性能在混凝土中没有得到充分的发挥。在工程中膨胀剂是用在混凝土中,而不是砂浆中,混凝土中的骨料会消弱膨胀效果。由于建筑构件不可能在水中养护,更多的构件养护不十分及时,在缺乏足够水分的情况下膨胀剂的膨胀作用难以得到发挥。相反可能还会由于后期产生延迟钙矾石而产生膨胀开裂。这可能是实际膨胀效果与理论上的不同。解决办法在膨胀剂标准中对膨胀率的试验方法,从砂浆的膨胀率改为测定混凝土的膨胀率,对工程才能有效地指导。

  对于拆模板的时间问题主要针对地下薄壁剪力墙,在预拌混凝土裂缝中地下室外墙最容易出现,尽管也采取了一定方法预防,但效果不像水平结构那样有效。因为垂直墙体两侧都是模板,在未拆模时水分难以进入至混凝土表面,要对表面进行养护必须拆除模板,但过早拆模容易引起混凝土较大的降温而开裂。这时拆模时间就十分重要了,对拆模时间上不同认识是:

  浇筑后1天拆模,可以及时给混凝土补充水分,防止干燥收缩,但不利保温。因拆模后混凝土快速降温,这时混凝土的强度很低几乎没有抗拉强度,因过快降温产生温度应力而开裂。晚拆模,即浇筑混凝土7天后再拆除利于保温,但由于水分较长时间得不到补充,混凝土在水化过程中因失水干燥收缩而开裂。

  对拆模的处理最好办法是:对于低强度(C30)混凝土由于水化热引起的绝对值不会很高,拆模可以早一些;对于强度高的混凝土,在混凝土终凝后松开模板支撑,从板缝中浇入水养护,养护到一定强度后再拆除模板,然后用草帘或麻袋在侧面保温又保湿,只有这样才有利于减少因干缩合热收缩引起的裂缝,减少地下室墙板的开裂机会。

 
 
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