中图分类号: TQ172.71 文献标识码: B 文章编号: 1002- 9877( 2007) 12- 0017- 04
1 出现的问题
某抽水站站身为钢筋混凝土箱形结构, 长34.6m, 宽27m, 共四孔, 分进水流道、出水流道、电动机层。进水流道顶板平均厚度1m, C25 混凝土约1 000m3, 采用泵送混凝土施工, 混凝土浇筑后18～20h 收面压光, 但有两处约60m2 混凝土出现超时缓凝(见图1), 图中A、B 两个区域混凝土初凝时间30～35h, 终凝时间40～45h, A 区混凝土浇筑后24h 手指可直接插入混凝土中, D 区约8m2 混凝土初凝时间48h、终凝时间62h。
2 施工情况
顶板混凝土浇筑时间为2002 年6 月26～27 日,采用2 台搅拌机, 浇筑顺序由西向东, 浇筑时混凝土斜面分层。因顶板圆孔四周断面呈圆弧形, 最大厚度达1.4m, 混凝土体积大, 为防止出现温度裂缝和沉降收缩缝, 2 号搅拌机用袋装水泥提前1～3h 浇筑顶板圆孔四周的下部、隔墩及其以北的顶板, 1 号搅拌机用散装水泥浇筑顶板其余部位。浇筑期间气温25～32℃。6 月27 日16: 00～28 日8: 00 下雨, 雨量31mm,浇筑A、B 区域时雨量最大, 使用袋装水泥、散装水泥搅拌的混凝土入仓温度分别为26～27℃、31～32℃。
水泥为A 厂生产的P·O32.5 水泥; 砂为长江中砂, 碎石采用16～31.5mm 单粒级和5～16mm 连续粒级两种级配, 针片状含量7%～12.5%、压碎值7%～9.2%、泥含量0.3%～0.6%; 水为深井水, 符合配制混凝土的技术要求; 减水剂为木钙(下称M), 抽检3 次质量符合国家标准要求。
混凝土计量系统经计量部门检验认可, 散装水泥、砂、石、水为自动计量, M由人工固定容器专人添加, 袋装水泥、粉煤灰按袋计量, 由2 名操作工人负责计量。
混凝土配合比中水泥∶砂∶石子∶粉煤灰=1∶2.18∶3.28∶0.281, 水泥用量320kg/m3, 外掺90kg/m3Ⅰ级粉煤灰, 水胶比0.46, 砂率40%, M 掺量为胶凝材料总量的0.3%, 大小石子质量比例为4∶1, 配合比设计时混凝土初凝时间9h( 30℃) , 采用该配合比先期浇筑的5 000m3 混凝土共15 组试块的28d 抗压强度为29.9～35.7MPa,平均值为31.7MPa。
3 顶板混凝土质量检测
为评价顶板混凝土强度与均质性, 了解顶板内部混凝土质量情况, 采用钻芯法、回弹法和超声法检测顶板混凝土质量。
3.1 钻芯法检测混凝土强度与内部质量情况
混凝土浇筑自然斜面分层, 用钻机自顶板表面垂直向下钻取混凝土芯样( 直径10cm、深度55～65cm) ,以了解不同浇筑层混凝土凝结硬化情况。共钻39 个部位, 38 个孔取出完整芯样, 位于D 区的1 个孔因混凝土强度低( 龄期9d) 钻芯时混凝土中石子与砂浆分离。按CECS03: 88 《钻芯法检测混凝土强度技术规程》将每孔芯样分上、中、下三段分别切割成高径比1∶1 圆柱体试块, 放入标准养护室养护, 检测14d、21d、28d 混凝土抗压强度, 检测结果见表1。96.2%的芯样混凝土28d 抗压强度达到20MPa 以上。
3.2 回弹法检测混凝土强度
回弹仪检测混凝土6d、11d 强度, 正常凝结硬化部位混凝土强度推定值分别为13.9MPa、20.5MPa, A区及B 区缓凝混凝土分别为5.2MPa、8.5MPa; 28d 龄期正常凝结部位与A、B 中115 个测区, 混凝土强度推定值23.9MPa, D 区7d 回弹仪检测读不出回弹值,28d 强度推定值为17.5MPa。
3.3 混凝土超声- 钻芯检验
以D 区未取出芯样部位为中心, 对周围2.5m×2.5m 混凝土采用超声法和钻芯法相结合重点检测。检测结果D 区声速平均值(龄期30d)4 584m/s, 标准差67.86m/s, 离散系数0.015; 混凝土芯样(直径8cm)12只平均抗压强度28MPa(龄期35d)、均方差6.22MPa,其中上段混凝土平均强度23MPa, 下段平均强度31.6MPa。同时在正常凝结硬化的顶板E 区布置3 个测点, 声速平均值4 649m/s, 标准差33.52m/s, 离散系数0.007, 芯样平均强度31.0MPa ,均方差1.91MPa。检测结果说明, 凝结缓慢部位混凝土强度与均质性略差于正常混凝土。
通过检测认为, 顶板混凝土、特别是表层混凝土均质性较差, 96.2%芯样混凝土抗压强度达到20MPa以上, 中下层混凝土强度高于上层混凝土, 顶板混凝土强度总体上达到C20 强度等级, 可按C20 混凝土对顶板进行复核。
4 顶板局部混凝土超时缓凝原因分析
混凝土超时缓凝原因需要从人、机械、材料、施工方法和环境因素等方面进行综合分析。顶板混凝土浇筑过程中施工机械、施工工艺相同, 施工机械未出现故障, 施工工人未更换, 外加剂、砂、石均为同一批, 拌和水为地下水, 上述材料事发前后检验均合格, 质量的波动对混凝土凝结基本无影响,混凝土施工过程无过错出现, 唯一变化的是散装水泥的批次, 因为工地散装水泥罐容量为100t , 浇筑需使用散装水泥220t。专家论证会认为主要原因可能与外加剂的掺量和水泥质量的波动较大有关, 我们进行下述试验帮助论证分析。
4.1 M 超掺
M属普通型减水剂, 对混凝土具有缓凝作用, 超掺会引起混凝土凝结时间延长、强度降低。试验以顶板混凝土配合比为基准, 检验M掺量对混凝土强度和凝结时间的影响。由表2 试验结果可见, M掺量达到1%以上, 混凝土28d 强度极低, 同时混凝土表面呈黄色, 但实际施工的混凝土表面颜色正常, 混凝土28d 强度达到20MPa 以上, 对比试验和现场情况认为不是由于M超掺引起混凝土缓凝。
注: ①M5- 0 为基准组, 混凝土水胶比0.46, 砂率40%; ②混凝土凝结时间测试温度23～28℃; ③混凝土试块标准养护; ④试验用水泥为A 厂P·O32.5 水泥, 标准稠度用水量27.8%、初凝时间3h45min、终凝时间4h50min、3d 和28d 抗压强度分别为20.2MPa 和37.8MPa (本文中试验除特别注明外, 均使用A 厂水泥) 。
4.2 施工下雨对混凝土性能的影响
试验假设雨水浸入表层20cm 混凝土中, 每隔20min 向混凝土拌合物(配合比同顶板混凝土) 加入200～300ml 水, 直至加完相应雨量的水, 测试混凝土初凝时间, 结果见表3。
表3 试验结果说明, 雨水浸入混凝土中使混凝土初凝时间延长。顶板施工过程中下雨前搭设雨棚, 对比现场混凝土凝结情况, 下雨对混凝土凝结时间有影响, 但构不成主要因素。
4.3 水泥质量的影响
4.3.1 水泥质量抽检情况
表4 为该工程水泥质量抽检结果( 时间跨度15个月) , 抽检结果表明水泥质量波动较大, 说明水泥中混合材的掺量波动较大。
4.3.2 水泥初凝时间对混凝土初凝时间影响试验
顶板浇筑前3 个月抽检14 批水泥的初凝时间基本在2h 左右, 混凝土初凝时间基本在10h 以内。顶板袋装水泥初凝时间3h12min ,混凝土初凝时间18h 左右, 说明水泥凝结时间的变化对混凝土凝结时间有较大影响。水泥初凝时间对混凝土凝结时间影响试验结果见表5, 与文献[1]的试验结果基本吻合, 这说明水泥与混凝土初凝时间的比例, 不掺缓凝剂的混凝土在1∶2 左右, 掺入缓凝剂后在1∶4～1∶5 之间。
注: ①混凝土配合比及砂、石等材料同底板混凝土; ②1～4 号水泥为A厂P·O32.5 水泥, 5 号水泥为B 厂P·O32.5 水泥。
4.3.3 混凝土中熟料含量对混凝土凝结硬化影响
试验模拟检验混凝土中水泥熟料含量对混凝土强度与凝结时间的影响, 以顶板混凝土配合比为基准, 混凝土中胶凝材料总量均为410kg/m3,试验结果见表6, 可见混凝土中水泥熟料含量越低, 混凝土凝结时间越长, 强度降低越大。
注: 混凝土凝结时间测试温度23～28℃, 混凝土标准养护。
4.3.4 样品化学成分分析
有关样品化学成分测试结果见表7。国家标准要求普通水泥中熟料含量大于80%, 按厂方介绍水泥中掺入8%矿渣、7%粉煤灰和5%石膏计算, 水泥中CaO含量在55%左右。按水泥中掺入8%矿渣, 其余掺粉煤灰混合材, 推算03 号袋装水泥中粉煤灰掺量为21.6%, 熟料含量65.4%; 01 号水泥中粉煤灰掺量31.3%,熟料含量55.7%; 如果水泥中矿渣掺量较多,则熟料含量更低。通过样品化学分析认为水泥中混合材的掺量偏大, 水泥初凝时间偏长, 引起混凝土超时缓凝。
通过上述试验, 分析导致顶板局部混凝土超时缓凝的主要原因是水泥质量波动大, 水泥混合材掺量偏多, 由于水泥中熟料少了, M掺量相对于混凝土中熟料的比例增大( 本工程正常混凝土为<0.48%) ; 水泥中混合材含量多势必凝结时间较长, 使混凝土凝结时间被“放大”4～5 倍。次要原因是缓凝部位浇筑过程中恰遇下雨, 雨水浸入尚未凝结硬化的混凝土中既延长混凝土凝结时间, 又增加混凝土水胶比; 泵送混凝土坍落度16～18cm, 混凝土振捣过程中易产生分层, 粉煤灰密度低, 易上浮, 外加剂亦易上浮。上述次要原因在影响混凝土凝结时间的同时, 使同一部位上层混凝土强度低于中下部混凝土。由于掺粉煤灰等混合材的混凝土具有后期强度增长率大的特点, 顶板局部缓凝部位混凝土后期强度逐渐增长, 能接近正常混凝土。
5 处理
根据顶板混凝土质量检测结果, 设计单位按C20混凝土强度等级验算顶板可以满足安全使用要求。处理时凿除表层低于C25 强度值85%的部位混凝土共8m2, 凿除深度0.3m, 新老混凝土植筋锚固, 凿除面清理干净、涂刷水泥净浆后浇筑掺入补偿收缩剂的C30混凝土补强。顶板处于最大受力状态的完建期4 个月未发现异常。
6 建议
1) 水泥企业应加强水泥均化处理, 减少水泥质量波动, 加强水泥质量控制, 提高水泥的真实质量, 做好散装水泥发库, 应将混合材品种与掺量等真实地告诉用户。
2) 建议限制P·O32.5 水泥的生产, 鼓励水泥企业生产P·O42.5 水泥, 由用户现场根据混凝土的要求确定粉煤灰等掺合料的掺量。
水泥企业、特别是大中型水泥企业水泥熟料强度均较高, 往往通过调整混合材的掺量等方法用同种熟料同时生产P·O32.5 和P·O42.5 水泥, 部分水泥厂只要水泥强度合格, 将掺20%以上粉煤灰的水泥仍以普通水泥出售, 混合材掺量严重超标。施工中为改善混凝土性能, 再掺入粉煤灰等掺合料, 造成混凝土凝结时间延长、早期强度偏低。
3)用户应加强水泥质量检测与控制, 特别是对散装水泥的质量控制, 提高对水泥等原材料质量波动的预知能力, 建议检测水泥中CaO 等化学成分, 及时调整混凝土配合比。施工过程中要严格控制, 对浇筑平面结构混凝土要尽量避免雨天浇筑, 或采取防雨措施。
参考文献:
[1] 林永权.水泥质量波动对预拌混凝土性能的影响[J].水泥, 2003,( 1) : 20- 25.
