摘 要:对混凝土的强度检验评定方法进行了探讨。分析了预拌混凝土在工程应用中存在的问题,提出了防止预拌混凝土裂缝的具体措施。
关键词:预拌混凝土;强度评定;混凝土裂缝;施工控制
中图分类号: TU 528. 52 文献标识码:A
引言
近年来,随着国家对节能和环保问题的高度重视,预拌混凝土已开始在许多城市的建设中使用。但在实际工程的使用过程中,由于对预拌混凝土存在着一些技术上的争议,常引起生产厂家与使用单位之间的纠纷,在一定程度上影响了预拌混凝土的发展。本文对预拌混凝土的质量问题以及防止预拌混凝土裂缝的措施进行了分析和探讨。
1 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,如果混凝土试件强度不合格,使用单位往往会认为是搅拌站的责任。事实上除极个别混凝土企业由于配制强度偏低或出现管理失控外,绝大多数情况下责任并不在搅拌站。其原因分析如下:
1. 1 现场情况较规范要求差距大
在混凝土规范中,对混凝土强度试验有统一的试验规程和严格的养护条件要求,但绝大多数的施工企业并不具备这些条件。一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准养护室,只是临时砌一个池子或是焊一个笼子在自然环境下养护,试件强度受气候的影响很大;二是取样不规范,按预拌混凝土标准的要求,应从搅拌车卸料的1 /4～3 /4之间取样,每次取样量≮0. 02 m3 ,但由于施工人员大多未经过系统的上岗培训,取样往往缺乏代表性且取样量也不够;三是只图施工方便,随意在混凝土拌合料中加水,加水后再取样,致使混凝土水灰比失去意义造成强度偏低。
1. 2 强度统计的问题
混凝土强度具有较大的离散性。GBJ 107—87《混凝土强度检验评定标准》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GBJ 107—87《混凝土强度检验评定标准》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。
在实际工程中,混凝土强度的统计规定并不为多数的使用单位所认识,执行情况较好的也多是为了应付资料检查。当某一组试件强度小于标准值(即使大于允许的最小值)时,常常被视为不合格,这是一种概念上的错误。如果要求所有留样的试件强度都大于标准值,将会造成很大的强度富余量,这也是预拌混凝土往往超过强度较多的原因。
1. 3 回弹法及钻芯取样法评定强度问题
当建设单位、监理单位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采用非破损的回弹法或钻芯取样法来评定混凝土的强度等级,国家制定了相应的标准和规程。但采用这两种方法评定都存在着一些有争议的问题。
(1)回弹法检测混凝土构件强度的主要依据是回弹- 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来的全国统一曲线。虽然在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,但许多地区仍使用的是全国统一曲线。
由于全国各地的混凝土原材料、搅拌工艺有极大的地区差异性,因而使用全国统一曲线进行回弹评定的推定值与真实值相差较大。更重要的是,与现场搅拌混凝土相比,预拌混凝土在水泥品种、强度、用量、粗骨料粒径、配合比砂率、水灰比、钢筋保护层厚度及碳化方面有较大的变化,而且目前几乎所有的预拌混凝土中均同时渗入了粉煤灰和减水剂等,因而根据统一的回弹曲线来评定预拌混凝土的强度将产生较大的偏差。对预拌混凝土试件采用回弹法测试和破坏试验的对比分析发现,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)钻芯法是用取芯机从混凝土构件中钻取圆柱芯样(直径D 100 mm或D 150 mm,高度在0. 95 D～2. 05 D之间) ,将端面补平处理后进行强度试验,并以芯样的抗压强度值代表混凝土构件的实际强度。当不考虑钻芯法由于机械振动引起的芯样内部缺陷时,对钻芯样强度如何评定混凝土的实际强度是否合格则存在着一些不同的认识,主要是在标准养护与现场养护对混凝土强度的影响方面。
按照GBJ 107—87《混凝土强度检验评定标准》的定义,混凝土立方体抗压强度标准值是按标准方法制作和养护的150 mm ×150 mm ×150 mm试块,在龄期28 d用标准试验方法测得的抗压强度总体分布的一个值,强度低于该值的百分率. 5 %。因此,对混凝土的合格性评定,应以标准养护的立方体试件为准,预拌混凝土企业也是基于标准养护强度来进行配合比设计和生产。施工中浇注的构件往往得不到较好的养护,由于受环境温度、湿度、风力等的影响,潮湿养护的时间短,特别是混凝土构件立面(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差异极大。在大多数情况下,自然养护的混凝土试件比标准养护的混凝土试件的强度要低。但目前大多数的建设单位、监理单位和质量监督部门认为,芯样强度必须要大于混凝土设计强度标准值方为合格,这种认识显然是不正确的。CECS 03: 88《钻芯法检测混凝土强度技术规程》的条文说明中指出: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 % ,国际标准草案则为75 % ～85 %。
中国建筑科学研究院结构所对试验用墙板的取芯试验表明,龄期28 d的芯样强度换算值仅为标准强度的86 % ,为同条件养护试块的88 %。
2 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: ①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; ②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较均匀的垂直裂缝,裂缝形状呈中间宽、两端窄,多为贯穿性裂缝,大多在拆模板前已形成; ③混凝土路面、大型场地的裂缝: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。预拌混凝土裂缝产生的时间较早,即浇注后的3 d以内,这时对结构体不会出现荷载裂缝。由于预拌混凝土是作为商品提供给施工单位,与出现强度问题时一样,一旦出现裂缝,通常会认为是混凝土搅拌站的责任。施工人员在寻找原因时,往往会怀疑预拌混凝土质量不好,如水泥安定性不良、配合比强度偏低、搅拌不匀、粉煤灰和外加剂使用不当等。
事实上,预拌混凝土企业的工艺设备是先进的,有专业技术人员把关,混凝土质量应该比较稳定,在绝大多数情况下,上述原因并不是问题的实质。预拌混凝土成型后出现的早期裂缝,主要是由于其在凝结硬化过程中产生收缩引起的。通常所讲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,它们可独立地发生,或同时出现使收缩变形叠加。收缩可分为以下5个大类,除碳化收缩外,其余4种是影响早期开裂的主要因素。
2. 1 塑性收缩裂缝
混凝土浇注成型后,由于重力的作用,粗骨料及水泥颗粒因比重大逐渐沉降;水分则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为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。
2. 2 干燥收缩裂缝
当混凝土所在环境的相对湿度< 100 %时,混凝土表面的水分便蒸发出来,即产生干燥收缩。混凝土的干燥收缩开裂主要是由于毛细管压力造成的。混凝土中的毛细管空隙在混凝土干燥过程中逐渐失水,使毛细管壁发生变形,产生较大的毛细管压力,混凝土便产生体积收缩。如果混凝土中的用水量增大、水灰比大,则毛细管孔壁也增多,混凝土收缩也增大。混凝土发生收缩变形时,由于周围有较大的约束使其内部产生拉应力,当拉应力超过混凝土此时的抗拉强度时就出现收缩裂缝。
2. 3 自身收缩裂缝
混凝土自身收缩属于化学收缩,是由于水泥水化产物的体积小于原来水泥和水的体积。据介绍,自身收缩引起的体积减少约在8 %。当水灰比> 0. 5时,混凝土自身收缩与干燥相比可忽略不计;但当水灰比< 0. 35时,混凝土体内湿度很快降低到80 %以下,特别是高强混凝土的自身收缩值更大,是其开裂的主要原因。如果自身收缩与温度收缩叠加在一起,则危害程度将更大。
2. 4 温度应力裂缝
水泥水化热使结构体中心升温很快,在短期内出现温峰,随后逐渐下降,致使混凝土构件内、外部产生温度梯度,形成温度应力。当降温速度过快、温度应力过大时,很容易形成贯穿性裂缝。
2. 5 碳化收缩裂缝
碳化收缩是由于大气中的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,产生收缩的原因是由于游离水的蒸发。碳化作用必然会产生游离水,这些游离水的蒸发产生较大的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,浆体在充分干燥或饱和水的场合则不易产生碳化作用。碳化收缩均发生在混凝土表面,相对湿度是其主要影响因素。
3 防止预拌混凝土裂缝的措施
如何防止预拌混凝土裂缝,是设计、建设、监理、施工单位和预拌站十分关心的问题。目前,预拌混凝土常用的防裂措施有:设置后浇带,将长结构体分成小段;使用低水化热水泥并掺入粉煤灰;对砂石料采取遮阳和洒水降温措施;加冰块拌和混凝土,降低入模温度;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地减小混凝土的绝对收缩率,多年来一直在采用。但对掺膨胀剂和延长拆模时间有一些不同看法。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可以起到防裂的作用,但实际使用中的防裂效果并不很理想。其原因主要是由于膨胀剂的膨胀性能在混凝土中未得到充分地发挥。
混凝土膨胀剂主要有硫铝酸钙类和氧化钙类等,它们需要与大量的水发生化学反应才能产生膨胀效果。JC 476—1998《混凝土膨胀剂》中所指的膨胀率是基于砂浆在水中养护所得的膨胀率,但实际工程中是用于混凝土而不是砂浆,混凝土中的骨料会削弱其膨胀效果。由于建筑构件不可能在水中养护,很多构件养护不够及时,在缺乏足够水分的情况下膨胀剂的膨胀作用难以发挥,相反还可能会由于后期产生延迟钙矾石而造成膨胀开裂。这可能是导致实际膨胀效果与理论分析不同的原因。解决办法是将JC 476—1998《混凝土膨胀剂》中膨胀率的试验方法由测定砂浆的膨胀率改为测定混凝土的膨胀率,这样在实际工程中才具有指导意义。
关于拆模板的时间问题主要是针对地下薄壁剪力墙而言,在预拌混凝土裂缝中地下室外墙最容易出现裂缝,虽然也采取了一些方法进行预防,但效果不像水平结构那样有效。因为垂直墙体两侧均为模板,在未拆模时水分难以进入到混凝土表面;要对混凝土表面进行养护就必须拆除模板,但过早拆模容易引起混凝土降温较多而导致开裂,这时拆模时间早或晚就十分重要。
一种观点认为,早拆模(浇注后1 d拆模)可以及时给混凝土补充水分,有利于防止干燥收缩,但不利于保温。因拆模后混凝土降温很快,这时混凝土的强度很低,几乎没有抗拉强度,容易因降温过快产生的温度应力而导致开裂。另一种观点则认为,晚拆模(即浇注7 d后拆模)有利于保温,但由于在水分较长时间内得不到补充,混凝土在水化过程中会因失水产生干燥收缩而导致开裂。
对拆模时间的控制比较好的办法是:对于强度等级较低的混凝土(如C 30及C 30以下) ,由于水化热引起的绝对温升不是很高,拆模可以早一些;而对于强度较高的混凝土,宜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,然后用草帘或麻袋覆盖侧面保温、保湿。这样有利于减少因干燥收缩或温度收缩引起的裂缝,减少地下室墙板的开裂机会。
4 结语
目前,预拌混凝土在许多中小城市尚处于发展和完善阶段,施工中仍多以现场搅拌混凝土来对待预拌混凝土,采用常规办法进行施工和养护,故在工程应用中反映出预拌混凝土的强度、裂缝问题比较突出。本文分析了预拌混凝土使用中存在的问题,提出了防止预拌混凝土裂缝的措施,希望能对从事混凝土施工质量控制和技术管理的人员有所帮助。
