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預拌混凝土質量問題及大體積混凝土施工控制(上)

放大字體  縮小字體 發布日期:2007-05-08  來源:中國建材報  作者:尹建江 王宗昌 尹金生
核心提示:預拌混凝土質量問題及大體積混凝土施工控制(上)
預拌混凝土在實際工程使用過程中,存在一些技術上的爭議常引起生產和使用單位之間的糾紛,在一定程度上對預拌混凝土的發展起到阻礙作用。現根據實踐對預拌混凝土的質量問題進行分析探討。

  一、混凝土的強度問題預拌混凝土具有商品的特性,在實際應用中只要混凝土試件強度不合格,使用單位往往認定是攪拌站的責任。事實上除極個別混凝土企業由于配置強度偏低或管理上出現把關失控外,絕大多數情況下責任并不在攪拌站,其原因分析如下:

  1.現場與規范要求相差大混凝土規范中對混凝土強度試驗有嚴格的試驗規程和統一的養護條件,但絕大多數單位不具備這些條件。首先取樣不規范,按預拌混凝土標準要求從攪拌車卸料的1/4~3/4之間取樣,每次取樣不少于0.02m3.但施工單位未經過上崗培訓的民工取樣,往往車一卸就取樣且取量也不夠,缺乏代表性;其次是養護條件不符合標準要求。幾乎所有的施工現場都不設標養室,只是臨時砌一池子或焊一籠子(防止私自掉換)在自然環境下養護,試件的強度受氣候影響很大;第三,為便于操作,隨意在混凝土拌合料中加水,加水后再取樣,混凝土水灰比失去意義,混凝土強度偏低。

  2.強度統計的問題混凝土強度具有較大的離散性,在“混凝土強度檢驗評定標準”(GBJ107-87)中明確規定,混凝土的強度應分批進行統計評定。對預拌混凝土站、預制混凝土構件廠和采用現場攪拌混凝土的施工單位,應按標準規定的統計方法評定混凝土強度;對零星生產的預制構件的混凝土或現場攪拌批量不大的混凝土,才按非統計方法評定。按GBJ107-87標準的規定,大批量混凝土按相近配合比生產的預拌混凝土允許有5%的試件強度小于標準值(如C35混凝土的標準值是35MPa),允許的最小強度值要根據留樣組數來確定,當留樣組數在1~9組時,允許最小值是0.95倍標準值;留樣組數在10~14組時,允許最小值是0.90倍標準值;留樣組數大于15組時,允許最小值是0.85倍標準值。對C35等級的混凝土,三種留樣組數時的允許最小值分別是33.25、31、5、29、75.在實際工程中,混凝土強度的統計規定并不為多數使用單位所認識,執行最好的也是應付檢查。當某一組試件強度小于標準值時,常常被視為是不合格,這是一種概念上的錯誤。如果要求所有留樣試件強度都大于標準值,將會造成太大的強度富余量,對混凝土的耐久性造成潛在的隱患。如C30混凝土要求所有留樣的試件強度等級已超過C35的要求,即正好超過一個強度等級。于是混凝土預拌站不得不加大混凝土的富余量,這就是預拌混凝土往往超過強度多的原因,對混凝土的開裂和耐久性造成不利的影響。

  3.回彈及鉆芯取樣評定強度問題當建設部門或質量監督部門懷疑混凝土強度不合格時,通常的做法是對混凝土構件進行非破損的回彈或鉆芯取樣評定,國家制定了相應的標準和規程。但這兩種方法評定都存在一些爭議問題。

  (1)回彈法檢測建筑構件強度主要依據是回彈——強度曲線。目前采用的測強曲線主要是根據現拌混凝土強度與回彈值統計規律建立起的全國統一曲線。雖然標準中明確要求凡有條件的地區和部門,應制定本地區的測強曲線,并優先使用本地區的測強曲線,新疆地區建立了本地區的測強曲線,但許多地區還仍使用全國統一曲線。由于全國混凝土原材料、攪拌工藝有極大的地區差異性,使用全國統一曲線進行回彈評定其推定值與真實值相差較大。更重要的是與現場拌混凝土相比,預拌混凝土在水泥品種、強度、用量、粗骨料粒徑、配合比砂率、灰砂筆、剛勁的保護層厚度及氧化方法方面有較大的變化,現在幾乎所有的預拌混凝土同時滲入粉煤灰和減水劑等,因而用回彈法根據統一曲線來評定預拌混凝土強度,將產生較大的偏差。經多試件用回彈法測試和破型試驗發現,使用回彈法檢測預拌混凝土強度時,其回彈結果比標準成型試件強度約低20%~30%;在混凝土強度等級不高時,實際值比回彈換算值偏低20%~25%.(2)鉆芯法是用機械鉆芯機從混凝土構件中鉆取圓柱芯樣(Φ100mm或150mm,高度為0.95d~2.05d之間),將端面補平處理后再進行強度試驗,并以芯樣的抗壓強度值代表混凝土構件的實際強度。當不考慮鉆芯法能時由于機械振動引起芯樣內部的缺陷時,鉆芯強度后如何評定混凝土的實際強度是否合格則存在一些不同認識。主要問題是標養與現場養護對混凝土強度的影響方面。

  按照混凝土強度檢驗評定標準(GBJ107-87)的定義,混凝土立方體抗壓強標準值是按標準方法制作和養護的150mm×150mm×150mm的試塊,齡期28天用標準試驗方法測得的抗壓強度總體分布的一個值,強度低于該值得百分率<5%.因此對混凝土的合格性評定應以標準養護的立體試件為準,預拌混凝土廠就是基于標準養護強度來進行配合比設計和生產。在此不說圓柱形與立方體試件之間存在的差異。施工中澆筑的構件經常得不到較好的養護,受太陽直射、天氣寒冷、潮濕養護時間短的影響,特別是混凝土構件的立面,如柱子、墻板、梁側面等部位的養護環境,更是與標準養護條件的差異極大。實際上鉆芯法檢測混凝土強度技術規程(CECS03:88)條文說明中指出:據國外的一些試驗結果,由于受到施工、養護等條件的影響,結構混凝土的強度一般為標準強度的75%、80%左右,國際標準草案為75%~85%,據建科院結構所試驗用墻板的取芯試驗表明,齡期28天的芯樣強度換算值也僅為標準強度的86%、為同條件養護試塊的88%.按上述數據假設一批C30混凝土根據標準養護所得的試件抗壓強度為32.0MPa,若進行鉆芯法取樣試驗測得強度應該是32.0×(75%~88%)=24.0~28.2之間低于標準值。若按芯樣強度必須大于標準值的要求,則評定該批混凝土為不合格,但事實上構件已有一定的強度富余量了。這顯然是對預制廠極不利。究其原因主要是CECSO3:88中只給出鉆芯取樣的試驗方法和計算方法,而沒有給出真正需要的強度評定標準,造成強度評定方法上的隨意性和主觀片面性。要處理好預拌廠混凝土強度問題,一是預拌混凝土必須加強生產全過程的質量控制,保證混凝土有足夠的富余量;二是通過專業培訓來提高建設和主管部門對預拌混凝土的認識,嚴格按規范要求進行取樣、成型、養護和試驗評定;三是對有爭議的規范條文應由地方主管部門或專業協會進行專家論證,合理解決有爭議的問題。

  二、預拌混凝土的裂縫問題裂縫是混凝土最常見的質量通病,與現場攪拌混凝土相比預拌混凝土的裂縫問題更加受到工程人員的關注,預拌混凝土的裂縫主要有:大面積樓板產生的裂縫,多出現在混凝土初凝前后;多發生在梁板交接處、厚度突變處和梁板鋼筋的上部,初春和炎熱季節最容易出現;地下室墻板裂縫;裂縫的產生較有規律,即在墻體沿長度方向分布,接近均勻的垂直裂縫,裂縫形狀中間寬兩端窄,多為貫穿性裂縫,大多在拆模板前已形成;混凝土路面、大型場地也容易出現不規則的縱向、橫向裂縫。目前使用單位普遍認為,預拌混凝土出現裂縫的機會比現場攪拌混凝土要大得多,對這個問題的認識有兩個方面,一是裂縫產生的原因和責任區分;另一個是預防裂縫應采用的技術措施。

  1.產生裂縫的基本原因預拌混凝土裂縫產生的時間較早,即澆筑后的3天以內,這時對結構體來講不會出現承受荷載裂縫。由于預拌混凝土是作為商品提供給施工單位的,同強度問題一樣出現裂縫通常會認為是預拌混凝土的責任。施工人員在尋求原因時總懷疑是預拌混凝土的質量不好,如水泥安定性不好、配合比強度偏低、計量攪拌不勻、粉煤灰和外加劑使用不當等。

  事實上預拌混凝土廠的工藝設備是先進的,有專業技術人員把關,混凝土質量應該是比較穩定的。在絕大多數情況下上述原因不是問題的實質。預拌混凝土成型后出現早期裂縫的關鍵,主要是由于混凝土在凝結和硬化過程中產生的收縮裂縫引起的。只要對混凝土收縮變形技術原理有所了解,較容易分析預拌混凝土開裂的原因。通常說的收縮是指混凝土暴露在相對濕度<100%的空氣中產生的干燥收縮變形。由于環境的作用混凝土還會產生其他類型的變形裂縫。它們獨立地發生或同時出現,使收縮變形疊加。歸納起來分為5個大類:塑性收縮、干燥收縮、自身收縮、熱收縮和碳化收縮。前4種收縮是影響預拌混凝土早期開裂的主要因素。

  塑性收縮裂縫:混凝土澆筑成型后由于重力的作用,粗骨料及水泥顆粒比重大逐漸沉降;水分相對輕,上浮至混凝土上表面而形成泌水。水泥凈漿浮至混凝土表面產生外分層即素漿層;水泥漿浮至粗骨料下形成內分層。混凝土的泌水造成塑性收縮是一種無法抑制的變形。由于塑性收縮而產生的外觀體積變化達到2.0%,結構的表面外露部分、尤其是混凝土地坪表面、樓板表面很容易出現塑性收縮裂縫。

  干燥收縮裂縫:當混凝土所在環境的相對濕度<100%時,混凝土表面水分便開始蒸發出來,即產生干燥收縮。混凝土干燥收縮開裂主要是由于毛細管壓力造成。混凝土中的毛細管空隙在混凝土干燥過程中逐漸失水,使毛細管壁產生變形,產生較大的毛細管壓力,混凝土即產生體積收縮。如果混凝土中用水量增大、水灰比增多、毛細管孔壁也增多,混凝土收縮也增大。混凝土發生收縮變形時由于周圍有較大約束,內部產生拉應力,當拉應力超過混凝土此時的抗拉強度時就出現收縮裂縫。

  自身收縮裂縫:混凝土自身收縮屬于化學收縮,是由水泥水化物體積小于原來水泥和水的體積。當水泥比>0.5時,混凝土自身收縮與干燥相比可忽略不計;但當水泥比<0.35時,體內濕度很快降低到80%以下,高強混凝土其自身收縮值更大,成為開裂的主要原因。如果同溫度收縮疊合在一起時危害程度將更大。

  溫度應力裂縫:水泥水化熱使結構體中心很快升溫,在短期內出現溫峰,隨后逐漸下降;混凝土構件內外部產生溫度梯度形成溫度應力。當降溫速度過快、熱收縮過大時,很容易形成貫穿性的裂縫。

  碳化收縮裂縫:碳化收縮是大氣中的CO2在存在水的條件下與水泥水化產物生成CaCO3、硅膠、鋁膠和游離水而引起的收縮。產生收縮的原因是這些游離水的蒸發。碳化作用必定產生游離水,這些游離水蒸發使毛細管張力引起漿體收縮。碳化作用的實質是碳酸對水泥石的腐蝕作用,碳化收縮是由于碳化作用產生游離水引起的,漿體在充分干燥和飽和水的場合都不易產生碳化作用。碳化收縮均發生在混凝土表面,影響最大的是相對濕度。

  對于水平結構和厚度較小的平面結構,裂縫主要是因混凝土中水分流失得不到補充引起的,失水后毛細管干燥產生拉應力使混凝土開裂。如在高溫干燥、風速快氣候條件下施工,水分向大氣中蒸發速度大于混凝土泌水的速度又無水補充,混凝土表面呈缺水狀態,毛細管干燥變形極容易出現開裂。特別是水灰比較小的混凝土,表面幾乎無泌水及早養護補充水分極其重要。經驗表明:對預拌混凝土應在混凝土初凝前就應開始保濕養護。對混凝土路面、大型混凝土場地很容易出現不規則裂縫,是在野外或有風環境下因表面水分蒸發速度過快引起的,必須重視養護減少干燥收縮開裂。

  對于地下室剪力墻混凝土成型至拆模前,一直處于模板的封閉之中,外界水分無法補充交換,拆模時常看到垂直、間距較相等裂縫這是由于自身收縮和溫度收縮引起的。當攪拌采用低水灰比拌和時,薄壁處及薄弱部位最容易開裂,這時由于混凝土自收縮與混凝土降溫引起的熱收縮相互疊合,產生較大的拉應力,而此時的混凝土強度還很低,而產生開裂。為什么預拌混凝土比現場攪拌的混凝土更容易開裂,這與預拌混凝土材料特性、設計、施工工藝有關,主要表現在:

  水泥強度較以前有大的提高,使用新法燒成的水泥C3S含量較高,比表面積(由300m2/kg~320m2/kg增加到360m2/kg~380m2/kg)增大,水泥早期水化快水化熱高而且集中;混凝土結構設計采用的強度等級有大的提高,水泥用量增大;集中預拌為滿足運輸、泵送需要,砂率增加、流動性增大、塑性收縮也大;為加快進度很多工程都采取早強的施工措施;現代城市建筑結構的跨度、構件長度均增大,混凝土的絕對收縮值在水泥用量下也增大;預拌混凝土都摻入外加劑,如減水劑、緩凝劑、保塑劑、引氣劑等,普遍認為在混凝土中摻入適量外加劑能減少用水量,節省水泥使混凝土的收縮值降低,利于減少干縮開裂。有資料介紹在水泥用量和坍落度保持不變的情況下,目前市場上有50%的外加劑所配制混凝土28d收縮率大于基準混凝土,最大的收縮率已接近基準混凝土的1.5倍,而且質量波動很大。因此外加劑的摻用可能是導致預拌混凝土裂縫的最主要原因。

  由于上述原因使預拌混凝土比現場攪拌混凝土有更大的開裂可能,再加上施工單位沒有重視到這些情況的變化,仍然依過去的習慣方法來處理預拌混凝土結構的配筋、施工及養護,以舊的方法對待預拌混凝土的施工,這也許是預拌混凝土普遍產生裂縫的最主要主觀因素。

  2.防止裂縫方法的不同認識如何采取有效措施防治預拌混凝土裂縫的問題,也是設計、建設、監理、施工單位同預拌站之間的爭論問題,目前常用防裂的措施是:

  設計設置后澆帶,把長結構體分成小段;使用低水化熱水泥并摻入粉煤灰;砂石料遮蓋灑水降溫;加冰塊降低拌和混凝土入模溫度;在水泥中摻加膨脹劑;延長拆模時間等。

  這幾種方法可以有效減少混凝土的絕對收縮率,因而多年來一直在采用,不會有人提出異議。但對摻膨脹劑和延長拆模時間上會有不同看法。事實上摻入適量的膨脹劑能夠補償混凝土的部分或大部分收縮,在正確使用和理想的養護條件下是可以起到防裂目的。但實際使用中的防裂效果卻并不很理想。分析其原因主要是因為膨脹劑的膨脹性能在混凝土中沒有得到充分的發揮。在工程中膨脹劑是用在混凝土中,而不是砂漿中,混凝土中的骨料會消弱膨脹效果。由于建筑構件不可能在水中養護,更多的構件養護不十分及時,在缺乏足夠水分的情況下膨脹劑的膨脹作用難以得到發揮。相反可能還會由于后期產生延遲鈣礬石而產生膨脹開裂。這可能是實際膨脹效果與理論上的不同。解決辦法在膨脹劑標準中對膨脹率的試驗方法,從砂漿的膨脹率改為測定混凝土的膨脹率,對工程才能有效地指導。

  對于拆模板的時間問題主要針對地下薄壁剪力墻,在預拌混凝土裂縫中地下室外墻最容易出現,盡管也采取了一定方法預防,但效果不像水平結構那樣有效。因為垂直墻體兩側都是模板,在未拆模時水分難以進入至混凝土表面,要對表面進行養護必須拆除模板,但過早拆模容易引起混凝土較大的降溫而開裂。這時拆模時間就十分重要了,對拆模時間上不同認識是:

  澆筑后1天拆模,可以及時給混凝土補充水分,防止干燥收縮,但不利保溫。因拆模后混凝土快速降溫,這時混凝土的強度很低幾乎沒有抗拉強度,因過快降溫產生溫度應力而開裂。晚拆模,即澆筑混凝土7天后再拆除利于保溫,但由于水分較長時間得不到補充,混凝土在水化過程中因失水干燥收縮而開裂。

  對拆模的處理最好辦法是:對于低強度(C30)混凝土由于水化熱引起的絕對值不會很高,拆模可以早一些;對于強度高的混凝土,在混凝土終凝后松開模板支撐,從板縫中澆入水養護,養護到一定強度后再拆除模板,然后用草簾或麻袋在側面保溫又保濕,只有這樣才有利于減少因干縮合熱收縮引起的裂縫,減少地下室墻板的開裂機會。

 
 
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