摘 要:對混凝土的強度檢驗評定方法進行了探討。分析了預拌混凝土在工程應用中存在的問題,提出了防止預拌混凝土裂縫的具體措施。
關鍵詞:預拌混凝土;強度評定;混凝土裂縫;施工控制
中圖分類號: TU 528. 52 文獻標識碼:A
引言
近年來,隨著國家對節能和環保問題的高度重視,預拌混凝土已開始在許多城市的建設中使用。但在實際工程的使用過程中,由于對預拌混凝土存在著一些技術上的爭議,常引起生產廠家與使用單位之間的糾紛,在一定程度上影響了預拌混凝土的發展。本文對預拌混凝土的質量問題以及防止預拌混凝土裂縫的措施進行了分析和探討。
1 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,如果混凝土試件強度不合格,使用單位往往會認為是攪拌站的責任。事實上除極個別混凝土企業由于配制強度偏低或出現管理失控外,絕大多數情況下責任并不在攪拌站。其原因分析如下:
1. 1 現場情況較規范要求差距大
在混凝土規范中,對混凝土強度試驗有統一的試驗規程和嚴格的養護條件要求,但絕大多數的施工企業并不具備這些條件。一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準養護室,只是臨時砌一個池子或是焊一個籠子在自然環境下養護,試件強度受氣候的影響很大;二是取樣不規范,按預拌混凝土標準的要求,應從攪拌車卸料的1 /4～3 /4之間取樣,每次取樣量≮0. 02 m3 ,但由于施工人員大多未經過系統的上崗培訓,取樣往往缺乏代表性且取樣量也不夠;三是只圖施工方便,隨意在混凝土拌合料中加水,加水后再取樣,致使混凝土水灰比失去意義造成強度偏低。
1. 2 強度統計的問題
混凝土強度具有較大的離散性。GBJ 107—87《混凝土強度檢驗評定標準》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GBJ 107—87《混凝土強度檢驗評定標準》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。
在實際工程中,混凝土強度的統計規定并不為多數的使用單位所認識,執行情況較好的也多是為了應付資料檢查。當某一組試件強度小于標準值(即使大于允許的最小值)時,常常被視為不合格,這是一種概念上的錯誤。如果要求所有留樣的試件強度都大于標準值,將會造成很大的強度富余量,這也是預拌混凝土往往超過強度較多的原因。
1. 3 回彈法及鉆芯取樣法評定強度問題
當建設單位、監理單位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采用非破損的回彈法或鉆芯取樣法來評定混凝土的強度等級,國家制定了相應的標準和規程。但采用這兩種方法評定都存在著一些有爭議的問題。
(1)回彈法檢測混凝土構件強度的主要依據是回彈- 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來的全國統一曲線。雖然在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,但許多地區仍使用的是全國統一曲線。
由于全國各地的混凝土原材料、攪拌工藝有極大的地區差異性,因而使用全國統一曲線進行回彈評定的推定值與真實值相差較大。更重要的是,與現場攪拌混凝土相比,預拌混凝土在水泥品種、強度、用量、粗骨料粒徑、配合比砂率、水灰比、鋼筋保護層厚度及碳化方面有較大的變化,而且目前幾乎所有的預拌混凝土中均同時滲入了粉煤灰和減水劑等,因而根據統一的回彈曲線來評定預拌混凝土的強度將產生較大的偏差。對預拌混凝土試件采用回彈法測試和破壞試驗的對比分析發現,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)鉆芯法是用取芯機從混凝土構件中鉆取圓柱芯樣(直徑D 100 mm或D 150 mm,高度在0. 95 D～2. 05 D之間) ,將端面補平處理后進行強度試驗,并以芯樣的抗壓強度值代表混凝土構件的實際強度。當不考慮鉆芯法由于機械振動引起的芯樣內部缺陷時,對鉆芯樣強度如何評定混凝土的實際強度是否合格則存在著一些不同的認識,主要是在標準養護與現場養護對混凝土強度的影響方面。
按照GBJ 107—87《混凝土強度檢驗評定標準》的定義,混凝土立方體抗壓強度標準值是按標準方法制作和養護的150 mm ×150 mm ×150 mm試塊,在齡期28 d用標準試驗方法測得的抗壓強度總體分布的一個值,強度低于該值的百分率. 5 %。因此,對混凝土的合格性評定,應以標準養護的立方體試件為準,預拌混凝土企業也是基于標準養護強度來進行配合比設計和生產。施工中澆注的構件往往得不到較好的養護,由于受環境溫度、濕度、風力等的影響,潮濕養護的時間短,特別是混凝土構件立面(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差異極大。在大多數情況下,自然養護的混凝土試件比標準養護的混凝土試件的強度要低。但目前大多數的建設單位、監理單位和質量監督部門認為,芯樣強度必須要大于混凝土設計強度標準值方為合格,這種認識顯然是不正確的。CECS 03: 88《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程》的條文說明中指出: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 % ,國際標準草案則為75 % ～85 %。
中國建筑科學研究院結構所對試驗用墻板的取芯試驗表明,齡期28 d的芯樣強度換算值僅為標準強度的86 % ,為同條件養護試塊的88 %。
2 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: ①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; ②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較均勻的垂直裂縫,裂縫形狀呈中間寬、兩端窄,多為貫穿性裂縫,大多在拆模板前已形成; ③混凝土路面、大型場地的裂縫: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。預拌混凝土裂縫產生的時間較早,即澆注后的3 d以內,這時對結構體不會出現荷載裂縫。由于預拌混凝土是作為商品提供給施工單位,與出現強度問題時一樣,一旦出現裂縫,通常會認為是混凝土攪拌站的責任。施工人員在尋找原因時,往往會懷疑預拌混凝土質量不好,如水泥安定性不良、配合比強度偏低、攪拌不勻、粉煤灰和外加劑使用不當等。
事實上,預拌混凝土企業的工藝設備是先進的,有專業技術人員把關,混凝土質量應該比較穩定,在絕大多數情況下,上述原因并不是問題的實質。預拌混凝土成型后出現的早期裂縫,主要是由于其在凝結硬化過程中產生收縮引起的。通常所講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,它們可獨立地發生,或同時出現使收縮變形疊加。收縮可分為以下5個大類,除碳化收縮外,其余4種是影響早期開裂的主要因素。
2. 1 塑性收縮裂縫
混凝土澆注成型后,由于重力的作用,粗骨料及水泥顆粒因比重大逐漸沉降;水分則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為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。
2. 2 干燥收縮裂縫
當混凝土所在環境的相對濕度< 100 %時,混凝土表面的水分便蒸發出來,即產生干燥收縮。混凝土的干燥收縮開裂主要是由于毛細管壓力造成的。混凝土中的毛細管空隙在混凝土干燥過程中逐漸失水,使毛細管壁發生變形,產生較大的毛細管壓力,混凝土便產生體積收縮。如果混凝土中的用水量增大、水灰比大,則毛細管孔壁也增多,混凝土收縮也增大。混凝土發生收縮變形時,由于周圍有較大的約束使其內部產生拉應力,當拉應力超過混凝土此時的抗拉強度時就出現收縮裂縫。
2. 3 自身收縮裂縫
混凝土自身收縮屬于化學收縮,是由于水泥水化產物的體積小于原來水泥和水的體積。據介紹,自身收縮引起的體積減少約在8 %。當水灰比> 0. 5時,混凝土自身收縮與干燥相比可忽略不計;但當水灰比< 0. 35時,混凝土體內濕度很快降低到80 %以下,特別是高強混凝土的自身收縮值更大,是其開裂的主要原因。如果自身收縮與溫度收縮疊加在一起,則危害程度將更大。
2. 4 溫度應力裂縫
水泥水化熱使結構體中心升溫很快,在短期內出現溫峰,隨后逐漸下降,致使混凝土構件內、外部產生溫度梯度,形成溫度應力。當降溫速度過快、溫度應力過大時,很容易形成貫穿性裂縫。
2. 5 碳化收縮裂縫
碳化收縮是由于大氣中的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,產生收縮的原因是由于游離水的蒸發。碳化作用必然會產生游離水,這些游離水的蒸發產生較大的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,漿體在充分干燥或飽和水的場合則不易產生碳化作用。碳化收縮均發生在混凝土表面,相對濕度是其主要影響因素。
3 防止預拌混凝土裂縫的措施
如何防止預拌混凝土裂縫,是設計、建設、監理、施工單位和預拌站十分關心的問題。目前,預拌混凝土常用的防裂措施有:設置后澆帶,將長結構體分成小段;使用低水化熱水泥并摻入粉煤灰;對砂石料采取遮陽和灑水降溫措施;加冰塊拌和混凝土,降低入模溫度;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地減小混凝土的絕對收縮率,多年來一直在采用。但對摻膨脹劑和延長拆模時間有一些不同看法。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可以起到防裂的作用,但實際使用中的防裂效果并不很理想。其原因主要是由于膨脹劑的膨脹性能在混凝土中未得到充分地發揮。
混凝土膨脹劑主要有硫鋁酸鈣類和氧化鈣類等,它們需要與大量的水發生化學反應才能產生膨脹效果。JC 476—1998《混凝土膨脹劑》中所指的膨脹率是基于砂漿在水中養護所得的膨脹率,但實際工程中是用于混凝土而不是砂漿,混凝土中的骨料會削弱其膨脹效果。由于建筑構件不可能在水中養護,很多構件養護不夠及時,在缺乏足夠水分的情況下膨脹劑的膨脹作用難以發揮,相反還可能會由于后期產生延遲鈣礬石而造成膨脹開裂。這可能是導致實際膨脹效果與理論分析不同的原因。解決辦法是將JC 476—1998《混凝土膨脹劑》中膨脹率的試驗方法由測定砂漿的膨脹率改為測定混凝土的膨脹率,這樣在實際工程中才具有指導意義。
關于拆模板的時間問題主要是針對地下薄壁剪力墻而言,在預拌混凝土裂縫中地下室外墻最容易出現裂縫,雖然也采取了一些方法進行預防,但效果不像水平結構那樣有效。因為垂直墻體兩側均為模板,在未拆模時水分難以進入到混凝土表面;要對混凝土表面進行養護就必須拆除模板,但過早拆模容易引起混凝土降溫較多而導致開裂,這時拆模時間早或晚就十分重要。
一種觀點認為,早拆模(澆注后1 d拆模)可以及時給混凝土補充水分,有利于防止干燥收縮,但不利于保溫。因拆模后混凝土降溫很快,這時混凝土的強度很低,幾乎沒有抗拉強度,容易因降溫過快產生的溫度應力而導致開裂。另一種觀點則認為,晚拆模(即澆注7 d后拆模)有利于保溫,但由于在水分較長時間內得不到補充,混凝土在水化過程中會因失水產生干燥收縮而導致開裂。
對拆模時間的控制比較好的辦法是:對于強度等級較低的混凝土(如C 30及C 30以下) ,由于水化熱引起的絕對溫升不是很高,拆模可以早一些;而對于強度較高的混凝土,宜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,然后用草簾或麻袋覆蓋側面保溫、保濕。這樣有利于減少因干燥收縮或溫度收縮引起的裂縫,減少地下室墻板的開裂機會。
4 結語
目前,預拌混凝土在許多中小城市尚處于發展和完善階段,施工中仍多以現場攪拌混凝土來對待預拌混凝土,采用常規辦法進行施工和養護,故在工程應用中反映出預拌混凝土的強度、裂縫問題比較突出。本文分析了預拌混凝土使用中存在的問題,提出了防止預拌混凝土裂縫的措施,希望能對從事混凝土施工質量控制和技術管理的人員有所幫助。
