摘 要:對(duì)混凝土的強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定方法進(jìn)行了探討。分析了預(yù)拌混凝土在工程應(yīng)用中存在的問(wèn)題,提出了防止預(yù)拌混凝土裂縫的具體措施。
關(guān)鍵詞:預(yù)拌混凝土;強(qiáng)度評(píng)定;混凝土裂縫;施工控制
中圖分類號(hào): TU 528. 52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
引言
近年來(lái),隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能和環(huán)保問(wèn)題的高度重視,預(yù)拌混凝土已開(kāi)始在許多城市的建設(shè)中使用。但在實(shí)際工程的使用過(guò)程中,由于對(duì)預(yù)拌混凝土存在著一些技術(shù)上的爭(zhēng)議,常引起生產(chǎn)廠家與使用單位之間的糾紛,在一定程度上影響了預(yù)拌混凝土的發(fā)展。本文對(duì)預(yù)拌混凝土的質(zhì)量問(wèn)題以及防止預(yù)拌混凝土裂縫的措施進(jìn)行了分析和探討。
1 混凝土的強(qiáng)度問(wèn)題
預(yù)拌混凝土具有商品的特性,在實(shí)際應(yīng)用中,如果混凝土試件強(qiáng)度不合格,使用單位往往會(huì)認(rèn)為是攪拌站的責(zé)任。事實(shí)上除極個(gè)別混凝土企業(yè)由于配制強(qiáng)度偏低或出現(xiàn)管理失控外,絕大多數(shù)情況下責(zé)任并不在攪拌站。其原因分析如下:
1. 1 現(xiàn)場(chǎng)情況較規(guī)范要求差距大
在混凝土規(guī)范中,對(duì)混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)有統(tǒng)一的試驗(yàn)規(guī)程和嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)條件要求,但絕大多數(shù)的施工企業(yè)并不具備這些條件。一是養(yǎng)護(hù)條件不符合標(biāo)準(zhǔn)要求,幾乎所有的施工現(xiàn)場(chǎng)都不設(shè)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室,只是臨時(shí)砌一個(gè)池子或是焊一個(gè)籠子在自然環(huán)境下養(yǎng)護(hù),試件強(qiáng)度受氣候的影響很大;二是取樣不規(guī)范,按預(yù)拌混凝土標(biāo)準(zhǔn)的要求,應(yīng)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(jīng)過(guò)系統(tǒng)的上崗培訓(xùn),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(qiáng)度偏低。
1. 2 強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)的問(wèn)題
混凝土強(qiáng)度具有較大的離散性。GBJ 107—87《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,混凝土的強(qiáng)度應(yīng)分批進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)定。對(duì)預(yù)拌混凝土站、預(yù)制混凝土構(gòu)件廠和采用現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土的施工單位,應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定混凝土強(qiáng)度;對(duì)零星生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件的混凝土或現(xiàn)場(chǎng)攪拌批量不大的混凝土,才按非統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定。按GBJ 107—87《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,大批量混凝土按相近配合比生產(chǎn)的預(yù)拌混凝土允許有5 %的試件強(qiáng)度小于標(biāo)準(zhǔn)值。
在實(shí)際工程中,混凝土強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)規(guī)定并不為多數(shù)的使用單位所認(rèn)識(shí),執(zhí)行情況較好的也多是為了應(yīng)付資料檢查。當(dāng)某一組試件強(qiáng)度小于標(biāo)準(zhǔn)值(即使大于允許的最小值)時(shí),常常被視為不合格,這是一種概念上的錯(cuò)誤。如果要求所有留樣的試件強(qiáng)度都大于標(biāo)準(zhǔn)值,將會(huì)造成很大的強(qiáng)度富余量,這也是預(yù)拌混凝土往往超過(guò)強(qiáng)度較多的原因。
1. 3 回彈法及鉆芯取樣法評(píng)定強(qiáng)度問(wèn)題
當(dāng)建設(shè)單位、監(jiān)理單位或質(zhì)量監(jiān)督部門懷疑混凝土強(qiáng)度不合格時(shí),通常的做法是對(duì)混凝土構(gòu)件采用非破損的回彈法或鉆芯取樣法來(lái)評(píng)定混凝土的強(qiáng)度等級(jí),國(guó)家制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程。但采用這兩種方法評(píng)定都存在著一些有爭(zhēng)議的問(wèn)題。
(1)回彈法檢測(cè)混凝土構(gòu)件強(qiáng)度的主要依據(jù)是回彈- 強(qiáng)度曲線。目前采用的測(cè)強(qiáng)曲線主要是根據(jù)現(xiàn)拌混凝土強(qiáng)度與回彈值統(tǒng)計(jì)規(guī)律建立起來(lái)的全國(guó)統(tǒng)一曲線。雖然在標(biāo)準(zhǔn)中明確要求凡有條件的地區(qū)和部門應(yīng)制定本地區(qū)的測(cè)強(qiáng)曲線并優(yōu)先使用本地區(qū)的測(cè)強(qiáng)曲線,但許多地區(qū)仍使用的是全國(guó)統(tǒng)一曲線。
由于全國(guó)各地的混凝土原材料、攪拌工藝有極大的地區(qū)差異性,因而使用全國(guó)統(tǒng)一曲線進(jìn)行回彈評(píng)定的推定值與真實(shí)值相差較大。更重要的是,與現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土相比,預(yù)拌混凝土在水泥品種、強(qiáng)度、用量、粗骨料粒徑、配合比砂率、水灰比、鋼筋保護(hù)層厚度及碳化方面有較大的變化,而且目前幾乎所有的預(yù)拌混凝土中均同時(shí)滲入了粉煤灰和減水劑等,因而根據(jù)統(tǒng)一的回彈曲線來(lái)評(píng)定預(yù)拌混凝土的強(qiáng)度將產(chǎn)生較大的偏差。對(duì)預(yù)拌混凝土試件采用回彈法測(cè)試和破壞試驗(yàn)的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),使用回彈法檢測(cè)預(yù)拌混凝土強(qiáng)度時(shí),其回彈結(jié)果比標(biāo)準(zhǔn)成型試件強(qiáng)度約低20 %～30 %;在混凝土強(qiáng)度等級(jí)不高時(shí),實(shí)際值比回彈換算值偏低20 %～25 %。
(2)鉆芯法是用取芯機(jī)從混凝土構(gòu)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(bǔ)平處理后進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn),并以芯樣的抗壓強(qiáng)度值代表混凝土構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度。當(dāng)不考慮鉆芯法由于機(jī)械振動(dòng)引起的芯樣內(nèi)部缺陷時(shí),對(duì)鉆芯樣強(qiáng)度如何評(píng)定混凝土的實(shí)際強(qiáng)度是否合格則存在著一些不同的認(rèn)識(shí),主要是在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)與現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響方面。
按照GBJ 107—87《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》的定義,混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是按標(biāo)準(zhǔn)方法制作和養(yǎng)護(hù)的150 mm ×150 mm ×150 mm試塊,在齡期28 d用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)得的抗壓強(qiáng)度總體分布的一個(gè)值,強(qiáng)度低于該值的百分率. 5 %。因此,對(duì)混凝土的合格性評(píng)定,應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的立方體試件為準(zhǔn),預(yù)拌混凝土企業(yè)也是基于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。施工中澆注的構(gòu)件往往得不到較好的養(yǎng)護(hù),由于受環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)力等的影響,潮濕養(yǎng)護(hù)的時(shí)間短,特別是混凝土構(gòu)件立面(如柱子、墻板、梁側(cè)面等部位)的養(yǎng)護(hù)環(huán)境,更是與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件差異極大。在大多數(shù)情況下,自然養(yǎng)護(hù)的混凝土試件比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的混凝土試件的強(qiáng)度要低。但目前大多數(shù)的建設(shè)單位、監(jiān)理單位和質(zhì)量監(jiān)督部門認(rèn)為,芯樣強(qiáng)度必須要大于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值方為合格,這種認(rèn)識(shí)顯然是不正確的。CECS 03: 88《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》的條文說(shuō)明中指出:據(jù)國(guó)外的一些試驗(yàn)結(jié)果,由于受到施工、養(yǎng)護(hù)等條件的影響,結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度一般為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的75 %～80 % ,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案則為75 % ～85 %。
中國(guó)建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所對(duì)試驗(yàn)用墻板的取芯試驗(yàn)表明,齡期28 d的芯樣強(qiáng)度換算值僅為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的86 % ,為同條件養(yǎng)護(hù)試塊的88 %。
2 預(yù)拌混凝土的裂縫問(wèn)題
裂縫是混凝土最常見(jiàn)的質(zhì)量通病,與現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土相比,預(yù)拌混凝土的裂縫問(wèn)題更加受到工程人員的關(guān)注。預(yù)拌混凝土的裂縫主要有: ①大面積樓板產(chǎn)生的裂縫:多出現(xiàn)在混凝土初凝前后,多發(fā)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(jié)最容易出現(xiàn); ②地下室墻板裂縫:裂縫的產(chǎn)生較有規(guī)律,即在墻體沿長(zhǎng)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(chǎng)地的裂縫:容易出現(xiàn)不規(guī)則的縱向、橫向裂縫。目前,使用單位普遍認(rèn)為,預(yù)拌混凝土出現(xiàn)裂縫的機(jī)會(huì)比現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土要大得多。預(yù)拌混凝土裂縫產(chǎn)生的時(shí)間較早,即澆注后的3 d以內(nèi),這時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)體不會(huì)出現(xiàn)荷載裂縫。由于預(yù)拌混凝土是作為商品提供給施工單位,與出現(xiàn)強(qiáng)度問(wèn)題時(shí)一樣,一旦出現(xiàn)裂縫,通常會(huì)認(rèn)為是混凝土攪拌站的責(zé)任。施工人員在尋找原因時(shí),往往會(huì)懷疑預(yù)拌混凝土質(zhì)量不好,如水泥安定性不良、配合比強(qiáng)度偏低、攪拌不勻、粉煤灰和外加劑使用不當(dāng)?shù)取?/P>
事實(shí)上,預(yù)拌混凝土企業(yè)的工藝設(shè)備是先進(jìn)的,有專業(yè)技術(shù)人員把關(guān),混凝土質(zhì)量應(yīng)該比較穩(wěn)定,在絕大多數(shù)情況下,上述原因并不是問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。預(yù)拌混凝土成型后出現(xiàn)的早期裂縫,主要是由于其在凝結(jié)硬化過(guò)程中產(chǎn)生收縮引起的。通常所講的收縮是指混凝土暴露在相對(duì)濕度< 100 %的空氣中產(chǎn)生的干燥收縮變形。由于環(huán)境的作用,混凝土還會(huì)產(chǎn)生其他類型的變形裂縫,它們可獨(dú)立地發(fā)生,或同時(shí)出現(xiàn)使收縮變形疊加。收縮可分為以下5個(gè)大類,除碳化收縮外,其余4種是影響早期開(kāi)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(chǎn)生外分層(即素漿層) ;水泥漿浮至粗骨料下形成內(nèi)分層?；炷恋拿谒斐伤苄允湛s是一種無(wú)法抑制的變形。由于塑性收縮而產(chǎn)生的外觀體積變化為2. 0 %,結(jié)構(gòu)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(xiàn)塑性收縮裂縫。
2. 2 干燥收縮裂縫
當(dāng)混凝土所在環(huán)境的相對(duì)濕度< 100 %時(shí),混凝土表面的水分便蒸發(fā)出來(lái),即產(chǎn)生干燥收縮?；炷恋母稍锸湛s開(kāi)裂主要是由于毛細(xì)管壓力造成的?；炷林械拿?xì)管空隙在混凝土干燥過(guò)程中逐漸失水,使毛細(xì)管壁發(fā)生變形,產(chǎn)生較大的毛細(xì)管壓力,混凝土便產(chǎn)生體積收縮。如果混凝土中的用水量增大、水灰比大,則毛細(xì)管孔壁也增多,混凝土收縮也增大。混凝土發(fā)生收縮變形時(shí),由于周圍有較大的約束使其內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)混凝土此時(shí)的抗拉強(qiáng)度時(shí)就出現(xiàn)收縮裂縫。
2. 3 自身收縮裂縫
混凝土自身收縮屬于化學(xué)收縮,是由于水泥水化產(chǎn)物的體積小于原來(lái)水泥和水的體積。據(jù)介紹,自身收縮引起的體積減少約在8 %。當(dāng)水灰比> 0. 5時(shí),混凝土自身收縮與干燥相比可忽略不計(jì);但當(dāng)水灰比< 0. 35時(shí),混凝土體內(nèi)濕度很快降低到80 %以下,特別是高強(qiáng)混凝土的自身收縮值更大,是其開(kāi)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(yīng)力裂縫
水泥水化熱使結(jié)構(gòu)體中心升溫很快,在短期內(nèi)出現(xiàn)溫峰,隨后逐漸下降,致使混凝土構(gòu)件內(nèi)、外部產(chǎn)生溫度梯度,形成溫度應(yīng)力。當(dāng)降溫速度過(guò)快、溫度應(yīng)力過(guò)大時(shí),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(chǎn)物生成CaCO3、硅膠、鋁膠和游離水而引起的收縮,產(chǎn)生收縮的原因是由于游離水的蒸發(fā)。碳化作用必然會(huì)產(chǎn)生游離水,這些游離水的蒸發(fā)產(chǎn)生較大的毛細(xì)管張力引起漿體收縮。碳化作用的實(shí)質(zhì)是碳酸對(duì)水泥石的腐蝕作用,漿體在充分干燥或飽和水的場(chǎng)合則不易產(chǎn)生碳化作用。碳化收縮均發(fā)生在混凝土表面,相對(duì)濕度是其主要影響因素。
3 防止預(yù)拌混凝土裂縫的措施
如何防止預(yù)拌混凝土裂縫,是設(shè)計(jì)、建設(shè)、監(jiān)理、施工單位和預(yù)拌站十分關(guān)心的問(wèn)題。目前,預(yù)拌混凝土常用的防裂措施有:設(shè)置后澆帶,將長(zhǎng)結(jié)構(gòu)體分成小段;使用低水化熱水泥并摻入粉煤灰;對(duì)砂石料采取遮陽(yáng)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(zhǎng)拆模時(shí)間等。
這幾種方法可以有效地減小混凝土的絕對(duì)收縮率,多年來(lái)一直在采用。但對(duì)摻膨脹劑和延長(zhǎng)拆模時(shí)間有一些不同看法。事實(shí)上,摻入適量的膨脹劑能夠補(bǔ)償混凝土的部分或大部分收縮,在正確使用和理想的養(yǎng)護(hù)條件下可以起到防裂的作用,但實(shí)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(fā)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)才能產(chǎn)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(yǎng)護(hù)所得的膨脹率,但實(shí)際工程中是用于混凝土而不是砂漿,混凝土中的骨料會(huì)削弱其膨脹效果。由于建筑構(gòu)件不可能在水中養(yǎng)護(hù),很多構(gòu)件養(yǎng)護(hù)不夠及時(shí),在缺乏足夠水分的情況下膨脹劑的膨脹作用難以發(fā)揮,相反還可能會(huì)由于后期產(chǎn)生延遲鈣礬石而造成膨脹開(kāi)裂。這可能是導(dǎo)致實(shí)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(yàn)方法由測(cè)定砂漿的膨脹率改為測(cè)定混凝土的膨脹率,這樣在實(shí)際工程中才具有指導(dǎo)意義。
關(guān)于拆模板的時(shí)間問(wèn)題主要是針對(duì)地下薄壁剪力墻而言,在預(yù)拌混凝土裂縫中地下室外墻最容易出現(xiàn)裂縫,雖然也采取了一些方法進(jìn)行預(yù)防,但效果不像水平結(jié)構(gòu)那樣有效。因?yàn)榇怪眽w兩側(cè)均為模板,在未拆模時(shí)水分難以進(jìn)入到混凝土表面;要對(duì)混凝土表面進(jìn)行養(yǎng)護(hù)就必須拆除模板,但過(guò)早拆模容易引起混凝土降溫較多而導(dǎo)致開(kāi)裂,這時(shí)拆模時(shí)間早或晚就十分重要。
一種觀點(diǎn)認(rèn)為,早拆模(澆注后1 d拆模)可以及時(shí)給混凝土補(bǔ)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(shí)混凝土的強(qiáng)度很低,幾乎沒(méi)有抗拉強(qiáng)度,容易因降溫過(guò)快產(chǎn)生的溫度應(yīng)力而導(dǎo)致開(kāi)裂。另一種觀點(diǎn)則認(rèn)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(zhǎng)時(shí)間內(nèi)得不到補(bǔ)充,混凝土在水化過(guò)程中會(huì)因失水產(chǎn)生干燥收縮而導(dǎo)致開(kāi)裂。
對(duì)拆模時(shí)間的控制比較好的辦法是:對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)較低的混凝土(如C 30及C 30以下) ,由于水化熱引起的絕對(duì)溫升不是很高,拆模可以早一些;而對(duì)于強(qiáng)度較高的混凝土,宜在混凝土終凝后松開(kāi)模板支撐,從板縫中澆入水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)到一定強(qiáng)度后再拆除模板,然后用草簾或麻袋覆蓋側(cè)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(kāi)裂機(jī)會(huì)。
4 結(jié)語(yǔ)
目前,預(yù)拌混凝土在許多中小城市尚處于發(fā)展和完善階段,施工中仍多以現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土來(lái)對(duì)待預(yù)拌混凝土,采用常規(guī)辦法進(jìn)行施工和養(yǎng)護(hù),故在工程應(yīng)用中反映出預(yù)拌混凝土的強(qiáng)度、裂縫問(wèn)題比較突出。本文分析了預(yù)拌混凝土使用中存在的問(wèn)題,提出了防止預(yù)拌混凝土裂縫的措施,希望能對(duì)從事混凝土施工質(zhì)量控制和技術(shù)管理的人員有所幫助。
