预拌混凝土常见质量问题的成因分析和防治.pdf

预拌混凝土常见质量问题的成因分析和防治 刘志宏 韩国平 江西建设职业技术学院 南昌 330038 严 凌 周庆荣 南昌市建设工程质量监督站 南昌 330038 摘 要 在预拌混凝土的生产和使用过程中存在高强度等级混凝土强度偏低、 现浇梁板构件出现裂缝等 一些常见的质量问题, 这些问题给工程带来一定的质量隐患。系统分析预拌混凝土在工程中出现质量问题 的原因, 并提出防治措施。 关键词 预拌混凝土 强度 裂缝 防治 CAUSE ANALYSIS OF QUALITY PROBLEMS OF READY -MIXED CONCRETE AND PREVENTION Liu Zhihong Han Guoping Jiangxi Construction Occupational College Nanchang 330038 Yan Ling Zhou Qingrong Nanchang Construction Engineering Quality Supervision Center Nanchang 330038 Abstract There are oftenquality problems, such aslow strength of high -grade concrete, cracks of beams and slabs etc inthe productionand use of ready -mixed concrete, which can bring hidden dangers to the quality of a project. It is analyzed systematically the causes of these problems of the projects with ready -mixed concrete. The prevention measures are also proposed. Keywords ready -mixed concrete strength crack prevention 第一作者 刘志宏 男 1958年 2 月出生 副教授 E- mail lxsh-1217 163. com 收稿日期 2007- 10- 26 0 引 言 最近几年, 随着城市建设的不断深入, 建设项目 纷纷开工, 如雨后春笋, 不论是市政基础设施建设, 还是房地产业都在大规模、 全方位的拓展。在城市 建设发展中, 南昌地区的预拌 泵送 混凝土行业也 逐渐发展起来。2007 年对南昌地区 15 家预拌混凝 土企业的 50 余项工程进行了一次预拌混凝土质量 专项检查。检查中发现, 在预拌混凝土的生产和使 用过程中存在高强度等级混凝土强度偏低、 现浇梁 板构件出现裂缝、 外加剂使用混乱等一些常见的质 量问题, 这些问题给工程带来一定的质量隐患。笔 者对高强度等级混凝土强度偏低、 现浇构件出现裂 缝两方面质量问题的成因进行系统地探讨分析, 并 提出了防治措施。 1 高强度等级混凝土强度偏低、 现浇构件裂缝的成 因分析 111 预拌高强度等级混凝土强度偏低的成因分析 在使用了预拌混凝土的 50余项工程中, 对其出 厂混凝土强度和工地现场预拌混凝土的强度进行了 抽样检测, 其中 C40 以上高强度等级混凝土强度不 符合设计要求的占 5 , 经分析, 造成强度偏低的原 因主要有以下几方面 1 粗骨料强度不符合要求、 混凝土配制强度低。 粗骨料级配、 含泥量、 最大粒径、 针片状含量等 对混凝土强度有一定的影响, 人们往往对粗骨料的 强度给予忽视。对一些强度等级低的混凝土, 其粗 骨料强度一般都能满足要求, 也无须检验。但对强 度等级较高的混凝土, 粗骨料的强度非常关键, 因此 必须检验。在生产中, 多数搅拌站的粗骨料检验报 告中, 没有列出碎石压碎指标值。有些搅拌站一味 追求低成本, 采用低配制强度, 过分利用水泥的富裕 系数, 造成混凝土配制强度偏低, 存在很大危险, 影 响工程质量。 2 未考虑雨季砂石集料的含水以及施工现场加 水致使水灰比过大。 有些搅拌站无自动测定砂石含水率的仪器, 在 遇到下雨天气, 仅凭经验判断含水率, 未按有关规定 增加砂石含水率测定次数, 未及时调整砂、 石用量及 97 Industrial Construction Vol138, No13, 2008工业建筑 2008 年第 38 卷第 3期 用水量, 有的干脆不估测也不调整, 这样造成雨天水 灰比过大, 从而影响混凝土强度。有些搅拌站生产 区离施工现场较远, 加上去年南昌地区气温较高, 在 混凝土运输过程中, 未对搅拌运输采取有效的防高 温措施, 使得有的搅拌车在运输过程中, 混凝土的水 分蒸发, 坍落度减小。由于有些施工人员对随意加 水会降低混凝土强度和耐久性的认识不足, 为便于 搅拌、 泵送、 浇筑, 就在施工现场随意加水以致水灰 比过大, 坍落度增大, 从而造成混凝土强度偏低。 3 生产过程中粉煤灰及外加剂的掺量过大。 有些搅拌站盲目追求降低生产成本, 节约水泥 用量, 未经对粉煤灰和外加剂进行试配, 仅根据一些 经验和外加剂厂家的说明书, 在生产商品混凝土时 未严格控制粉煤灰的掺量。也有的厂家, 由于生产 管理混乱, 对粉煤灰和外加剂的堆放不规范, 以致在 生产过程中错用粉煤灰和外加剂, 从而导致混凝土 强度偏低。 112 裂缝类型和产生原因分析 在本地区使用了商品混凝土的 50 余项工程中, 不同构件出现不同程度和形状的裂缝占 20 。裂 缝种类繁多, 有些裂缝影响建筑物的安全性和耐久 性, 有些裂缝只影响建筑物的美观。大量裂缝的出 现, 并非与荷载作用有直接关系, 通过大量的调查与 实测证明, 这种裂缝是由于变形作用引起, 包括温度 变形 水泥的水化热、 气温变化、 环境生产热 、 收缩 变形 塑性收缩、 干燥收缩、 碳化收缩 及地基不均匀 沉降 膨胀 变形。其裂缝类型及成因 1 塑性沉降裂缝。 混凝土浇筑后不均匀沉降产生的沉缩裂缝。因 混凝土配合比不良, 大厚度构件浇筑后数小时内出 现, 基础或混凝土自身沉降, 模板胀动所致。 2 收缩裂缝。 混凝土塑性阶段水分蒸发, 由混凝土干燥收缩 引起体积变化, 周围受约束或高配筋率的构件, 硬化 期间或硬化后出现。 3 温差裂缝。 水泥水化过程中发热与散热条件形成的内表温 差, 表面与环境温差, 降温过快或急冷急热产生的温 差导致的收缩裂缝, 这种裂缝在大体积混凝土施工 期间出现。 4 干缩裂缝。 混凝土凝结硬化中, 化学作用使硬化后绝对体 积减小自缩和硬化过程中水分继续散失的干缩裂 缝。由于混凝土表面失水较快, 在收缩应力的作用 下出现。a. 从混凝土自身来看, 混凝土强度等级提 高时, 通常采用增大水泥用量, 掺入外加剂减少水的 加入等措施来保证混凝土的强度, 并保持泵送混凝 土所需要的流动性。C40 C50 混凝土, 一般水泥用 量都在 450 500kg/ m 3, 再加上高效减水剂使水灰比 控制在 0135 0140, 坍落度可以达到 160 l80mm, 凝结时间一般在初凝 7 9h, 在初凝之前混凝土是 没有强度的, 但遇到环境温度比较高, 混凝土表层的 水分很容易蒸发 空气相对湿度低, 再加上有风吹 , 随着水分蒸发, 表面收缩, 导致裂缝产生。此类裂 缝, 无方向性, 裂缝较细为 011 013mm, 裂缝数量较 多。b. 泵送混凝土泵前加水局部水灰比过大, 水泥 浆含水过多, 当水分蒸发后表面收缩也会产生裂缝。 c. 气候的影响, 南昌地区夏季出现了高温气候, 此时 浇筑混凝土梁板表面混凝土水分最易蒸发, 表层水 分的散失, 即带来了大量细而短的、 不规则裂缝, 而 同时浇筑的梁、 柱, 因其表面系数小, 又有模板包围, 裂缝自然不易产生。 5 荷载裂缝。 配筋不当或附加筋错位的附加应力裂缝。 6 胀缩裂缝。 水泥、 掺合料、 外加剂本身不安定或掺混不均产 生的胀缩裂缝。 7 混凝土初凝时受扰动, 出现变形裂缝。 混凝土在未凝结前, 受到外力, 混凝土可以有恢 复作用, 但初凝后, 混凝土逐渐失去本身的流动性, 出现了裂缝就不可能恢复了。扰动的来源有以下几 个方面 a. 泵送管道支撑对楼板的冲击和振动; 楼板 面积比较大时, 泵送管道通常架设在模板上, 由于泵 送管道布置弯头较多, 使泵送阻力增大, 泵管输送混 凝土时的来回运动, 影响到钢筋的周期振动, 这种振 动, 对初凝后的混凝土影响很大, 只要有足够的时 间, 在混凝土中会形成裂缝, 裂缝方向性很强, 与钢 筋走向相同, 呈方格状或等距离分布。b. 底板模板 刚度不足, 受力变形亦会造成裂缝, 此种情况, 常见 于胶合板模板, 下部支撑杆布置较稀时, 未浇筑前上 人就可以感到模板刚度不够, 抬脚后模板即反弹, 如 果浇混凝土后混凝土虽然凝固, 但在未能达到足够 的强度时, 便上人进行抹平、 浇水或养护作业, 受上 述荷载的作用, 就会出现裂缝, 此种裂缝呈不规则放 射网状, 裂缝集中处即是受外力集中的部位。c. 在 混凝土初凝后, 模板支撑下沉, 多见于挑沿处, 立柱 钢管过长, 无水平支撑会造成模板轻微下沉, 混凝土 拉裂裂缝大多为沿墙方向分布, 长度在 2m 之间。 d. 楼板中的电线穿线管固定不牢, 混凝土凝结后即 上人操作, 使电线穿线管下压, 将混凝土压裂, 拆摸 98 Industrial Construction Vol138, No 13, 2008工业建筑 2008 年第 38 卷第 3期 后可见裂缝走向与穿线管方向相同。 2 高强度等级混凝土强度偏低、 现浇构件裂缝的防 治措施 211 预拌高强度等级混凝土强度偏低的防治 针对预拌高强度等级混凝土强度偏低的成因, 在预拌混凝土生产过程中应采取以下防治措施 1 加强对粗骨料强度的检验, 结合施工现场条 件的差异, 控制混凝土配制强度。 由于粗骨料的强度是影响混凝土强度的主要因 素之一, 混凝土强度等级为 C60 及以上时应进行岩 石强度检验; 其他情况下如有怀疑或认为有必要时, 也可进行岩石的抗压强度检验; 岩石的抗压强度与 混凝土等级之比不应小于 115。混凝土强度为强度 标准值增加11645倍标准差, 保证率达到95 以上。 结合施工现场条件和实验室的差异和变化, 混凝土 的配制强度应比设计强度至少提高一个等级, 从而 具有相应的强度保证率。 2 结合砂石的实际含水率, 调整配合比用水量, 确保运输过程中混凝土质量。 搅拌站应采取相应措施, 保持砂石骨料具有相 对稳定的含水率, 遇到下雨天气应增加砂石含水率 的测定次数, 并及时调整砂石及用水量, 保持稳定的 水灰比, 满足混凝土强度等级和施工和易性的要求。 由于在相同材料和工艺条件下, 混凝土强度取决于 水灰比, 即混凝土强度随着水灰比增大而降低。所 以, 为了保证因运输距离过大或气候的影响, 而导致 混凝土运输过程中水分蒸发, 不能为了便于搅拌、 泵 送、 浇筑, 而随意加水稀释混凝土拌合物以增大水灰 比和坍落度, 这样会加剧混凝土离析和泌水, 同时混 凝土搅拌也不均匀, 从而影响硬化后混凝土强度。 3 严格控制粉煤灰和外加剂的掺量。 粉煤灰在混凝土中起填充、 均化和润滑作用, 使 用粉煤灰的需水量比降低 5 10 , 具有一定的 减水增强作用, 再加上粉煤灰与水泥水化产物 Ca OH2的二次反应, 生成低钙硅化的 C- S- H 凝 胶体等水化产物, 提高了混凝土的密实度和强度, 但 大掺量粉煤灰对混凝土带来早期强度偏低的不利因 素, 所以掺有粉煤灰的混凝土应该以尽可能小的水 胶比 WPC F 配制。粉煤灰的掺量应控制在 15 25的水泥用量较为适宜。 外加剂的选用要根据混凝土性能要求、 施工条 件和气候情况, 同时结合原材料、 配合比, 特别是与 水泥的相容性等因素综合考虑, 选用外加剂的品种 和掺量应经过试验最后确定, 且在实际使用过程中, 应使用有计量装置的器具添加外加剂, 以保证其误 差在 1 以内, 从而保证混凝土的强度。 212 预拌混凝土裂缝的防治措施 1 大体积钢筋混凝土引起裂缝的主要原因是水 泥水化热的大量积聚, 使混凝土出现早期升温和后 期降温, 产生内部和表面的温差。减小温差的措施 是选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣水泥, 在掺加泵 送剂或粉煤灰时, 也可选用矿渣硅酸盐水泥。再有, 可充分利用混凝土后期强度, 以减少水泥用量。为 更好地控制水化热所造成的温度升高、 减小温度应 力, 可以根椐工程结构实际承受荷载的情况, 对工程 结构的强度和刚度进行复核与验算, 并取得设计单 位的同意后, 可用 56d 或 90d 抗压强度代替 28d 抗 压强度作为设计强度。因为减小水泥水化热和降低 内外温差的方法是减少水泥用量, 将水泥用量尽量 控制在 450kgP m 3以下。如果强度允许, 可采用掺加 粉煤灰调整。 2 掺加掺合料的大量试验研究和工程实践表 明, 混凝土中掺入一定数量优质粉煤灰后, 不但能代 替部分水泥, 而且由于粉煤灰颗粒呈球状具有滚珠 效应, 起到润滑作用, 可改善混凝土拌合物的流动 性、 粘聚性和保水性, 并且能够补充泵送混凝土中粒 径在 01315mm 以下的细集料达到 15 的要求, 从而 改善了可泵性。同时, 依照大体积混凝土所具有的 强度特点, 初期处于较高温度条件下, 强度增长较 快、 较高, 但是后期强度增长缓慢。掺加粉煤灰后, 其中的活性 Al2O3、 SiO2与水泥水化析出的 CaO 作 用, 形成新的水化产物, 填充孔隙、 提高密实度, 从而 改善了混凝土的后期强度。但是值得注意的是, 掺 加粉煤灰混凝土的早期抗拉强度和极限变形略有降 低。因此, 对早期抗裂要求较高的混凝土, 粉煤灰掺 量不宜太多, 宜在 10 15 。 3 掺加外加剂。掺加具有减水、 增塑、 缓凝、 引 气的泵送剂, 可以改善混凝土拌合物的流动性、 粘聚 性和保水性。由于其减水作用和分期作用, 在降低 用水量和提高强度的同时, 还可以降低水化热, 推迟 放热峰出现的时间, 因而减少温度裂缝。例如, 在泵 送混凝土中, 掺入占水泥质量 0125的木质素磺酸 钙减水剂, 不仅能使混凝土的泵送性能改善, 而且可 以减少拌合水和水泥用量, 从而降低水化热, 延迟了 水化热释放速度, 推迟放热峰。因此, 不但减小了温 度应力, 而且使初凝和终凝时间延缓 3 8h, 降低了 大体积混凝土施工中出现冷缝的可能性。 4 选用质量优良的粗细集料。根椐结构最小断 面尺寸和泵送管道内径, 选择合理的最大粒径, 尽可 99 预拌混凝土常见质量问题的成因分析和防治 刘志宏, 等 能选用较大的粒径粗骨料。例如 5 40mm 粒径的 碎石或卵石混凝土可比 5 25mm 粒径的减少用水 量6 8kgP m 3, 降低水泥用量 15kgP m3, 因而减少泌 水、 收缩和水化热。 要优先选用天然连续级配的粗集料, 使混凝土 具有较好的可泵性, 减少水和水泥用量, 进而降低水 化热。细集料使用级配良好的中砂为宜。采用细度 模数 218 的中砂比 213 的可减少用水量 20 25kgP m 3 , 降低水泥用量 28 35 kgP m 3, 因而降低了水泥水 化热、 混凝土温升和收缩。泵送混凝土也宜选用合 理砂率, 其砂率值较低流动性混凝土适当提高是必 要的。如果砂率过大, 不仅会影响混凝土的强度, 而 且会增大收缩和裂缝。 5 预拌 泵送 混凝土施工工艺改进。 a. 控制混凝土出机温度和浇筑温度。为了降低 混凝土的总升温, 减小大体积工程结构的内外温差, 控制混凝土的出机温度和浇筑温度也是一个重要措 施。高温季节施工时, 混凝土最高浇筑温度不得超 过28e 。最有效的方法是降低原料温度, 混凝土中 石子比热较小, 但每立方米混凝土中石子所占质量 最大, 所以最有效的方法是降低石子温度。在气温 较高时, 为了防止太阳直接照射, 可以在砂石堆场搭 设简易遮阳篷, 必要时可向集料喷淋雾状水, 或者在 使用前用冷水冲洗集料。除此之外, 搅拌运输车罐 体、 泵送管道保温、 冷却也是必要的措施。 b. 改进搅拌工艺。采用二次投料的净浆裹石工 艺, 可以有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的 界面上, 使硬化后界面过渡层结构致密、 粘结力增 大, 从而提高混凝土强度 10或节约水泥 5, 并进 一步减少水化热和裂缝。 c. 改进振动工艺。对已浇筑的混凝土, 在终凝 前进行二次振动, 可排除混凝土因泌水在石子、 水平 钢筋下部形成的空隙和水分, 提高粘结力和抗拉强 度, 并减少内部裂缝与气孔, 提高抗裂性。 d. 改进养护工艺。为了严格控制大体积混凝土 的内外温差, 确保混凝土质量, 减少裂缝, 养护是一 个十分重要和关键的工序, 必须切实做好。混凝土 养护主要是保持适当的温度和湿度条件。保温能减 少混凝土表面的热扩散, 降低混凝土表层的温差, 防 止表面裂缝。由于散热时间延长, 混凝土强度和松 弛作用得到充分发挥, 使混凝土总温差产生的拉应 力小于混凝土的抗拉强度, 防止了贯穿裂缝的产生。 浇筑时间不长的混凝土, 仍然处于凝结、 硬化过程, 水泥水化速度较快, 适宜的潮湿条件可防止混凝土 表面脱水而产生收缩裂缝。同时在潮湿条件下, 可 使水泥的水化充分、 完全, 从而提高混凝土的抗拉强 度。 3 结 语 对预拌混凝土使用中出现的常见质量问题进行 防治。1 应加强原材料质量控制, 其质量必须符合 要求, 特别是砂、 石质量变异性较大, 一定要经常进 行随机抽样检验。2 水灰比、 坍落度是影响混凝土 强度和浇筑质量的重要因素, 应根据砂、 石的含水 量、 天气状况等调整用水量, 以控制水灰比。坍落度 能很好地反映实际用水量和混凝土的潜在强度, 是 最简易、 最快速判别混凝土生产质量的指标, 生产厂 家和现场施工单位、 监理人员应共同控制好混凝土 的坍落度, 及时调整坍落度值, 解决其过大或过小的 问题。3 商品混凝土生产厂家的试验人员取样做试 块要有代表性, 使其能真正代表出厂预拌混凝土的 质量。工地现场检验要在浇筑地点取样, 使制作的 试块能真正代表实际浇筑的混凝土质量。4 裂缝控 制的主要方法是通过设计、 施工、 材料等方面综合技 术措施将裂缝控制在无害范围内。综合技术措施包 括 合理选择结构形式, 降低结构约束程度, 对于水 平构件梁、 板、 墙等采用中低强度级混凝土, 加强构 造配筋, 如板顶部的受压区连续配筋, 板的阳角及阴 角配置放射筋, 增大梁的腰筋间距。5 优选有利于 抗拉性能的混凝土级配, 尽量减小水灰比和坍落度、 降低砂率、 增大骨料粒径, 降低含泥量及杂质含量。 6 选用影响收缩和水化热较小的外加剂和掺合料。 7 采取保温保湿的养护技术, 尽量利用混凝土后期 强度 60d 。对于超长结构可采取跳仓浇筑或后浇 带方法施工。8 对于复杂的结构难免出现少量影响 正常使用和耐久性的裂缝。对少量有害裂缝采用化 学灌浆技术处理, 一般也能满足设计使用和耐久性 要求, 但不应因此降低工程质量评定标准。 参考文献 1 王铁梦. 工程结构裂缝控制. 北京 中国建筑工业出版社, 1997 2 周明华. 商品混凝土质量事故预防对策. 建筑技术, 2002 4 3 张 皓. 商品混凝土的质量问题与对策. 混凝土,1996 5 4 GB 50204- 2002 混凝土结构工程施工质量验收规范 5 GB P T 14902- 2003 预拌混凝土 6 JGJ 55- 95 普通混凝土碎石或卵石质量标准及检验方法 7 GBJ 107- 87 混凝土强度检验评定标准 8 JGJ 55- 2000 普通混凝土配合比设计技术规程 9 GBJ 119- 88 混凝土外加剂应用技术规范 100 工业建筑 2008 年第 38 卷第 3期