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在现代工程建设中,混凝土结构在建筑工程中占有很大比重,在结构的安全、可靠和耐久性方面起关键的作用,现就混凝土的质量控制作一浅谈。
混凝土是由水泥、砂、石和水拌合后,水泥水化反应形成凝胶,将砂、石胶结而成具有一定强度的固体复合材料。其内部结构为:水和水泥作用形成水泥浆,水泥浆包裹在砂的表面,并填充于砂的空隙中成为砂浆,砂浆又包裹在石子的表面,并填充砂子的空隙。水泥浆将砂、石牢固地胶结为一整体,使混凝土具有所需的强度、耐久性等性能。混凝土的结构是非均匀的,也十分复杂,这是由混凝土的组成材料决定的,由于混凝土的配合比及骨料级配等的不同,混凝土的宏观结构也有所不同,在有些混凝土中,水泥砂浆的含量超过骨料之间的空隙,粗骨料之间互不接触,而有些混凝土中,粗骨料用量较多,骨料之间的水泥相对较少,甚至在骨料之间出现孔洞。从微观上看,由于混凝土中各种材料分布不均匀,混凝土的密实度是不均匀的,有些区域是致密的,而有些区域则是多孔的。所以,混凝土在受力前就存在微裂纹,当混凝土受力后,在微裂纹处产生应力集中,使这些微裂纹不断扩展、逐渐汇合连通,形成较大裂缝而使混凝土破坏。因此,应对组成普通混凝土的原材料如水泥、砂、石、掺合料、外加剂及拌合水逐一按质量检验标准检验,使之符合使用标准。对于细骨料要重点检查其质地、级配、细度及含泥量;对粗骨料,要重点检查其质地、级配、针片状颗粒含量、最大粒径及含杂质量。对外加剂应重点检测质量是否符合相应的标准。
一、水泥质量控制
1、选择适宜的水泥品种和水泥标号。目前在工程施工中,大多采用42.5强度等级的普通硅酸盐水泥配制各等级的混凝土,水泥的强度远高于混凝土的强度,如果水泥的用量减少,而加大粗骨料的用量,使混凝土缺乏应有的工作度,增加了施工难度,混凝土难以达到密实成型,尽管混凝土强度可达到设计等级,但混凝土内部孔隙率较大,对混凝土的耐久性造成严重的损害。由此,用42.5强度等级的普通硅酸盐水泥配制混凝土,适当增加细骨料的用量,以减少离析、分层、泌水等带来的不利影响,使混凝土具有良好的和易性,既有利于施工,又能增加混凝土的密实度。另外,在混凝土中掺加磨细粉煤灰对混凝土的抗渗性能有明显的改善,在水灰比为0.5的情况下,掺磨细粉煤灰比不掺或掺原状粉煤灰,混凝土的抗渗性能提高近1倍。
2、水泥生产厂家的选择对使用的水泥应优先采购旋窑生产的合格产品,如立窑生产的水泥应认真检验其组成及主要指标后使用;对进场水泥在检验生产厂家和保证资料时重点查看氧化镁、二氧化硫含量及初凝时间;在安定性项中任一项不符合水泥质量规定的均为废品禁止使用,水泥产品的安定性是一项重要的指标,出厂检验必须合格。为保证质量,工程技术保证资料规定,施工所用的水泥必须经过该地区有资质的试验室复验合格后方可使用。
3、水泥进场时的检验在出厂合格证齐全和化验单符合相应标准的基础上,还需核验进场水泥是否与质保资料相符合,包装标志是否齐全,水泥是否错进或混进,有否受潮结块现象。在认真检查合格后,督促施工单位按批抽样送检,检验项目全部合格后,方可准予拌制混凝土。同时还应根据混凝土工程的特点和所处的环境条件综合考虑选择水泥,对水泥强度一般应是混凝土强度等级的1.5~2.0倍。
4、水泥的储存在不同的工地有不同品种的水泥存放凡方法,为避免施工现场由于操作人员责任性差,保管不严格,造成混合乱用,或在施工过程中因某种水泥短缺而工程又不能停止,便将不同品种水泥进行补充等情况。要对不同品种的水泥分别堆放,并对水泥的品种类别、适用范围、结构物环境进行具体分析才可使用,防止造成质量事故。
二、骨料质量控制
1、粗骨料的选择:混凝土的组成材料中骨料所占的体积在75%以上,它是混凝土最主要的组成材料之一, 骨料不仅构成了结构体的骨架,更重要的是决定着构筑物的力学性能、安全性和耐久性。一般认为骨料的渗透性要比水泥浆体低,而实际上某些骨料的渗透系数与水泥浆体的渗透系数相差不大。当骨料的孔隙率达10%时,其渗透性比水泥浆体还要高得多,选用低渗透骨料用于防水混凝土的施工是十分必要的。骨料的粒径大小也影响着混凝土的抗渗性,骨料粒径较大时更容易在粘结界面上产生较大裂缝,另外在凝结硬化过程中骨料不收缩,包裹的水泥浆体产生不同收缩,颗粒越大收缩值越大,形成的裂缝也多,必然导致抗渗性的下降,最终导致混凝土结构的破坏。
由于骨料多数是就地取材,因而材质的差异较大,天然灰岩是较好的建筑工程用石材,在选材时应注意无风化、水锈、溶蚀等情况,石材的强度应满足要求,控制粗骨料的最大粒径和颗粒级配,减少针、片状颗粒含量。对于中低强度的大体积混凝土,习惯上选择大粒径的骨料或添加20%~25%的毛石用以降低水化热和降低成本,但通过对以往工程的质量回访发现:粒径过大会造成混凝土孔隙率增大,尤其添加毛石后混凝土内部结构不均匀,界面裂缝较大,抗渗性极差,易造成混凝土受侵蚀耐久性降低。如谋工程于1996年开始施工建设,1997年竣工投产, 2001年在扩建工程施工时发现,一期工程中已有部分混凝土基础发生破坏,分析后认为:由于混凝土密实度低,水分渗入后造成混凝土冻胀破坏,同时加剧了混凝土碳化和碱-骨料反应。因而,在施工时应避免此种做法。
2、细骨料的选择:对细骨料的选择要注意以下几点:山砂、河砂等天然砂是建筑工程中的主要用砂,但应控制泥和有机质的含量,人工砂中含有较多的片状颗粒及细粉,且成本较高,配制混凝土时应根据当地的实际情况,尽量选择天然砂作为施工用砂,如天然砂的自然级配不符合要求时,可将山砂、河砂和人工砂按一定比例掺合使用,并选择合理砂率进行混凝土的配制。
工程施工中,应采用杂质少、级配好、粒径适中的粗骨料,并采用坚固性好的粗、细骨料。
三、配合比控制
混凝土配合比的控制是关键中的关键,但质量不稳定情况时有发生,对配合比的控制还应根据设计规定有关要求及工程结构混凝土的特点,确定相应的材料选择。
例如:在程施工中,C35混凝土的水灰比通常采用0.4(侵蚀性环境不大于0.4)左右,但由于混凝土结构多采用人工浇筑,混凝土塌落度仅为3cm-5cm左右,水泥用量仅为规范规定的最小水泥用量250kg/m3,在水灰比不变的情况下,混凝土拌合物的用水量过小,水泥浆的数量不足以很好地包裹骨料的表面,使混凝土拌合物的粘聚性和保水性降低,使得混凝土基础拆模以后,在基础阳角处常常发生缺角掉边和石子外露现象,影响混凝土的外观质量和耐久性。而用水量过多,会产生流浆、泌水、离析和分层等现象,同样使混凝土拌合物的粘聚性和保水性降低,并易产生崩塌现象,混凝土强度和耐久性降低。故采用较小的水灰比,并限制最大水灰比和最小水泥用量,以保证混凝土的孔隙率较小。混凝土拌合物的用水量应严格控制,以满足拌合物流动性为准。
四、外加剂的控制
在实际施工中,由于外加剂本身的质量效果,或由于外加剂品种选择不当,以及水泥对外加剂的适用性等问题,出现因此造成质量事故的现象。所以在应用普及外加剂的同时,应采取有效措施,加强对外加剂产品质量的管理。
施工中必须重视对外加剂的质量控制。首先检查外加剂的生产厂家是否有生产许可证;在核验质保资料时,检查是否有法定检测单位出具的有效期内掺用指标报告,生产厂家一般只是提供产品说明书或匀质试验数据,这是不够的;其次,在外加剂的使用前,要安排作出有关实际效果的试验,以确定外加剂与使用水泥是否达到设计性能要求,这是防止误用或错用的保证。目前建筑工程中经常使用的外加剂多为木质素磺酸钙(简称木钙),木钙因其原料广、成本低,而广泛地用于混凝土工程作为缓凝引气减水剂,一般为0.2%~0.3%.使用该剂后,在混凝土拌合物流动性和水泥用量不变的情况下,可减少用水量10%,28d强度提高10%~20%,并可使混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性有明显提高。但掺量过多,会使缓凝作用延长,混凝土甚至几天都不硬化,且含气量增加,混凝土强度下降。冬季施工或气温低于5oC时,要与早强剂复合使用,不宜单独使用。
五、混凝土施工中的质量控制
对于面广量大的施工现场配制混凝土,在每次拌制前根据进场砂石料的检验情况,将试验室配合比换算成施工配合比,再进行计算出每拌合盘各原材料的用量,抄写在牌上,将各种材料的用量准确无误的输入到拌和机上的应用程序中。
混凝土浇筑前,应对其浇筑方法程序、浇筑的强度要有严格的控制,明确水电供应的保证措施;各环节岗位人员的配备安排;振动工具、数量是否满足本次浇灌的需求;尤其是模板的支撑和刚度、外形尺寸的准确将直接影响结构的外观合格程度;对已绑扎到位钢筋品种、数量及保护层是否合格,密集部位可否振捣不出现问题。在浇筑过程中,还应经常检查拌合物的性能,及时调整配合比;振动棒的走向及布料厚度要明确控制,不允许把振动棒作为布料工具使用,振捣必须到位,防止漏振、过振;同时在施工过程中严格遵循工艺流程,按顺序浇筑,保持分块,分层搭接,不形成冷缝,在初凝前浇接;对试块制作及抽样数量按比例进行,并做好试块的养护。
对已成型的混凝土结构,应及时覆盖及养护;冬季施工混凝土应及早制定防冻措施;炎热季节的防护、大体积混凝土的降温措施、测点的布置等后期保护应采取专门的技术措施。由于使用的水泥强度较混凝土设计强度高,混凝土强度较易达到设计要求,但如果忽视养护工作,只在日照强烈、气候干燥时才对混凝土进行养护,养护时间常常达不到规范要求。致使混凝土表面产生微裂缝,受到有害物质的侵蚀。
养护温度高,水泥的水化速度快,早期强度高,但28d 及56d以后的强度与水泥的品种有关。普通硅酸盐水泥混凝土和硅酸盐混凝土在高温养护后,再转入常温养护至28 d,其强度较一直在常温或标准养护温度下养护至28 d的强度低10%~15%;而掺活性混合材料的混凝土经高温养护后,28d强度可提高10%~40%.当温度低于0oC时,水泥水化停止后,混凝土强度停止发展,同时还会受到冻胀破坏作用,严重影响混凝土的早期强度和后期强度,受冻越早,冻胀破坏作用越大,强度损失越大。当平均气温连续5d低于5oC时,应按冬期施工的规定进行。
环境湿度越高,混凝土的水化程度越高,混凝土的强度越高。反之,造成混凝土干缩开裂,结构疏松,混凝土强度损失较大,耐久性降低。
由此可见,混凝土浇筑完后并不意味着混凝土施工的结束,按规范要求加强养护,特别是早期养护也是保证混凝土质量的关键。
对已拆除模板构件的外观进行检查,对出现的蜂窝、孔洞、麻面、夹渣及裂缝和露筋等质量缺陷在用目观、实测进行验评的基础上,结合试块强度的评定,原材料、配合比、搅拌、养护的情况,综合评定分项工程的质量等级,这种全过程的检查更重要。
当结构混凝土在某方面出现不影响使用性能的缺陷时,不能擅自处理,而应做好实测记录,经监理工程师或有关专家现场检查后,根据缺陷对结构的影响程度制定出处理方法,再进行处理。
作者简介:张艳玲(1982.1-),女,河北沧州人,沧州临港九易市政工程有限公司,技术员
混凝土是由水泥、砂、石和水拌合后,水泥水化反应形成凝胶,将砂、石胶结而成具有一定强度的固体复合材料。其内部结构为:水和水泥作用形成水泥浆,水泥浆包裹在砂的表面,并填充于砂的空隙中成为砂浆,砂浆又包裹在石子的表面,并填充砂子的空隙。水泥浆将砂、石牢固地胶结为一整体,使混凝土具有所需的强度、耐久性等性能。混凝土的结构是非均匀的,也十分复杂,这是由混凝土的组成材料决定的,由于混凝土的配合比及骨料级配等的不同,混凝土的宏观结构也有所不同,在有些混凝土中,水泥砂浆的含量超过骨料之间的空隙,粗骨料之间互不接触,而有些混凝土中,粗骨料用量较多,骨料之间的水泥相对较少,甚至在骨料之间出现孔洞。从微观上看,由于混凝土中各种材料分布不均匀,混凝土的密实度是不均匀的,有些区域是致密的,而有些区域则是多孔的。所以,混凝土在受力前就存在微裂纹,当混凝土受力后,在微裂纹处产生应力集中,使这些微裂纹不断扩展、逐渐汇合连通,形成较大裂缝而使混凝土破坏。因此,应对组成普通混凝土的原材料如水泥、砂、石、掺合料、外加剂及拌合水逐一按质量检验标准检验,使之符合使用标准。对于细骨料要重点检查其质地、级配、细度及含泥量;对粗骨料,要重点检查其质地、级配、针片状颗粒含量、最大粒径及含杂质量。对外加剂应重点检测质量是否符合相应的标准。
一、水泥质量控制
1、选择适宜的水泥品种和水泥标号。目前在工程施工中,大多采用42.5强度等级的普通硅酸盐水泥配制各等级的混凝土,水泥的强度远高于混凝土的强度,如果水泥的用量减少,而加大粗骨料的用量,使混凝土缺乏应有的工作度,增加了施工难度,混凝土难以达到密实成型,尽管混凝土强度可达到设计等级,但混凝土内部孔隙率较大,对混凝土的耐久性造成严重的损害。由此,用42.5强度等级的普通硅酸盐水泥配制混凝土,适当增加细骨料的用量,以减少离析、分层、泌水等带来的不利影响,使混凝土具有良好的和易性,既有利于施工,又能增加混凝土的密实度。另外,在混凝土中掺加磨细粉煤灰对混凝土的抗渗性能有明显的改善,在水灰比为0.5的情况下,掺磨细粉煤灰比不掺或掺原状粉煤灰,混凝土的抗渗性能提高近1倍。
2、水泥生产厂家的选择对使用的水泥应优先采购旋窑生产的合格产品,如立窑生产的水泥应认真检验其组成及主要指标后使用;对进场水泥在检验生产厂家和保证资料时重点查看氧化镁、二氧化硫含量及初凝时间;在安定性项中任一项不符合水泥质量规定的均为废品禁止使用,水泥产品的安定性是一项重要的指标,出厂检验必须合格。为保证质量,工程技术保证资料规定,施工所用的水泥必须经过该地区有资质的试验室复验合格后方可使用。
3、水泥进场时的检验在出厂合格证齐全和化验单符合相应标准的基础上,还需核验进场水泥是否与质保资料相符合,包装标志是否齐全,水泥是否错进或混进,有否受潮结块现象。在认真检查合格后,督促施工单位按批抽样送检,检验项目全部合格后,方可准予拌制混凝土。同时还应根据混凝土工程的特点和所处的环境条件综合考虑选择水泥,对水泥强度一般应是混凝土强度等级的1.5~2.0倍。
4、水泥的储存在不同的工地有不同品种的水泥存放凡方法,为避免施工现场由于操作人员责任性差,保管不严格,造成混合乱用,或在施工过程中因某种水泥短缺而工程又不能停止,便将不同品种水泥进行补充等情况。要对不同品种的水泥分别堆放,并对水泥的品种类别、适用范围、结构物环境进行具体分析才可使用,防止造成质量事故。
二、骨料质量控制
1、粗骨料的选择:混凝土的组成材料中骨料所占的体积在75%以上,它是混凝土最主要的组成材料之一, 骨料不仅构成了结构体的骨架,更重要的是决定着构筑物的力学性能、安全性和耐久性。一般认为骨料的渗透性要比水泥浆体低,而实际上某些骨料的渗透系数与水泥浆体的渗透系数相差不大。当骨料的孔隙率达10%时,其渗透性比水泥浆体还要高得多,选用低渗透骨料用于防水混凝土的施工是十分必要的。骨料的粒径大小也影响着混凝土的抗渗性,骨料粒径较大时更容易在粘结界面上产生较大裂缝,另外在凝结硬化过程中骨料不收缩,包裹的水泥浆体产生不同收缩,颗粒越大收缩值越大,形成的裂缝也多,必然导致抗渗性的下降,最终导致混凝土结构的破坏。
由于骨料多数是就地取材,因而材质的差异较大,天然灰岩是较好的建筑工程用石材,在选材时应注意无风化、水锈、溶蚀等情况,石材的强度应满足要求,控制粗骨料的最大粒径和颗粒级配,减少针、片状颗粒含量。对于中低强度的大体积混凝土,习惯上选择大粒径的骨料或添加20%~25%的毛石用以降低水化热和降低成本,但通过对以往工程的质量回访发现:粒径过大会造成混凝土孔隙率增大,尤其添加毛石后混凝土内部结构不均匀,界面裂缝较大,抗渗性极差,易造成混凝土受侵蚀耐久性降低。如谋工程于1996年开始施工建设,1997年竣工投产, 2001年在扩建工程施工时发现,一期工程中已有部分混凝土基础发生破坏,分析后认为:由于混凝土密实度低,水分渗入后造成混凝土冻胀破坏,同时加剧了混凝土碳化和碱-骨料反应。因而,在施工时应避免此种做法。
2、细骨料的选择:对细骨料的选择要注意以下几点:山砂、河砂等天然砂是建筑工程中的主要用砂,但应控制泥和有机质的含量,人工砂中含有较多的片状颗粒及细粉,且成本较高,配制混凝土时应根据当地的实际情况,尽量选择天然砂作为施工用砂,如天然砂的自然级配不符合要求时,可将山砂、河砂和人工砂按一定比例掺合使用,并选择合理砂率进行混凝土的配制。
工程施工中,应采用杂质少、级配好、粒径适中的粗骨料,并采用坚固性好的粗、细骨料。
三、配合比控制
混凝土配合比的控制是关键中的关键,但质量不稳定情况时有发生,对配合比的控制还应根据设计规定有关要求及工程结构混凝土的特点,确定相应的材料选择。
例如:在程施工中,C35混凝土的水灰比通常采用0.4(侵蚀性环境不大于0.4)左右,但由于混凝土结构多采用人工浇筑,混凝土塌落度仅为3cm-5cm左右,水泥用量仅为规范规定的最小水泥用量250kg/m3,在水灰比不变的情况下,混凝土拌合物的用水量过小,水泥浆的数量不足以很好地包裹骨料的表面,使混凝土拌合物的粘聚性和保水性降低,使得混凝土基础拆模以后,在基础阳角处常常发生缺角掉边和石子外露现象,影响混凝土的外观质量和耐久性。而用水量过多,会产生流浆、泌水、离析和分层等现象,同样使混凝土拌合物的粘聚性和保水性降低,并易产生崩塌现象,混凝土强度和耐久性降低。故采用较小的水灰比,并限制最大水灰比和最小水泥用量,以保证混凝土的孔隙率较小。混凝土拌合物的用水量应严格控制,以满足拌合物流动性为准。
四、外加剂的控制
在实际施工中,由于外加剂本身的质量效果,或由于外加剂品种选择不当,以及水泥对外加剂的适用性等问题,出现因此造成质量事故的现象。所以在应用普及外加剂的同时,应采取有效措施,加强对外加剂产品质量的管理。
施工中必须重视对外加剂的质量控制。首先检查外加剂的生产厂家是否有生产许可证;在核验质保资料时,检查是否有法定检测单位出具的有效期内掺用指标报告,生产厂家一般只是提供产品说明书或匀质试验数据,这是不够的;其次,在外加剂的使用前,要安排作出有关实际效果的试验,以确定外加剂与使用水泥是否达到设计性能要求,这是防止误用或错用的保证。目前建筑工程中经常使用的外加剂多为木质素磺酸钙(简称木钙),木钙因其原料广、成本低,而广泛地用于混凝土工程作为缓凝引气减水剂,一般为0.2%~0.3%.使用该剂后,在混凝土拌合物流动性和水泥用量不变的情况下,可减少用水量10%,28d强度提高10%~20%,并可使混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性有明显提高。但掺量过多,会使缓凝作用延长,混凝土甚至几天都不硬化,且含气量增加,混凝土强度下降。冬季施工或气温低于5oC时,要与早强剂复合使用,不宜单独使用。
五、混凝土施工中的质量控制
对于面广量大的施工现场配制混凝土,在每次拌制前根据进场砂石料的检验情况,将试验室配合比换算成施工配合比,再进行计算出每拌合盘各原材料的用量,抄写在牌上,将各种材料的用量准确无误的输入到拌和机上的应用程序中。
混凝土浇筑前,应对其浇筑方法程序、浇筑的强度要有严格的控制,明确水电供应的保证措施;各环节岗位人员的配备安排;振动工具、数量是否满足本次浇灌的需求;尤其是模板的支撑和刚度、外形尺寸的准确将直接影响结构的外观合格程度;对已绑扎到位钢筋品种、数量及保护层是否合格,密集部位可否振捣不出现问题。在浇筑过程中,还应经常检查拌合物的性能,及时调整配合比;振动棒的走向及布料厚度要明确控制,不允许把振动棒作为布料工具使用,振捣必须到位,防止漏振、过振;同时在施工过程中严格遵循工艺流程,按顺序浇筑,保持分块,分层搭接,不形成冷缝,在初凝前浇接;对试块制作及抽样数量按比例进行,并做好试块的养护。
对已成型的混凝土结构,应及时覆盖及养护;冬季施工混凝土应及早制定防冻措施;炎热季节的防护、大体积混凝土的降温措施、测点的布置等后期保护应采取专门的技术措施。由于使用的水泥强度较混凝土设计强度高,混凝土强度较易达到设计要求,但如果忽视养护工作,只在日照强烈、气候干燥时才对混凝土进行养护,养护时间常常达不到规范要求。致使混凝土表面产生微裂缝,受到有害物质的侵蚀。
养护温度高,水泥的水化速度快,早期强度高,但28d 及56d以后的强度与水泥的品种有关。普通硅酸盐水泥混凝土和硅酸盐混凝土在高温养护后,再转入常温养护至28 d,其强度较一直在常温或标准养护温度下养护至28 d的强度低10%~15%;而掺活性混合材料的混凝土经高温养护后,28d强度可提高10%~40%.当温度低于0oC时,水泥水化停止后,混凝土强度停止发展,同时还会受到冻胀破坏作用,严重影响混凝土的早期强度和后期强度,受冻越早,冻胀破坏作用越大,强度损失越大。当平均气温连续5d低于5oC时,应按冬期施工的规定进行。
环境湿度越高,混凝土的水化程度越高,混凝土的强度越高。反之,造成混凝土干缩开裂,结构疏松,混凝土强度损失较大,耐久性降低。
由此可见,混凝土浇筑完后并不意味着混凝土施工的结束,按规范要求加强养护,特别是早期养护也是保证混凝土质量的关键。
对已拆除模板构件的外观进行检查,对出现的蜂窝、孔洞、麻面、夹渣及裂缝和露筋等质量缺陷在用目观、实测进行验评的基础上,结合试块强度的评定,原材料、配合比、搅拌、养护的情况,综合评定分项工程的质量等级,这种全过程的检查更重要。
当结构混凝土在某方面出现不影响使用性能的缺陷时,不能擅自处理,而应做好实测记录,经监理工程师或有关专家现场检查后,根据缺陷对结构的影响程度制定出处理方法,再进行处理。
作者简介:张艳玲(1982.1-),女,河北沧州人,沧州临港九易市政工程有限公司,技术员