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止于至善

有混凝土的地方,就会有我

 
 
 

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关于我

闻宝联,工学博士,教授级高工,天津市市政工程研究院副总工程师,同济大学、天津大学、河北工大、北京交大硕士导师,新加坡《urban transportation &construction》杂志副主编,中国土木工程学会混凝土质量专业委员会委员、混凝土耐久性专业委员会委员,全国混凝土标准化技术委员会委员,中国建筑业协会混凝土分会专家组成员,中国腐蚀与防护学会建筑工程专业委员会委员,中国商品混凝土企业联合会专家委员会主任委员,中国硅酸盐学会混凝土与水泥制品协会理事,数十项国家重点工程混凝土专项技术指导。

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对现代混凝土质量问题的反思及对策  

2016-11-25 05:46:39|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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对现代混凝土质量问题的反思及对策

              砼喜砼乐   老潘

   本文通过对比分析,阐述不同品质的水泥及规范标准间的不协调对混凝土强度长期发展带来的不利影响,并据此提出相应的应对措施,防止和避免质量问题和质量事故的发生。

关键词  水泥粒径  规范标准  不协调  强度发展

耐久性  对策

1824年水泥诞生至今已有近200年的历史,经前人的不懈努力,混凝土技术已是日臻完善,各种规范标准也是应有尽有,但是,随着科学技术的不断进步,应用领域的不断扩展,我们身边的混凝土质量问题不是越来越少,反而是越来越多,比如说,强度偏低的问题、裂缝的问题、渗漏的问题、耐磨性差的问题等等时有发生,特别是近些年来一些钢筋混凝土桥梁、高架桥等重大质量事故不时地撞击人们的眼球,不得不让人从新思考现代混凝土技术到底还存在什么难解之谜、还有什么死角和盲区等待我们去发现和解决、难道说质量问题和质量事故的发生都是现场施工管理者的责任吗?这些问题值得我们认真思考和反思。

经过多年的应用比对分析,笔者认为,大量质量问题和质量事故的发生除了与现场的施工管理有关外,还与水泥品质的高低及规范标准间的不协调有直接的联系,也就是说,我们的顶层设计还存在着一些急待改进和完善的问题,而这些问题过去却一直被我们所忽视,导致质量问题一而再再而三的发生,且层出不穷。下面,笔者通过旁征侧引和对比分析来进一步阐述这些问题,不妥之处恳请指正。

    一、水泥品质的差异问题

众所周知,现有水泥是以28天强度值作为评定基准的,至于28天后强度如何发展,水泥标准并没有给出明确的规定和要求,以至于水泥生产企业只要按保证28天强度进行水泥生产就可以了。其实,混凝土28天以后的强度发展除了与水泥中的矿物成分比例及后续的养护条件有关外,还与水泥矿物颗粒粒径的大小有直接的联系,以通用硅酸盐水泥中最大含量的硅酸三钙矿物为例,28天的水化深度大约是10um,相对于颗粒粒径绝大多数在30um以下的水泥而言,28天水化已完成90%以上,也就是说,28天后即使养护条件再好,混凝土强度也没有多少增长的余地。

到目前为止,对混凝土强度长期发展最有说服力的是日本小樽港持续长达百年的相关试验数据。根据资料[2]介绍,始建于1897年的小樽港,在建设初期制作了6万多个试件,放在海水中、大气中、淡水中分别进行长期耐久性试验,试验结果表明,三者的长期强度发展趋势是基本一致的,其中,试件在自然的大气环境中存放3040年强度达到最高,大约提高100%,然后逐年下降,存放95年,强度从最高点下降约40%,但仍高于28天强度约20%,当年所用的水泥颗粒粒径是200um方孔筛筛余量小于10%,其平均粒径远大于目前国内标准使用的80um方孔筛筛余量小于10%的水泥平均粒径。

为了与小樽港的数据进行对比,日本海洋工程研究所也进行了相关的试验,试验结果表明,在海洋气候环境条件下,对于比表面积下限在250/kg的水泥,混凝土存放5年抗压强度达到最高,增长约40%,然后逐年下降,至10年甚至低于原来的28天强度。

从以上数据对比分析可知,水泥颗粒粒径的大小对混凝土强度的长期发展起着决定性的作用,当水泥颗粒粒径大于30 um,粒径越大,混凝土28天后强度增长的幅度也越大,持续增长的时间也越长,而目前的国家标准,将水泥比表面积下限定在相对较大的300/kg,可实际生产的水泥比表面积多在360400/kg之间,相应的水泥颗粒粒径绝大多数都在30 um以下,虽然有利于提高混凝土的早期强度,但是对于混凝土强度的长期发展却是不利的,加之有的水泥生产企业为了追求利润的最大化,会将水泥磨得越来越细,早强特征越来越明显,在此前提下,期盼通过后期强度的大幅增长来保证混凝土的耐久性几乎是不可能,而恰恰相反的是,混凝土强度的长期发展将会由短期的上升很快转为逐年下降,国内多起钢筋混凝土桥梁、高架桥质量事故大都发生在使用期满十年这一关键的时间节点之后也就不足为奇,因为以当时的水泥比表面积标准与资料[2]日本海洋工程研究所的水泥比表面积进行对比可以推断,如果在配合比设计时施工企业没有大幅提高混凝土配制强度,实际结构混凝土强度已自然下降至设计值以下,发生质量事故也就在所难免。由此可见,即使是满足国家标准的水泥,由于其颗粒粒径大小的不同而导致水泥品质上存在的差异,对混凝土结构长期使用安全将会造成直接的影响。

鉴于目前国内混凝土强度在自然环境中长期发展的相关数据鲜有见之,更多的是引用实验室标养试件的数据而缺乏说服力;另外,对于我们每个人身边住用的建筑工程来说,由于结构混凝土表面都进行了装饰装修,使混凝土与外界环境隔绝而对其起到了很好的保护作用,混凝土强度也就不会因环境有害介质的侵入而大幅降低并发生质量事故,从而也就自觉或不自觉地影响了人们对混凝土强度长期发展的重视,故这一直是被我们所忽视的问题而鲜见提及。

    二、规范标准间的不协调问题

与混凝土质量相关的规范标准有材料标准、设计规范、施工验收规范、评定标准和检测技术规程,这些规范标准是否协调统一、如不统一是否会对工程质量带来不利影响,这是值得我们进一步分析和研究的问题。

首先,设计规范对混凝土结构的使用年限是有明确界定的,但其相应对结构耐久性的要求也仅限于最低混凝土强度等级、最大水胶比、最小胶凝材料用量及对钢筋的保护等等,对于如何保证混凝土在其使用年限内强度不降低缺乏必要的相应条款,而目前的国家水泥标准对混凝土强度的长期发展又不能提供足够的信任和保证,这是规范标准间的盲区,导致没有任何防护措施的露天结构混凝土因强度的自然下降而引发质量事故也就不可避免,这是其一。

其二,国家设计规范、施工验收规范都明确规定,标准试件强度与实际结构强度之间存在0.88的换算关系,这一换算关系美国和德国取0.85,丹麦取0.90,挪威取0.70,也就是说,许多发达国家的标准也都认为两者之间由于工作环境和养护条件存在明显差异,需要进行换算,所不同的是取值不一,而我国现行的通用检测技术规程却认为不存在这一差异,不能进行换算,由此导致检测技术规程仅此就高于国家验收标准13.6%。另外,国家评定标准统计法要求,标养试件的平均强度必须大于设计强度加上0.7倍的标准差,而行业检测技术规程却要求,实际结构强度必须大于设计强度加上1.2221.478倍的标准差,后者要求明显高于前者。由此可见,上述两者叠加,如采用此规程对实际结构强度进行检测而常常出现不合格的现象也就不足为奇,特别是对于那些使用期超过10年且没有对混凝土采取任何保护措施的露天结构,由于强度的自然下降,一旦事故发生而采用此规程进行判定,现场管理者承担不该承担的责任也就成为可能,冤案的出现也就难以避免,大量的施工现场检测数据也充分证明了这一点。

众所周知,行业标准高于国家标准是合适的,但是,行业标准作为最终质量评判的法律依据高于国家标准那是值得商议的。

其三,混凝土路面必须具有良好的耐磨性这是不言而喻的,但设计规范、施工验收规范对混凝土耐磨性的要求却没有明确的量化控制指标,虽然道路水泥标准对水泥的耐磨性有相关的要求,但是,在矿物掺合料大量使用的今天,就耐磨性而言,规范标准对其掺量并没有给出明确的条款加以限制,导致原有基准水泥的耐磨性被弱化,这同样是规范标准间的盲区,由此导致路面起灰起砂的问题时有发生,即使对簿公堂,法官也难以依法判定,因为耐磨性要求是隐含的,并非规范或图纸明确的,相关的案例也并不少见。

另外,大量的混凝土结构裂缝问题、楼(屋)面板渗漏问题多是因矿物掺合料不加限制的使用及水泥中混合材用量超标而引起,因为混合材和掺合料相对于基准水泥来说硬化收缩大且比重小,在振捣的过程中,混凝土自然会出现微观上的分层离析,均质性和密实性都会降低而引发质量问题,虽然耐久性设计规范对其掺量有明确要求,但毕竟是推荐使用的设计规范而非强制执行的施工标准,因此,矿物掺合料应如何合理使用的问题,必须引起高度重视,不能因为节能环保或降低成本而随意扩大使用范围和用量,否则,容易导致上述质量问题的发生而影响结构的正常使用。

    三、解决问题的相应对策

对于上述水泥及规范标准存在的问题,作为现场施工管理者,虽然我们无法改变现状,但必须想方设法规避其可能带来的风险并保证混凝土结构在其使用年限内安全可靠的工作。

一是将水泥比表面积控制在300350/kg之间,最大限度的保证混凝土28天后强度仍有较大幅度的增长,同时,适当提高混凝土配合比设计时的配制强度,以保证实际结构混凝土强度经得起不同规范标准的检查验收,增强混凝土结构的耐久性。

二是对于露天结构混凝土,为防止雨水冲刷及环境有害介质侵蚀而导致混凝土强度的快速降低,应有针对性的在混凝土表面采取装饰装修措施加以保护,而对于结构表面无法采取保护措施的混凝土,可采取上述第一点的办法来提高混凝土结构的耐久性。

三是对于混凝土表面有耐磨性要求的路面、码头面层、机场道面等,除按第一点控制比表面积外,应优先选用道路硅酸盐水泥或硅酸盐水泥,不宜使用矿渣水泥、粉煤灰水泥或复合水泥,更不宜在混凝土配合比设计时掺加矿渣、粉煤灰等矿物掺合料,以确保混凝土在使用年限内具有足够的表面耐磨性。

四是对于不同环境、不同结构、不同保护层厚度的混凝土,其矿物掺合料的最大掺量应严格按《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476-2008)的条款执行,同时,必须对水泥中的混合材掺量进行严格的检测,以确保施工配合比设计时掺合料用量控制不超标。另外,在混凝土施工配合比设计完成后,应对所选用的胶凝材料组合进行安定性检测,确保胶凝材料组合具有良好的体积稳定性。

四、对现行规范标准修改的几点建议

一是对水泥标准修改的建议。应将水泥比表面积指标下限降至250/kg,上限控制在350/kg以内,从源头上安全可靠的通过混凝土后期强度的大幅增长和密实度的大幅提高来保证混凝土结构长期使用的可靠性,而对于早强水泥及高强水泥,限值可适当放宽。另外,应将水泥中的混合材参量检测作为强制性条款列入施工验收规范,防止水泥中混合材掺量超标而影响水泥的品质及施工配合比设计。

二是对混凝土结构设计规范修改的建议。设计规范仅对钢筋进行保护是不够的,混凝土长期强度的降低同样危及结构的安全,必须根据结构所处的环境及水泥品质的不同,分别提出更加具体有效的混凝土强度保证措施,比如说前面提到的对露天结构的混凝土表面进行有效的装饰装修,防止有害介质的侵入而导致混凝土长期强度的降低,为混凝土在使用年限内安全可靠的工作提供有效的保障。

三是对检测技术规程修改的建议。检测技术规程必须与设计、施工验收及评定标准相统一,必须充分考虑上述规范明确的标养试件强度与实践结构强度存在的0.88的换算关系,不能因为自身试验结果的不同而加以否定,有失检测结果的公平性与公正性。

四是对有耐磨性要求的路面、码头面及机场道面等,应将耐磨性要求进行量化,并明确地编入结构设计规范及施工验收规范,做到有章可循,防患未然。

五、结语

   对于许多现场的施工管理者来说,人们往往习惯于并虔诚的把规范标准当作“圣经”来逐字逐句阅读而从不怀疑其合理性,当现场质量问题出现后,更多的是从自身管理去查找原因。其实,随着科技的不断进步和人们认识的不断提高,规范标准是在不断的变化和发展的,上述这些问题如果不能及时得到合理有效的解决,对当前混凝土的技术进步和科学发展是不利的,同时,对人民生命财产安全也将会造成较大的影响。对于现场管理者,我们必须充分认识规范标准的现状及可能引发的质量问题,并采取积极有效的措施加以应对,只有这样,才能确保我们的建设项目经得起时间的检验和历史的考验,履行好我们建设者应尽的责任和义务。

 

                      2015315

参考文献 

1]冯乃谦,顾晴霞,郝挺宇,混凝土结构的裂缝与对策,北京,机械工业出版社,2008

2]冯乃谦,在港湾、海洋结构物中水泥混凝土的长期性能,混凝土与水泥制品,2002年第6

3()小林一辅主编,王晓云 邓     译,混凝土实用手册,北京,中国电力出版社,2010

4]钻芯法检测混凝土强度技术规程,CECS03:2007,北京,中国建筑工业出版社,2007  

5]张雪芹,石常军,张瑞红,水泥生产质量控制与管理,北京,中国建筑工业出版社,2006

6]混凝土结构耐久性设计规范 ,GBT 504762008 ,北京,,中国建筑工业出版社,2009

7]通用硅酸盐水泥,GB 175 2007,北京,中国标准出版社,2010

8]道路硅酸盐水泥,GB 136932005,北京,中国标准出版社,2005

9]混凝土结构工程施工质量验收规范,GB502042002,北京,中国建筑工业出版社,2010

10]混凝土结构设计规范,GB50010 2010,北京,中国建筑工业出版社,2010

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