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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、天津大学校外硕士导师,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,中国土木工程学会混凝土耐久性专业委员会委员,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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关于混凝土企业质量风险——外部因素若干问题探讨  

2017-01-10 00:08:23|  分类: 混凝土质量控制 |  标签: |举报 |字号 订阅

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0 前言

预拌混凝土生产企业是服务型的企业。为需方供应的混凝土拌合物是“半成品”建筑材料,交付后其最终成品质量受需方接收后的过程控制影响但有很大差别;半成品的检验样品和最终成品质量的检测又由有资质的第三方检测机构来进行。也就是说,半成品交付后的成品质量控制和检测质量控制,混凝土企业极少有掌控权和话语权,这对混凝土企业极为不利。

影响混凝土成品质量和检测结果的因素较多,这些因素加大了混凝土企业的质量风险。譬如:半成品交付后需方不按有关标准规定去控制质量,或其他原因造成混凝土结构实体出现了质量问题,以及检测试件代表性很差或检测环节疏忽造成检测结果严重失准出现不合格等,无论责任人是谁或是什么原因造成的,混凝土企业都脱不掉干系,而这些环节混凝土企业又很难采取措施加以防范,因处于弱势地位而不得不被迫承担一定的责任,往往要蒙受经济损失和信誉受损。的确,混凝土公司在许多情况下很被动,更无奈,可以说预拌混凝土是“伤心混凝土”。外部因素造成混凝土企业质量风险加大主要有以下几方面的因素:

1 施工过程造成的混凝土企业质量风险

混凝土公司最头疼的事是施工企业不按有关标准规范进行施工,当混凝土浇筑后出现质量问题时,却要混凝土公司承担责任。由于需方与混凝土公司是买方与卖方的关系,混凝土公司又往往是先垫资供应混凝土,因此处理问题时吃亏受损自然在所难免。

在工程施工过程中,存在一些严重影响工程质量的违规行为。造成的原因主要是业主为尽快收回投资成本和产生效益,工期要求紧,大多数建筑施工企业为了赶工期,只能把施工进度放在第一位,对于预拌混凝土这种可以推卸责任的建筑材料自然不太重视;而工程监理处于业主与施工企业之间,自然权利有限,常常很难正常开展工作,更何况“以进度求效益”是各方高度保持一致的经营理念;而质监站由于人员严重不足,因此在工程施工过程中的监督有限。施工中存在的问题主要有:

1.1 混凝土结构养护和拆模问题

新拌混凝土在施工环节,如果不重视质量,不按有关标准要求施工,混凝土浇筑后不采取有效措施做好维护保养工作,那么最终成品的质量将受到严重影响。好比烧制产品(如陶瓷),用同样的原材料、同样的配方、同一工艺制作的陶坯,如果在烧制环节控制不当,就可能会出次品或废品,可见半成品交付后的质量控制环节对成品质量影响非常大。

对浇筑后的混凝土结构不洒水养护是普遍现象,存在问题最大的是竖向结构,如柱、墙等。回弹推定强度就是最好的证明,回弹“不合格”的部位十之八九都出现在竖向结构,而梁和楼板极少出现回弹不合格的情况。原因在于梁和楼板的模板拆除时间较晚(一般在 10d 以上),且混凝土表面基本都采用塑料薄膜覆盖 8~20h。而竖向结构由于养护不便也就不养护了,并且一般浇筑后 1d 左右就拆模。梁和楼板仅仅采取了这样的“养护”措施,回弹一般都没问题,说明混凝土拌合物质量是可以信赖的。因此,养护是影响混凝土成品质量的重要因素。

干缩湿长是混凝土的物理特性。在大风、干燥和高温的天气条件下,大坍落度混凝土表面的密实度较差,表面水分极易蒸发,所以混凝土表面收缩裂缝的产生,就是由于表面失水过快造成的。

低温施工的混凝土,有些施工单位未等到混凝土具有一定的强度就揭开塑料薄膜进行放线,结果由于揭膜过早造成了许多裂缝;冬期施工的混凝土,在混凝土未达到受冻临界强度就拆除保温材料的情况也很常见。这些有损混凝土结构质量的行为,都是为赶工期造成的。

例如:某框架混凝土结构,一层柱子采用同一批预拌混凝土泵送施工。施工单位在混凝土凝结后,有一部分柱子模板拆除过早(局部有被模板粘坏的痕迹,且因失水过快引起混凝土表面泛白并有干裂缝),而另一部分柱子的模板拆除要晚 1~2d,但均未采取任何养护措施。在进行回弹检测时,拆模过早的柱子碳化要比晚拆模的深 3.0mm 左右,其回弹推定强度低近 10MPa。

另外,笔者成型了 C30 和 C50 泵送混凝土试件(150mm立方体,每组各为 10 块),进行了不同养护方法的抗压与回弹强度对比试验,检验结果见表 1 和表 2。

表 1 C30 试件不同养护方法检验结果
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表 1 试验结果证明,环境湿度对混凝土强度和碳化的影响很大,尤其是回弹推定强度。造成的主要原因是试件暴露于大气中,表面失水较快,而内部失水相对较慢,水泥的水化更充分,因此内部实际强度比表面要高;失水快会造成混凝土表面疏松,加快碳化,用硬度的方法检测必然失准。可以说,对于浇筑后不对结构浇水养护的情况下,采用统一测强曲线推定的强度比设计低一两个等级,混凝土质量是没有问题的。

表 2 C50 试件不同养护方法检验结果
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说明:标养试件前提前 4d 取出风干再作检验。

试验表明,只要混凝土浇筑后保湿保温养护3d~5d,一般对混凝土强度不会产生较大的影响,相应裂缝也会减少很多,耐久性将大幅提高。

另外,值得一提的是,如果模板吸水性大,也将影响混凝土结构实体质量和降低回弹推定强度。特别是周转次数多的模板,其表面粗糙、吸水性大、孔洞多等,易造成刚浇筑的混凝土浆体流失,水分损失加快。

1.2 施工人员往混凝土拌合物中加水问题

施工人员往混凝土拌合物中加水已成难治的“顽症”。主要是现在的工人紧缺,素质与专业技术水平不高,混凝土坍落度和流动性工人说了算,无论浇筑什么部位,总希望混凝土拌合物自流平更好;施工管理人员管不住工人的情况较多,混凝土公司更是没办法,只能偷偷拍几张照片备用。的确,加水问题在许多工地基本处于失控状态,严重影响了工程质量。

向已搅拌好的混凝土中加水不仅会降低强度,更重要的是会改变了混凝土的匀质性(在泵送、浇筑和振捣过程中加剧混凝土拌合物的分层离析),加大了混凝土的收缩,对硬化后的混凝土结构耐久性影响很大。

1.3 混凝土浇筑问题

新拌混凝土的浇筑顺序应是:浇筑墙、柱等较高的构件时,一次浇筑高度以混凝土不离析为准,一般每层不超过500mm,捣平后再浇筑上层,浇筑时要注意振捣到位,使混凝土充满端头角落;当楼板、梁、墙、柱一起浇筑时,先浇筑墙、柱,待混凝土沉实后,再浇筑梁和楼板;当楼板和梁一起浇筑时,先浇筑梁,再浇筑楼板。

但是我们发现,大多数施工单位并不是按上面的顺序浇筑混凝土,比如墙、柱等竖向结构,基本都是一次浇筑到位,分层浇筑的已经很少见了,这种浇筑方式加大了混凝土结构产生裂缝的几率;也有个别工程在混凝土浇筑过程中,出现高强度等级的柱或墙浇筑高度不够(楼板或梁位置周围未设隔离网),只浇筑到楼板的底面位置,浇筑楼板和梁时一起浇平,这就造成了上一层柱或墙浇筑在低等级的混凝土楼板上,这应该是严重的违规施工操作。

1.4 混凝土结构钢筋保护层问题

钢筋在混凝土中所处的位置对结构整体质量极为重要。因此,为保证钢筋与混凝土之间粘结力的传递,必须有一定的混凝土保护层厚度(从混凝土表面到钢筋公称直径外边缘之间的最小距离),如果钢筋的保护层厚度不够,对构件的耐久性影响很大。以保护层厚度为 20mm 的钢筋混凝土板为例,如果出现 5mm 的允许负偏差,就可使钢筋出现锈蚀的年限缩短约 40%。可想而知,当混凝土浇筑后半年就出现了钢筋锈蚀,这种情况对建筑物所造成危害很大,笔者在某工程就目睹到了这个问题。

混凝土保护层厚度过薄容易在混凝土施工中因新拌混凝土的塑性沉降和硬化混凝土的收缩引起顺筋开裂;当顶面钢筋的混凝土保护层过薄时,新拌混凝土的抹面整平工序也会促使混凝土硬化后的顺筋开裂。当裂缝已影响到或可能发展到影响结构性能、使用功能或耐久性时,必须妥当处理。

混凝土保护层过薄直接影响对钢筋的保护作用,即使混凝土没有产生裂缝或有害裂缝,但是混凝土在空气中会发生碳化,当混凝土碳化深度达到钢筋表面时,钢筋钝化膜就会被破坏,引起钢筋锈蚀,当钢筋锈蚀到一定程度时,会引起混凝土胀裂,引发质量事故。因此,加强混凝土浇筑前的钢筋验收和混凝土浇筑时的振捣操作(用振动棒碰撞钢筋容易引起保护层垫块移位)管理,是保证工程质量的重要环节之一。

1.5 关于钢筋连接接头问题

钢筋在混凝土工程中所起的作用与人体中的骨骼一样重要。

在建设工程施工过程中,钢筋的长度不可能都满足结构需要,当长度不够时必须经接长处理;另外,为降低工程成本和减少浪费,短钢筋也要通过接长加工后用于工程上。

目前,混凝土结构用钢筋的接长工艺主要采用直螺纹、闪光对焊、电弧焊等。关于连接接头质量,有的单位不够重视,所送检的接头样品常常采用较短的钢筋头专门连接而成,并非严格按规定分批抽样验收,因此其代表性和可靠性值得怀疑。如果结构中的钢筋连接接头存在问题,将严重影响结构安全。比如裂缝,如果混凝土梁产生了有害裂缝,虽然产生的原因很多,但不能排除梁中的主筋连接接头质量就没有问题。因此,加强钢筋连接接头质量的验收和检验(特别是主筋),是保证工程质量不可忽视的重要环节。

2 检测造成的混凝土企业质量风险

对于应用预拌混凝土的需方来说,仅预拌混凝土标养强度达到设计要求那还是不行的,总希望混凝土企业保证非破损或半破损检测强度也要达到设计要求,否则就跟你没完,这种推卸责任的事情屡见不鲜,加大了混凝土企业的质量风险。混凝土企业面临的检测风险主要有:

2.1 压力试验机问题

试验机对抗压强度的影响往往被人们忽略,事实上抗压强度试验结果并不完全可靠,由于试验机本身各种特征的差异,对于混凝土强度试验结果具有很大影响。质量相同的试件在不同试验机上试验,强度差异有时可达 20% 以上;即使是同一台试验机,试验结果也有不小的波动,差异不仅体现在强度大小上,有时试件的变形破坏模式也有所不同。

通过观察和比对试验,发现存在问题最大的是“大个”压力试验机。“大个”压力试验机一般在成立较早的检测机构或大型检测机构才能见到,如 YE—200A 型等。主要存在以下问题:

(1)“大个”压力试验机上下承压板又厚又重又宽(长方形的则长),当检测小试件(边长 100mm)时,由于其尺寸较小,上承压板常常不能有效自动找平,若试件的一个侧面出现过度压坏(见图 1),所产生的试验结果误差较大,最大时可达到 20MPa 左右。

(2)“大个”压力试验机上下承压板的板面不是一个整体,而是由四块钢板组合并用螺丝固定而成的。其中,在中间位置上下各有四个螺丝孔(孔径约 10mm,见图 2),而这四个对称的螺丝孔正好处于小试件的四个角,这实际就造成了试件受压面积的减少,所产生的试验误差难以确定。
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图 1 上压板不能有效自动找平,试件的一个侧面出现过度压坏
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图 2 该类试验机压板的板面是由四块钢板组合而成

(3)承压板上无试件“对中”标记的压力试验机。这种压力试验机在试件安装时完全凭个人“感觉”放置,对于有“对中”标记的压力试验机都很难做到完全对中,更何况无试件对中标记的压力试验机,发生检验结果无效或三个试件强度差距较大自然是常有的事,产生这种情况的主要原因是检验时试件偏心率较大。偏心率产生弯曲力矩,导致应力分布不均匀,使试件一侧压碎是影响强度的重要因素。

2.2 非破损、半破损检测问题

这个问题在不少期刊上进行过讨论,争议较大,矛盾突出。根本原因在于,非破损、半破损的检测方法不可靠,仪器设备存在诸多缺陷,检测结果误差大(不是偏高,而是偏低或低得多),可靠性和可信度不高,人为因素较多等。往往给工程质量下了不公正的检测结论,给一些施工单位和混凝土公司造成负面影响和经济损失。

问题更大的还不是检测方法和仪器设备,而是许多地区质监站强制要求在进行混凝土结构主体验收前,必须对结构实体进行非破损或半破损强度检测,否则不予验收,这种将公认误差大的检测方法进行大力推广和强制要求是欠妥的。《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204(2011 年版)标准第 10.1.3 条很明确地表达了结构实体强度应以在混凝土浇筑地点制备并与结构实体同条件养护的试件强度为依据,而不是以非破损或半破损检验为依据。因此,应该努力管好同条件养护试件的见证取样、制作、养护和送验,并以此检验结果验收混凝土结构实体强度,这种做法才更合理、更科学,才能符合国家规范要求。

回弹推定的混凝土强度一般比实际低 10%~25%,对浇筑后脱模过早又不浇水养护的混凝土结构,其回弹推定强度更低。笔者曾经拌制大流动性的 C20、C30、C40 和 C50 混凝土,所成型的试件采用标准养护和室外自然养护,分别进行了 14d、28d、60d、90d、180d 和 360d 的抗压强度与回弹推定强度检验,结果发现回弹推定强度 28d 以后增长不多(这应该是回弹法矛盾突出的主要原因);而抗压强度随着龄期的延长明显在不断增长,360d 抗压强度普遍比 28d 高 15MPa以上。

采用钻芯法检验混凝土抗压强度时,如果试件的平整度和垂直度达不到规定要求,则超差越大,强度降低越多,有的可造成 20MPa 以上的试验误差。

2.3 混凝土试模和试件问题

目前,成型混凝土试件用的模具以“塑质”为主。塑料试模由于具有质量轻、价格便宜和脱模快等特点,因此被广泛应用。但是,有些制造厂生产的试模质量根本达不到标准规定的技术指标要求,而施工现场在交货检验成型试件时,相关人员根本不关心或不注意,拿来就用。试模质量存在问题最常见的是尺寸达不到规定要求,而检测试验人员在试验前又基本没有测量试件尺寸的习惯,当发生试件不合格时,无法提供可追溯性的依据,只能采取非正常检测进行处理。当然,交货检验试件还存在代表性、养护、放置多天不脱模等问题,这些都是造成混凝土公司质量风险加大的重要因素。

混凝土试件尺寸对检测结果影响很大。笔者做过一些对比试验,发现有的试块受压面中部凸起或凹心,有的试块高度不一致等问题,尺寸或形状有问题的试件可造成混凝土抗压强度降低 10% 以上。因此,混凝土试模和试件问题应引起相关人员的重视,在使用时应对试模或试件尺寸进行测量,杜绝不合格的试模用于成型试件。

3 总结

3.1 工程施工方面

有些建筑施工企业存在管理不到位,许多工程监理没有正常发挥作用,工程质量监督还得靠地方质监站。因为质监站发现问题下达了“整改通知”,施工单位和工程监理才会引起重视,如果不重视还有“不良记录”,也可在网上“通报”或采取其他处罚措施。可以说,只有质监站才能在工程质量控制上发挥更大的作用。但是,许多地方质监站人员数量不能满足工程施工过程监督的需要,很多时候“预约”或“请”才去“检查或验收”,这个问题应该引起地方政府的高度重视。

3.2 检测方面

检测机构应注重社会形象,为保证检测结果的公平、公正和科学性,正确使用检测仪器设备(检定合格的不一定都适合用于检测被检对象),应经常测量送检的混凝土试件,尽量避免误判而发生“冤案”。同时,建议地方检测机构主管部门,应组织专家对检测机构压力试验机进行准确性和适用范围的确认(比对试验与实物观察相结合),制止个别检测机构不公正、不科学的检测行为。特别是在已联网并将检测数据传递到检测主管部门的地区,其检测数据的准确性显得更加重要。

非破损、半破损检测方法不应强制执行。相比而言,芯样抗压强度比回弹推定强度更接近混凝土结构实体强度。“回弹”不合格的“钻芯”一般都合格,这是事实。因此,回弹法称不上检测,更不应该收费,回弹仪顶多可以作为结构验收检查时测量混凝土表面硬度的工具,当结构验收硬度测量对混凝土实体强度产生质疑时,为确保工程质量万无一失,应要求施工单位委托有资质的检测机构采取钻芯法来检验实体强度,这种做法更为合理,也更为准确。

如果结构验收必须对混凝土实体强度进行非破损或半破损检测,笔者建议采取以下方式更为合适:

(1)验收时,以相同的混凝土强度等级、原材料、配合比、生产工艺、成型工艺、养护条件基本一致且龄期相近的同类结构或构件作为一个验收批。

(2)每一验收批应随机抽取不少于 5 个测区进行硬度测量。

(3)每一测区面积约 0.1㎡,记取 30 个回弹值(《规程》规定记取16个点,而笔者依据数理统计所需样本至少 30 个,认为应取 30个回弹值),计算时剔除 5 个最大值和 5 个最小值,以余下的 20 个回弹值的平均值查 JGJ/T23—2011 规程中的“测区混凝土强度换算表”;当测量回弹仪为非水平、表面或底面时,应根据“规程”要求对回弹值进行修正,然后再查表。

(4)为确保推定强度更接近混凝土结构实体强度,查表时不应考虑碳化深度。

(5)在气候干燥的地区,养护不当的混凝土表面会产生疏松层,回弹前应清除疏松层;薄型构件必须加以可靠支撑后方可回弹。

(6)当某一测区回弹平均值所对应的表中(碳化深度为 0)强度达不到结构设计强度的 95% 时,应在该测区相邻位置加倍回弹,若推定强度仍达不到设计强度的 95%,则要求施工单位委托有资质的检测机构对该区域进行钻芯取样检验,芯样抗压强度可以作为结构强度验收的一个依据。

为减少回弹误判和钻芯对结构性能造成伤害,地方质监站应组织检测机构共同开展混凝土硬度推定强度和钻芯强度比对检验,并对所测数据进行统计分析,以便今后更准确地处理问题,尽力消除回弹法引发的各种矛盾。

杨绍林1,邹宇良2

(1. 郑州郑东混凝土有限公司,河南 郑州 450046;2. 河南远兴建设有限公司商砼站,河南 安阳 455000)
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