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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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关于混凝土-我的几点感悟(九)  

2017-09-15 07:05:53|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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13 由一起质量分析说起——学科是相通的

我做培训时候,总引用这张图,配上几句话:死其实并不可怕,可怕的是,死了都不知怎么死的。质量缺陷就是这样,如果不找到根本原因,寄希望偶然好了,下次还会犯,还是不知怎么犯的。没有无因之果,只是你找准没找准,找到没找到而已。

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我前段把我培训PPT课件简本发到群里,但主要是以照片为主,基本没有解说,估计能看懂的人不多,这些都是我处理鉴定的质量问题,从数百个案例里挑选了几十个有代表性的,经验丰富的朋友可能看出几个原因,很多应该是看不出的,没有文字解说就很晦涩,主要是我太懒。这段时间,简要整理下,就些案例做些说明,与大家分享,也请大家批评指正。

去年,我去某项目去做质量缺陷鉴定。

起因是省质检站去工地检查,发现有几片梁黑乎乎的,而旁边的梁却没这问题,见下图:左边的发黑,右边的发白。

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这些问题质检站从未见过,或是以前见过没引起注意,这次注意了。他们担心的问题是:这几片梁感觉上吸湿性大,什么原因引起?会不会诱发钢筋锈蚀?因为地处沿海,本来锈蚀的可能性就大。

专家组由几位工程经验丰富的老专家和我组成,开始讨论问题的原因,我们去看了现场,了解些背景:表面发黑的梁是去年同时期浇筑的,旁边发白的梁是两月前浇筑的,检查那几天也赶上雾霾天,潮气大,就显出了颜色差异,天气晴朗的时候并不明显,既然质检站有担心,必须说清楚,给回复意见,要说明两个问题:第一,为什么会这样;第二,这几片梁能不能用。

几位老专家强调,要好好查一下当初的原材料,已经过了一年,也很难从材料上找原因,查阅了当时的原材料检验报告,都正常,怀疑时候因为外加剂或那种材料含盐碱高了,盐碱具有吸湿性,可能引发这个问题。

老实说我也是第一次注意这个问题,但我提出了我的意见。第一,引起这个现象的主要问题是这几片梁经过一年的时间,经历了雨水和潮湿环境的自然养护达一年,表面混凝土的毛细孔不断细化,表面能不断提高,从空气之中吸取水分的能力也越来越大,特别在潮湿空气里。而旁边的梁才三个月,相对而言毛细孔粗大,表面能低,所以吸湿能力差。

这个问题的理论支撑是:

根据表面化学,由于表面张力的存在,液体表面会产生一个附加压力Δp  附加压力的方向,总是指向曲面的曲率中心。

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液面附加压力示意图

如液体对毛细管润湿,开尔文公式可写成:

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P为毛细管内曲面液体的蒸气压,P0为平面上液体的饱和蒸气压

ρ液体密度, M为分子量,R为气体常数,γ为表面张力,θ为液体与固体表面接触角

      通过以上论述,可以得出结论:

1)凸面蒸气压>平面>凹面。

2) 凹面上蒸气压低于平面上蒸气压。从而出现毛细管凝结现象,曲率半径越小,也就是毛细管越细,毛细现象、吸水现象越明显,如下图,出现的页面高差压力即为附加压力。

第一个问题得以回答。

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第二,由于毛细孔不断细化,表层孔基本都是不联通的,水分不会渗到内部。

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        1 混凝土   2 封闭孔  3 开孔

理论依据:

经过养护后的混凝土渗透系数是非常小的,即使总孔隙率高时,其渗透系数与低孔隙率的岩石同级。因此可总结为水并不能顺利通过细小的胶孔,其渗透性受互相连通的毛细孔网络所控制。如继续水化,则由于C-S-H凝胶的形成而堵塞了互相连通的孔,使毛细管网络变得愈加扭。达到出现完全不连通毛细孔所需要的养护时间是W/C的函数,下表是不同水胶比的混凝土形成不连通所需要的时间。


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混凝土梁的水胶比在0.30,可以推断,混凝土表层的毛细孔应该都是开孔,不会连通。

为了验证前述观点,专门设计了实验。

28d的C30和C50混凝土,模拟不同毛细孔的吸水状况,可以肯定的是,C50混凝土的毛细孔要小于C30混凝土。

实验第一步,用压力机劈开混凝土试块后,放入烘箱,105度温度下烘干1小时,两者混凝土表面都处于干燥状态。然后一起放入标养室,每小时观察一次,经过5小时后,发现C30混凝土变化不大,C50混凝土吸湿明显。

C30混凝土

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C50混凝土

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当然,这个实验可以做的更细,比如测定不同龄期混凝土的毛细孔分布等,上升到一个层面,而不只是停留在表面,感兴趣的朋友如果做类似实验来阐述这个问题,希望将成果能让我拜读学习!

此处只是抛砖引玉。

特别感谢天水华建雷榕提供模拟实验及照片。
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