技術交流
資訊搜索
關 鍵 字: 分 類: 搜索范圍:  
您現在的位置:首頁 >> 技術交流 >> 管理與技術 >> “瘦身水泥”是現代混凝土質量問題的癥結所在!

字號:   

“瘦身水泥”是現代混凝土質量問題的癥結所在!

瀏覽次數: 日期:2018年11月22日 10:55

現代混凝土是以高流動性、低水膠比、摻加外加劑和大量礦物摻合料為主要特征,以高性能為代表的混凝土。自上世紀九十年應用以來,由于其大大降低勞動強度,加快施工進度,且節能環保,加之其具有“高性能”的華麗外衣而深受建設者的喜愛,為此,人們對其傾注了極大的工作熱情并寄予厚望。可是,當殘酷的質量現狀特別是質量事故擺在人們眼前的時候,人們往往唯恐躲之不及,但又欲罷不能而從蹈覆轍,這不得不讓人重新思考現代混凝土質量問題的癥結到底在哪、方向何在。

 

       經過多年的工程實踐和對比分析,筆者認為,導致現代混凝土質量問題突顯的內在根源在于瘦身水泥,而瘦身水泥又恰恰是各方人員都不愿意接受的殘酷的現實,因為它動搖了人們長久以來引以為豪的現代混凝土應用的政策根基和企業利益,也就是法規權威、節能環保、加快進度和降低成本。

 

      瘦身水泥的具體特征可以從以下兩個方面來表述,一是隨著水泥生產技術的不斷進步,水泥礦物的平均顆粒粒徑越來越小,即水泥的比表面積越來越大。二是用礦物摻合料替代部分水泥以后,每立方米混凝土中的水泥用量越來越少,而礦物摻合料用量越來越多。

 

      以上水泥粒徑小用量少的特征,都是由最初有益的量變,逐漸演化為今天有害的質變,其實質就是混凝土28天以后的強度幾乎不增長,密實性不提高,自愈能力削弱,裂縫不斷增加,耐久性越來越差,而最終結果是導致混凝土結構質量問題和質量事故不斷發生。下面,筆者通過旁征側引和對比分析,進一步闡述瘦身水泥在工程中的具體危害,不妥之處,懇請指正。

   

 一、水泥顆粒粒徑越來越小的危害

      眾所周知,近200年來水泥的發展歷史,可以說就是一部如何將水泥磨得更細的歷史。水泥生產企業要想使其產品的綜合效益達到最大化,就是要想辦法讓水泥礦物所積蓄的能量在28天內全部釋放出來,最直接最有效的辦法就是將水泥礦物磨得更細,而國家標準不設細度上限又為水泥生產企業提供了一個磨細的平臺,所以,磨細也就成了必然趨勢。

 

      當前,水泥標準是以28天強度作為評定基準的,至于28天后強度如何發展,水泥標準并沒有給出明確的規定和要求,以至于水泥生產企業只要按保證28天強度進行水泥生產就可以了。其實,混凝土28天以后的強度發展除了與水泥中的礦物成分比例及后續的養護條件有關外,還與水泥礦物顆粒粒徑的大小有直接的聯系。以硅酸鹽水泥中最大含量的硅酸三鈣礦物為例,28天的水化深度大約是10um,相對于顆粒粒徑絕大多數在30um以下的水泥而言,28天水化已完成90%以上,也就是說,28天后即使養護條件再好,混凝土強度已經沒有多少增長的余地。

 

      到目前為止,對混凝土強度長期發展最有說服力的應是日本小樽港持續長達百年的相關試驗數據。根據資料[3]介紹,始建于1897年的小樽港,在建設初期制作了6萬多個試件,放在海水中、大氣中、淡水中分別進行長期耐久性試驗,試驗結果表明,三者的長期強度發展趨勢是基本一致的,其中,試件在自然的大氣環境中存放30~40年強度達到最高,大約提高100%,然后逐年下降,存放95年,強度從最高點下降約40%,但仍高于28天強度20%,也就是說,早期的混凝土壽命在百年以上,而當年所用水泥的顆粒粒徑是200um方孔篩篩余量小于10%,其平均粒徑遠遠大于目前國內標準使用的80um方孔篩篩余量小于10%的水泥平均粒徑。

 

      為了與小樽港數據進行對比,日本海洋工程研究所也進行了相關試驗。試驗結果表明,在海洋氣候環境條件下,對于比表面積下限在250㎡/kg的水泥,混凝土自然存放5年抗壓強度達到最高,增長約40%,然后逐年下降,至10年甚至低于原來的28天強度。

      從以上數據對比分析可知,水泥顆粒粒徑的大小對混凝土強度的長期發展起著決定性的作用,當水泥顆粒粒徑大于30 um時,粒徑越大,混凝土28天后強度增長的幅度也越大,持續增長的時間也越長,而目前的國家標準,將水泥比表面積下限定在相對較高的300㎡/kg,可實際生產的水泥比表面積多在360~400㎡/kg之間,相應的水泥顆粒粒徑絕大多數都在30 um以下,雖然有利于提高混凝土的早期強度,但是,對于混凝土強度的長期發展卻是極為不利的,加之有的水泥生產企業為了追求利潤的最大化,會將水泥磨得越來越細,早強特征越來越明顯,在此前提下,期盼通過后期強度的大幅增長來保證混凝土的耐久性幾乎是不可能,而恰恰相反的是,混凝土強度的長期發展將會由短期的上升很快轉為逐年下降,國內多起鋼筋混凝土橋梁、高架橋質量事故大都發生在使用期滿十年這一關鍵的時間節點之后也就不足為奇,因為以當年的水泥比表面積標準與資料[3]日本海洋工程研究所的水泥比表面積進行對比可以推斷,如果在配合比設計時施工企業沒有大幅提高混凝土配制強度,實際結構混凝土強度已自然下降至設計值以下,發生質量事故也就在所難免。

 

      由此可見,現有水泥與過去傳統水泥的最大差異就是在滿足28天強度要求的前提下,將原有傳統水泥所隱含的巨大的強度安全儲備提前予以透支,而這部分被提前透支的強度儲備,正是為了抵御各種有害介質長期侵蝕導致強度不斷降低提供保障的,一旦缺失,對部分結構的長期耐久性來說后果不堪設想。上述結論,也正好回答了過去人們常提起的一個問題,那就是在水泥生產工藝和技術不斷進步的今天,為什么會出現過去的水泥比現在的水泥好、國外的水泥比國產的水泥好的根源所在。另外,強度儲備被提前透支對結構所造成的不良后果具有極強的隱蔽性,更有人們難以辯駁的法理支撐,因為水泥畢竟是過程產品,而非實體結構,在這一點上,作為建設者我們必須保持清醒的認識。

 

      鑒于目前國內混凝土強度在自然環境中長期發展的相關數據鮮有見之,更多的是引用實驗室標養試件數據而缺乏說服力;另外,對于我們每個人身邊住用的建筑工程來說,由于混凝土表面都進行了裝飾裝修,使混凝土與外界環境隔絕而對其起到了很好的保護作用,混凝土強度也就不會因有害介質的侵入而大幅降低并發生質量事故,從而也就自覺或不自覺地影響了人們對混凝土強度長期發展的高度重視和研究,故這一直是被我們所忽視的問題而鮮見提及。

 

      二、水泥用量越來越少的危害

楊文科先生在《現代混凝土科學的問題與研究》一書中談到,水泥是混凝土之母,是混凝土的核心原材料,但是,在商品混凝土快速發展的今天,礦物摻合料的大量使用越來越受到熱捧,其地位已經到了與水泥不相上下的地步,是現代混凝土不可或缺的組分之一。固然礦物摻合料的使用有其科學合理的一面,但也必須清醒地看到,如使用不當還會帶來負面影響,甚至會給工程帶來災難性的后果,這一點,必須引起我們的高度重視。

 

      眾所周知,火山灰質礦物摻合料本身并無膠凝性能,只有與水泥水化后生成的氫氧化鈣進行二次反應,才能生成難溶的水化硅酸鈣凝膠,從而提高混凝土的強度和密實性。如果混凝土中沒有足夠多的水泥來提供氫氧化鈣反應物,部分礦物摻合料的二次水化也就成為不可能,問題在于水泥水化能生成多少氫氧化鈣,而各種礦物摻合料的火山灰質反應又需要多少氫氧化鈣,對于這一問題,理論上并沒有得到很好解決,更沒有法規依據可循,從而導致大摻量礦物摻合料的使用問題存在諸多的不確定性,對混凝土質量帶來不利影響也就不可避免,比如說,在施工現場我們常常看到的大面積網狀裂縫及樓屋面板常常發生的大面積滲漏現象,這些都與礦物摻合料的二次反應沒有達到預期的凝結效果而使其轉化為細砂組分有直接的聯系,這是其一。

 

       其二,商品混凝土絕大多數都是用普通硅酸鹽水泥進行混凝土配置,依據國家水泥標準,普通硅酸鹽水泥中的混合材參量必須控制在20%以內,可據國家建材部門前期的調查資料介紹,除部分水泥大型企業外,大多數水泥中小企業混合材參量均超標,最高參量甚至高達47%,而當前的施工驗收規范對此又沒有提出強制性檢測要求,甚至連部分地方政府的檢測機構都不開展此項業務,導致施工企業束手無策,這無形之中,也就為不法企業大開方便之門,這是當前瘦身水泥最隱蔽最核心的癥結之一,而更為嚴重的是,由此導致對部分混凝土質量問題和質量事故的責任認定,都將可能會帶來顛覆性的結果,教訓的吸取也就成為空談。

 

      其三,水泥必須進行安定性檢測是國家水泥標準的明確要求,但是,當采用膠凝材料替代水泥以后,膠凝材料的安定性問題已經超出了水泥標準的管轄范疇,而相應的其它規范標準又不涉及安定性檢測的內容,導致混凝土體積穩定性問題經常發生也就不足為奇,特別是隨著混凝土中摻合料品種和用量的不斷增加,水泥用量越來越少,對混凝土體積穩定性取決定性作用的已不是水泥,而是膠凝材料組合。由此可見,現有的規范標準僅對水泥進行檢測是不夠的,必須增加膠凝材料組合的安定性檢測,只有這樣,才能最終確保混凝土具有良好的體積穩定性,這是當前規范標準間的盲區。

 

      其四,混凝土路面必須具有良好的耐磨性這是不言而喻的,但設計規范、施工驗收規范對混凝土耐磨性的要求卻沒有明確的量化控制指標,雖然道路水泥標準對水泥的耐磨性有相關的要求,但是,在礦物摻合料用量越來越多而水泥用量越來越少的今天,原有基準水泥的耐磨性已被弱化,由此導致路面起灰起砂的問題經常發生也就成為必然,即使對簿公堂,法官也難以依法判定,因為耐磨性要求是隱含的,并非規范或圖紙明確的,相關的案例也并不少見,這同樣是規范標準間的盲區。

 

      其五,當前礦物摻合料中使用量最大的是礦渣和粉煤灰,眾所周知,礦渣和粉煤灰的密度均小于水泥的密度,特別是粉煤灰差距更大,這一差距給施工帶來了巨大的困難,因為在混凝土澆筑和振搗過程中,密度大的水泥會往下沉,而密度小的礦物摻合料會往上浮,呈現微觀上的分層離析,從而使構件頂部和表面摻合料含量過大而水泥含量過小,底部則反之。由此造成的不良后果除構件強度上下不均外,梁頂、柱頂、板頂經常開裂已經成為不爭的事實,特別是柱頂,開裂現象相當普遍,且水泥用量越少,摻和料用量越多,開裂問題愈加突出,至今難以解決。

 

       三、解決瘦身水泥的相應對策

作為當前的建設者,雖然我們無法改變規范標準的現狀,但我們完全可以想方設法規避其可能帶來的風險,并確保混凝土結構在其使用年限內安全可靠的工作。

 

      一是將水泥比表面積控制在300~350㎡/kg之間,最大限度的保證混凝土28天后強度仍有較大幅度的增長,同時,適當提高混凝土配合比設計時的配制強度,增強混凝土抵御各種有害介質長期侵蝕的能力,確保混凝土結構的長期耐久性。

 

      二是在進行混凝土施工配合比設計之前,必須對水泥中的混合材含量進行檢測,確保最終混合材和摻合料總量控制的真實性和有效性,同時,在混凝土施工配合比設計完成后,應對所選用的膠凝材料組合進行安定性檢測,以最終確保膠凝材料組合具有良好的體積穩定性。

 

      三是對于混凝土表面有耐磨性要求的路面、碼頭面層、機場道面等,除按第一點控制比表面積外,應優先選用道路硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥,不宜使用礦渣水泥、粉煤灰水泥或復合水泥,更不宜在混凝土施工配合比設計時摻加礦渣、粉煤灰等礦物摻合料,以確保混凝土具有較強的表面耐磨性。

 

      四是對于不同環境、不同結構、不同保護層厚度的混凝土,其礦物摻合料的最大參量應嚴格按《混凝土結構耐久性設計規范》(GB/T50476-2008)的條款執行。

  

    四、結語

      綜上所述,現代混凝土的質量通病多是因瘦身水泥而引起,這里,既有規范標準間不協調的因素,也有我們自身監管不到位,措施不得力的原因,記得英國標準界有句名言,大意是“標準的缺陷,不能完全免除使用者的責任。”也就是說,規范標準告訴我們的是方法和行為準則,至于如何選擇與決策,主要取決于我們每個人每個團隊的責任與智慧。

 

      客觀的講,無論是瘦身水泥自身還是礦物摻合料的使用,都有其積極的一面,比如說,前者有利于生產高強水泥、早強水泥,后者可以充分利用工業廢渣、減少二氧化碳排放、降低建設成本等等,但是,其負面影響對許多結構來說也是絕對不能接受的,甚至會帶來災難性的后果,對于這一點,我們決不能漠視。

 

作為建設者,我們必須始終堅持從混凝土質量的系統把握與控制出發,針對不同項目、不同結構部位及不同的環境條件,分別采取相應的應對措施,既要瞻前,更要顧后,趨利避害,這樣,才能確保我們的建設項目經得起時間的檢驗和歷史的考驗,履行好我們建設者應盡的責任與義務,促進社會的科學發展、和諧發展。

所屬類別: 管理與技術

該資訊的關鍵詞為: