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混凝土强度异常波动的几大因素及对策!

    本文总结了商品混凝土生产中,水泥的标准稠度、矿粉和粉煤灰的需水量变化、减水剂与水泥等胶凝材料的适应性变化、砂石吸水率及级配变化对混凝土水灰比的影响,并提出了相应的解决方法.
    0 前言
    预拌混凝土以其施工便捷、质量可靠而在我国城乡迅速发展。随着预拌混凝土使用的普及,我们不得不注意到,近年来,因预拌混凝土质量问题而造成的工程质量事故屡见不鲜,诸如强度达不到设计等级,异常龟裂等,给工程各方造成了较大的困扰。

    混凝土的强度主要是由水灰比控制,若混凝土中水或水泥、矿粉、粉煤灰某个组份一旦发生波动,将造成混凝土强度的波动。由于混凝土的质量验收是以其28天抗压强度为标准,对生产的质量反馈具较大滞后性,因而生产过程的质量控制就尤其重要。目前搅拌站一般是通过配合比试配,取得一定水灰比下对应的混凝土坍落度,在生产过程中,通过控制混凝土的出机坍落度达到稳定水灰比的目的。而事实上,通过对砂、石、水泥等原材料性能的大量试验分析,我们发现,混凝土的坍落度有时并不能真正反映其实际用水量或水灰比大小。日常生产中,经常出现这样的现象,混凝土的坍落度控制的很好,同时水泥28天胶砂强度也很稳定,而混凝土强度仍然是大幅波动!    

    通过多年的实践总结和大量的试验分析,我们发现混凝土强度的波动与下列因素紧密相关:

    1 水泥的标准稠度或矿粉及粉煤灰的需水量比的变化
    水泥的标准稠度反映了达到同样的稠度所需要的拌合水量。从水泥的生产工艺来说,没有哪一种水泥的标准稠度是稳定不变的,其随着矿物组成,掺加的混合材品种、掺量、及比表面积的变化而变化。当水泥的标准稠度从26%变化到27%时,即标准稠度用水量从130g增加到135g,此时虽然水泥强度没有明显变化,但水泥胶砂的流动度却明显减小了。对于配比用水量为150 kg,水泥用量300 kg的混凝土来说,要达到同样的坍落度,其实际用水量就将增加30000/500×5=3000g,从而导致该混凝土的水灰比从0.5增大到0.51。事实上,同理,如水泥标准稠度增加到2%时,将导致混凝土实际用水量增加6kg/m³。
    另一方面,我们目前常用的矿粉和粉煤灰的需水量比变化也对混凝土的实际水灰比造成了较大的影响。试验结果表明,,当矿粉或煤灰的需水量比从98%增加到100%时,如要保持混凝土的坍落度不变,则其实际用水量至少增加3.5kg /m³(以配比设计矿粉+煤灰=120kg /m³为例)。而实际上这种变化时常发生,有时更大。
    此类问题的解决方法,一是材料验收时将稠度(需水量)指标作为验收标准之一,超出则拒收;二是保持配比用水量不变,即通过增加外加剂掺量来增大混凝土的坍落度。
    2 减水剂与水泥等胶凝材料适应性的改变
    根据 GB8076-1997《混凝土外加剂》标准,用于混凝土中的减水剂的减水率验收标准是该减水剂相对于标准水泥的减水率而判定的。但实际生产中由于不同厂家、不同批次的水泥成分差别很大,同一减水剂相对不同厂家或批次的水泥常常会得出不同的减水效果,这就是外加剂与水泥的适应性问题。
    近年来,由于水泥厂对各种工业废渣的开发利用,外加剂与水泥的适应性问题愈来愈突出。比如今日进库的一批水泥检测其净浆流动度达到180mm,而明日另一批水泥检测净浆流动度仅有130mm,并且还伴随着坍损增大。    经试验,对同批次同掺量外加剂而言,水泥的净浆流动度每下降10mm,则拌制的混凝土坍落度将减小15mm左右,而要保持混凝土的坍落度不变,需要增加混凝土的用水量3 kg左右。
    另一方面,我们还应特别关注粉煤灰与外加剂的适应性。经检验,粉煤灰中的碳含量对外加剂的减水率有着较大的影响。因各电厂所用煤质和燃烧工艺的不同,粉煤灰中的矿物成分也时有波动,因而,我们在检测外加剂的适应性时,应同时检测进厂粉煤灰的适应性变化,一旦发现与外加剂适应性异常,应立即采取处理措施。
    此类问题的解决方法,一是选择相互适应性良好的外加剂或水泥(粉煤灰),二是要求外加剂厂家密切配合,针对该品种水泥或粉煤灰进行研发,改善外加剂的适应性,一旦发现适应性有异常时,必须能迅速通过增加外加剂掺量或添加阻滞成分进行解决。
    3 砂、石吸水率的影响
    对砂石含水率的检测,相信多数搅拌站都很重视,但砂石的吸水率检测,却常常被忽视。实践中,同样是含水率6%的砂,拌出来的混凝土坍落度可能会相差30~40mm,就是因为砂石的吸水率差异。其实,从外观上也可观察到,表面粗糙、孔隙较多的砂石,其吸水率往往较大。笔者曾经为生产C60的HPC混凝土而试拌过多种不同产地的砂石。结果就发现,两种细度模数相同,含水率也相同的砂所拌制的混凝土结果却相差很大,一种坍落度270mm、扩展度达700mm;而另一种坍落度和扩展度分别只有220mm和500 mm,同时还很粘滞。经过仔细观察发现,前者砂颗粒表面光滑致密,几乎没有孔隙,而后者表面粗糙,细小孔隙较多。进一步检测其吸水率,后者比前者要高出1.5%左右。经试验,拌制同样坍落度的混凝土,后者必须要多加5kg的水,拌出的混凝土强度也低约4MPa。
此类问题的解决方法,一是砂石进厂验收时要注意鉴别,分类堆放;二是适当提高外加剂的掺量,以保证混凝土的坍落度。
    4 砂石颗粒级配的变化
    日常生产中,品管人员往往对砂石的粒径及含泥量等硬指标很重视,而对砂石的粒径分布却重视不够。实践证明,同样细度模数的砂,级配好者相比级配不良者(典型的如由粗细砂混合而成的混合砂),拌出的混凝土坍落度要大30~50mm左右。
    而石子级配对混凝土的影响就更明显。笔者曾经多次试验,发现最大粒径和最小粒径均相同的同一品种石子,若拌制同样和易性、坍落度的混凝土,断级配石子需增加2~4%的砂率及5%左右的拌合水量,原因就是因石子级配差,空隙大需要更多的砂浆来填充,导致用水量大幅增加。
    此类问题的解决方法,一是将砂石的颗粒级配指标也作为验收标准;二是通过合理掺配补足所缺粒级,使其粒径分布符合标准。
    5 结束语
    日常生产中,当我们严格按配合比设计要求控制好混凝土的出机坍落度时,还要时刻注意原材料性能变化对坍落度的潜在影响。一方面应根据材料变化情况,经常通过试验来验证生产配合比,积累相关经验数据。另一方面,一旦发现混凝土坍落度或强度出现异常,要及时全面检测分析原材料的性能变化,并根据检测结果采取相应的处理方案,最终确保混凝土的实际水灰比符合设计要求,从而稳定混凝土质量。