預(yù)拌混凝土在施工中出現(xiàn)的問題及其原因

馬騰坤，汪瀾

（中國建筑材料科學(xué)研究總院，綠色建筑材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100024）

預(yù)拌混凝土在施工中出現(xiàn)的問題及其原因

馬騰坤，汪瀾

（中國建筑材料科學(xué)研究總院，綠色建筑材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100024）

水泥混凝土作為一種優(yōu)良的建筑材料，是目前建筑工程中用量最大、應(yīng)用范圍最廣的建筑材料之一。良好的和易性、穩(wěn)定而均質(zhì)的預(yù)拌混凝土是保證施工質(zhì)量的前提。本文分析了施工過程中混凝土出現(xiàn)問題的原因，對(duì)于控制預(yù)拌混凝土施工質(zhì)量，保障混凝土構(gòu)件的耐久性具有重要意義。

預(yù)拌混凝土；問題；原因

0 前言

預(yù)拌混凝土是目前橋梁、房建等建筑施工領(lǐng)域中用量最大、使用范圍最廣的建筑材料。新（預(yù)）拌混凝土質(zhì)量的好壞直接決定著混凝土結(jié)構(gòu)件的耐久性。預(yù)拌混凝土的質(zhì)量又取決于其工作性，良好的工作性不僅能保障建筑施工質(zhì)量，更是保證建筑結(jié)構(gòu)件耐久性的前提。本文結(jié)合橋梁施工工程，論述預(yù)拌混凝土在施工中普遍存在的問題并分析其原因。

1 混凝土和易性概念

混凝土和易性也稱為工作性，是混凝土拌合物在攪拌混合、運(yùn)輸、澆筑、振搗且成形后具有質(zhì)量均勻密實(shí)的性能?；炷梁鸵仔允且豁?xiàng)綜合指標(biāo)，包括流動(dòng)性、黏聚性、保水性、易密性等四個(gè)方面。

（1）流動(dòng)性是指混凝土分散系統(tǒng)克服內(nèi)阻力而產(chǎn)生變形的性能，也就是混凝土拌合物在本身自重或外力的作用下，是否易于流動(dòng)的能力[1]。

（2）黏聚性是保證混凝土在運(yùn)輸及澆筑過程中具有一定的粘性、整體性和穩(wěn)定性，不發(fā)生各組成材料分層和離析現(xiàn)象的性能，反映了預(yù)拌混凝土的均勻性[2]。

（3）保水性是指新拌混凝土在施工過程中具有一定的保持水份不向外逸出的能力。保水性差，拌合物容易泌水，并在混凝土內(nèi)形成貫通的泌水通道，不但影響混凝土的密實(shí)性，降低強(qiáng)度，還會(huì)影響混凝土的抗?jié)B性、抗凍性和耐久性，它反映了新拌混凝土的穩(wěn)定性[2]。

（4）易密性是混凝土拌合物在進(jìn)行振搗或振動(dòng)時(shí)，克服內(nèi)在和表面的抗力，以達(dá)到拌合物完全密實(shí)的能力[1]。

以上四個(gè)性能之間相互聯(lián)系，又有一定的矛盾性，“和易性”就是這四個(gè)性質(zhì)的矛盾統(tǒng)一。一般情況下，預(yù)拌混凝土的流動(dòng)性若變大，則粘聚性和保水性會(huì)變差，反之亦然[1]。在施工過程中，在混凝土流動(dòng)性滿足基本的施工要求的前提下，力求保證混凝土具有良好的黏聚性和保水性，從而得到工作性滿足要求的混凝土拌合物。

2 施工中出現(xiàn)的問題

2.1 離析與泌水及原因

2.1.1 離析與泌水

在澆注鉆孔樁過程中，經(jīng)常出現(xiàn)因混凝土離析，黏聚性不良導(dǎo)致澆注導(dǎo)管堵管；在澆注承臺(tái)、系梁等結(jié)構(gòu)過程中，常常因混凝土流動(dòng)性過大（離析、泌水），對(duì)模板形成較大的側(cè)壓力，易造成木質(zhì)模板“跑?！?。

離析可定義為新拌混凝土中各組分發(fā)生分離導(dǎo)致其分布不再均勻。離析有兩種形式：第一種是砂漿從混凝土整體分離出來，這種情況下是干的混凝土拌合物所具有的；第二種是泌水，是濕的混凝土拌合物特征。泌水是混凝土在澆注和振搗以后、凝結(jié)之前，在表層上出現(xiàn)水份的現(xiàn)象，泌水是由于在較重的固體組分沉降時(shí)，組成材料的保水能力不強(qiáng)，以致拌合水處于分散狀態(tài)所引起的。浮漿是與泌水一起發(fā)生在表面的現(xiàn)象，其原因是在混凝土內(nèi)部通道里上浮的水中帶有極細(xì)的水泥顆粒，粉砂和黏土（粗骨料中的雜質(zhì)），在表面沉積成一層稀漿。[3]

2.1.2 離析與泌水的原因分析

造成預(yù)拌混凝土泌水、離析的原因有很多，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下幾種原因：（1）混凝土流動(dòng)性、稠度不合適造成的，生產(chǎn)時(shí)可以通過稍微加減單位用水量來改善；（2）河砂等細(xì)骨料中，含水量波動(dòng)較大，未能及時(shí)測(cè)試河砂的含水量。含水量過大，砂中的水處于過飽和狀態(tài)，當(dāng)混凝土拌合物在攪拌機(jī)中攪拌時(shí)，砂子表層毛細(xì)管中的水不能及時(shí)的釋放出來，導(dǎo)致施工配合比中單位用水量過大；（3）細(xì)骨料（河砂）級(jí)配不良，或河砂中石子含量大，造成施工配合比中的砂率過低；（4）粗骨料（碎石、卵石等）級(jí)配不符合規(guī)范要求，粒徑太大或者太小的粗骨料數(shù)量過多；（5）砂石含泥量過大將使水泥漿同骨料的粘結(jié)力降低，水泥漿對(duì)骨料的包裹能力下降，導(dǎo)致與骨料的分離；（6）粉煤灰等礦物外加劑的粒度分布或活性不符合規(guī)范要求，需水量降低；（7）澆筑、振搗方法不當(dāng)?shù)取?/p>

2.2 坍落度損失及原因

2.2.1 坍落度損失

預(yù)拌混凝土在施工中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)坍落度損失較大現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土運(yùn)輸車到工地現(xiàn)場(chǎng)后，混凝土拌合物很難從運(yùn)輸車中卸出來，導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)無法進(jìn)行正常的澆筑，延誤工期。

坍落度損失是指新拌混凝土中游離水，一部分參加水泥水化形成鈣礬石和水化硅酸鈣等水化產(chǎn)物，一部分吸附于水化產(chǎn)物表面，其余大部分蒸發(fā)而消失，混凝土拌合物逐漸變稠、凝結(jié)。在施工中，如果說某一種混凝土有坍落度損失，通常是指一種發(fā)生很快而又特別大的坍落度損失，超出一般可以預(yù)期，并非正常的情況。[3]

2.2.2 坍落度損失原因分析

造成混凝土坍落度損失的原因主要有：

（1）水泥與外加劑適應(yīng)性差，減水劑主要作用是吸附在水泥礦物的表面，降低分散體系中兩相的界面自由能，提高分散體系的穩(wěn)定性，在相同條件下，水泥成分中對(duì)減水劑的吸附性大小依次為 C3A＞C4AF＞C3S＞C2S。若水泥中 C3A、C4AF 含量較高，則大量減水劑被其吸附，占水泥成分較多的C3S 和 C2S 就顯得吸附量不足，動(dòng)電電位下降，導(dǎo)致混凝土坍落度損失變大。

（2）水泥中堿含量多，外加劑中緩凝成分吸附在水泥顆粒的表面，形成一層吸附膜，在一定時(shí)間內(nèi)有效阻止水泥水化，而大量的堿會(huì)破壞吸附膜，使水泥繼續(xù)水化，失去緩凝作用，加速坍落度損失。

（3）水泥中石膏摻量過低或石膏中半水石膏含量較大。石膏與 C3A 反應(yīng)生成鈣礬石沉淀在 C3A 表面上，延緩其水化，當(dāng)石膏摻量不足時(shí)，C3A 水化較快，會(huì)產(chǎn)生不正常凝結(jié)，因此流動(dòng)度損失很快，直接表現(xiàn)為坍落度損失過快。當(dāng)溶解度較高的半水石膏取代二水石膏時(shí)，造成水泥組分中鈣離子溶解，有利于 C3S 的水化，加速凝結(jié)和早期強(qiáng)度發(fā)展。

（4）水泥細(xì)度過大，吸附更多的減水劑，降低液相中殘留減水劑的含量，造成坍落度損失過大；顆粒越細(xì)，細(xì)顆粒越多，增大早期水化放熱，這也會(huì)加劇坍損。

（5）新進(jìn)場(chǎng)的水泥溫度較高，水泥水化速度快，混凝土中游離水變?yōu)榻Y(jié)合水的比例變大，坍落度損失變大。

（6）攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗、抹面等工序所耗費(fèi)的時(shí)間太多。

（7）混凝土原材用水化熱過大的膠凝材料或在高溫環(huán)境中使用混凝土，易造成混凝土的溫度過高，水化速度加快，加劇混凝土的坍落度損失。

2.3 早齡期大體積混凝土裂縫

在現(xiàn)場(chǎng)施工過程中，現(xiàn)澆混凝土幾個(gè)箱室的箱梁頂板、腹板，承臺(tái)等大體積混凝土，在澆筑兩天后往往出現(xiàn)較大、明顯的裂紋，導(dǎo)致嚴(yán)重的工程質(zhì)量問題。

2.3.1 裂縫分類[4]

（1）失水裂縫?；炷猎谒苄噪A段，混凝土中絕大部分水以自由水形式存在，若此時(shí)受到環(huán)境溫度、大風(fēng)、和水泥水化速度過快等因素影響，自由水就會(huì)大量蒸發(fā)或消失，失水會(huì)使混凝土產(chǎn)生收縮應(yīng)力，如果失水速率超過實(shí)際的泌水速率，就會(huì)使由于強(qiáng)度增長產(chǎn)生的抗拉能力低于這種收縮應(yīng)力，從而引發(fā)裂縫的產(chǎn)生。

（2）溫度裂縫。和其他材料一樣，熱脹冷縮是混凝土的一個(gè)基本特性。溫度降低時(shí)，混凝土中會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，當(dāng)這種收縮應(yīng)力超過了混凝土的抗拉能力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。

（3）干縮裂縫?；炷猎诟邷睾透稍锏纫蛩氐挠绊懴?，水泥水化分子中的化學(xué)結(jié)合水就會(huì)散失，從而產(chǎn)生收縮，收縮對(duì)混凝土表面產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了混凝土抗拉能力時(shí)就有可能產(chǎn)生裂縫。

（4）受力裂縫。由于地基承載力不足，導(dǎo)致現(xiàn)澆混凝土箱梁等結(jié)構(gòu)承受超過其抗拉和抗壓能力的外力作用時(shí)產(chǎn)生的裂縫。

2.3.2 裂縫產(chǎn)生的原因[4]

（1）水泥細(xì)度越細(xì)，水泥顆粒的比表面積越大，水化速度快，放熱較集中，很容易產(chǎn)生裂縫。

（2）水泥顆粒級(jí)配分布過于集中，很難與混凝土中粗細(xì)骨料組成混凝土大系統(tǒng)內(nèi)連續(xù)而又合理的級(jí)配，使混凝土在微觀上抗拉能力變差。

（3）水泥中 C3S 含量過高，水泥水化時(shí)放熱量就會(huì)過大，使混凝土升溫過快，很容易產(chǎn)生收縮裂縫。

（4）在施工混凝土配合比中，尤其是高強(qiáng)度等級(jí)混凝土結(jié)構(gòu)的配比中，為了提高早期強(qiáng)度，增加水泥用量，降低某些礦物摻合料的摻量，甚至是限制其加入，從而導(dǎo)致水化熱過大，升溫過快，產(chǎn)生裂縫。

（5）為了加快工期，易于澆筑混凝土結(jié)構(gòu)，往往使得混凝土的流動(dòng)度過大，大量水份蒸發(fā)后，在混凝土結(jié)構(gòu)中留下大量的空隙，混凝土凝結(jié)收縮形成裂縫。

（6）施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，若風(fēng)力較大，相對(duì)濕度較低，溫度較高，很容易產(chǎn)生裂縫。

（7）振搗不當(dāng)，混凝土養(yǎng)生不及時(shí)，不到位，未能及時(shí)二次抹面導(dǎo)致水份從毛細(xì)管中蒸發(fā)，也能產(chǎn)生裂縫。

3 結(jié)束語

在混凝土施工過程中，除以上問題經(jīng)常出現(xiàn)外，有時(shí)新拌混凝土還會(huì)出現(xiàn)“假凝”問題，可以通過延長攪拌時(shí)間，或加入適當(dāng)?shù)耐饧觿┘右越鉀Q。為了使預(yù)拌混凝土具有適宜的和易性，從而保證混凝土的施工質(zhì)量以及混凝土結(jié)構(gòu)良好的耐久性，在混凝土拌合站平時(shí)還應(yīng)注意一些事項(xiàng)。例如，存放外加劑容器要有防雨措施；降雨過后，混凝土運(yùn)輸罐車內(nèi)的雨水必須及時(shí)清除；裝載機(jī)進(jìn)行鏟料時(shí)，要從離地面大約 10cm 高處鏟起，保證所鏟砂子的含水情況要大體穩(wěn)定等等。通過了解混凝土在施工中出現(xiàn)的問題，對(duì)于控制施工質(zhì)量具有重要意義。

[1] 楊春常，張訓(xùn)．對(duì)新拌混凝土工作性能表征方法的探討[J].廣東建材，2013(6): 18．

[2]周娟．影響新拌混凝土工作性的因素及改善措施[J]．山西建筑，2012，38(26): 130-131．

[3] P.Kumar Mehta,Paulo J.M.Monteiro.Concrete Microstructure, Properties, and Materials[M]．覃維祖，王棟民，丁建彤譯．北京：中國電力出版社，2008: 233-254．

[4] 楊文科．現(xiàn)代混凝土科學(xué)的問題與研究[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2012: 88-99．

［通訊地址］北京市朝陽區(qū)管莊東里建材院（100024）

馬騰坤（1988—），男，碩士研究生，主要從事水泥混凝土水化研究。