混凝土服役強(qiáng)度較低原因淺析

馬慶余（山東工程技師學(xué)院，山東 聊城 252000）

混凝土服役強(qiáng)度較低原因淺析

馬慶余（山東工程技師學(xué)院，山東 聊城 252000）

混凝土強(qiáng)度影響工程質(zhì)量，混凝土服役強(qiáng)度不足，不僅影響建筑結(jié)構(gòu)承載力與耐久性，亦直接影響結(jié)構(gòu)安全。正確、及時(shí)分析可能導(dǎo)致混凝土服役強(qiáng)度較低原因，嚴(yán)格控制和監(jiān)管混凝土制備過程各個(gè)環(huán)節(jié)，確保混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具有重要意義。

混凝土；服役強(qiáng)度；原因分析

混凝土是常用的建筑材料之一，混凝土強(qiáng)度直接影響工程質(zhì)量。建筑工程建設(shè)過程中，混凝土服役強(qiáng)度不足現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，不利于建筑結(jié)構(gòu)的承載以及結(jié)構(gòu)的耐久性，還可能直接影響結(jié)構(gòu)安全，造成安全事故。在建筑施工中對(duì)混凝土強(qiáng)度不足問題應(yīng)引起高度重視，及時(shí)、正確分析混凝土強(qiáng)度不足原因，對(duì)保障建筑質(zhì)量、合理處理問題出現(xiàn)時(shí)的后續(xù)事宜具有重要的實(shí)際意義。本文對(duì)可能造成混凝土服役強(qiáng)度較低的主要原因進(jìn)行淺析。

1 原料質(zhì)量欠缺

1.1 水泥質(zhì)量欠缺

水泥是混凝土組成中的主要膠凝材料，是混凝土膠凝強(qiáng)度的主要提供者，水泥質(zhì)量如在下述兩方面出現(xiàn)問題，可能會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生較大不利影響。

1.1.1 水泥28天實(shí)際強(qiáng)度低

水泥長(zhǎng)齡期強(qiáng)度，特別是28天強(qiáng)度較低，是導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不足問題的主要原因之一。國(guó)內(nèi)現(xiàn)行水泥行業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)體制下，水泥生產(chǎn)企業(yè)常常在28天強(qiáng)度尚未檢測(cè)時(shí)即將水泥售出，此時(shí)，水泥的28天強(qiáng)度是水泥企業(yè)質(zhì)量控制人員依據(jù)本企業(yè)運(yùn)行狀況憑借工作經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)得出，混凝土制備企業(yè)進(jìn)一步根據(jù)此預(yù)測(cè)值確定混凝土配合比，并進(jìn)行混凝土的生產(chǎn)制備，當(dāng)預(yù)測(cè)值與實(shí)際值發(fā)生偏離且實(shí)際值偏低時(shí)，容易造成混凝土強(qiáng)度不足。水泥儲(chǔ)存和管理也可能導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不足，例如，儲(chǔ)存時(shí)間較長(zhǎng)，或者儲(chǔ)存環(huán)境濕度較大，此時(shí)水泥中具有膠凝活性的礦相常常與空氣中的水蒸氣發(fā)生水化反應(yīng)，降低了水泥使用時(shí)的活性，即水泥強(qiáng)度使用時(shí)與出廠時(shí)相比發(fā)生較大程度的下降，此時(shí)，如果混凝土組成設(shè)計(jì)仍依據(jù)水泥未變質(zhì)前的狀況進(jìn)行，容易造成混凝土實(shí)際強(qiáng)度不足。

1.1.2 水泥安定性不良

水泥安定性是指水泥漿體在凝結(jié)硬化過程中體積變化的一種特性。

水泥安定性是指水泥硬化后體積變化的均勻性，如果水泥的安定性不良，水泥服役時(shí)將產(chǎn)生體積的不均勻變化，使得混凝土內(nèi)部發(fā)生膨脹性的應(yīng)力，硬化水泥漿體發(fā)生膨脹、裂縫或翹曲等現(xiàn)象， 反映在強(qiáng)度方面，即為導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)裂縫、服役強(qiáng)度降低。水泥中處于游離態(tài)的氧化鈣與氧化鎂（游離鈣與方鎂石）含量高于國(guó)標(biāo)限制值會(huì)導(dǎo)致安定性不良，水泥中三氧化硫含量超過國(guó)標(biāo)限制值也會(huì)導(dǎo)致安定性不良，上述安定性不良的機(jī)理均是由于混凝土水泥硬化漿體中生成了大量的體系難以承受體積更大的水化產(chǎn)物的緣故，例如游離氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣、游離氧化鎂與水反應(yīng)生成氫氧化鎂、石膏與含鋁物質(zhì)生成鈣礬石。游離氧化鈣或方鎂石的大量存在，易造成混凝土強(qiáng)度不足乃至崩潰，需要注意的是，這兩種物相不僅在熟料中可能會(huì)出現(xiàn)，某些混合材中也可能大量含有，例如某些鋼渣。石膏在水泥中可改變C3A的反應(yīng)歷程，調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間，C3A的水化產(chǎn)物C4AH13與石膏反應(yīng)生成鈣礬石，固相體積增大到數(shù)倍。此反應(yīng)若在水泥凝結(jié)硬化過程中進(jìn)行，混凝土漿體尚具有一定塑性，體積膨脹可能不會(huì)造成安定性不良。若水泥中石膏摻加量過多，在混凝土塑性消失后還剩余較多的石膏，則由于固相體積增大的應(yīng)力難以釋放，易發(fā)生局部體積膨脹，可能會(huì)破壞已經(jīng)硬化的水泥石結(jié)構(gòu)，造成混凝土服役強(qiáng)度不足，在膨脹超過漿體服役強(qiáng)度約束力時(shí)，混凝土將失去強(qiáng)度，外觀表現(xiàn)為混凝土出現(xiàn)顯著裂縫、甚至整體潰散，一般而言，目前國(guó)內(nèi)混凝土建筑很少出現(xiàn)強(qiáng)度完全喪失的案例，但由于水泥安定性不良導(dǎo)致混凝土中水泥硬化漿體微裂紋大量出現(xiàn)導(dǎo)致的混凝土整體強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的現(xiàn)象則并不鮮見。

1.2 砂、石質(zhì)量差

1.2.1 石子強(qiáng)度低

制備C30等級(jí)以上混凝土?xí)r， 所用石子的長(zhǎng)寬高各5厘米的立方試體抗壓強(qiáng)度與以該石子制備混凝土的抗壓強(qiáng)度的比值不能低于200%，然而在工程實(shí)際中，當(dāng)對(duì)混凝土試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試之后，會(huì)發(fā)現(xiàn)許多石子處于受力后的破碎狀態(tài)，即石子的強(qiáng)度低于應(yīng)該達(dá)到的數(shù)值，這將使混凝土的服役強(qiáng)度下降[1]，導(dǎo)致該現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是我國(guó)石子資源與石子質(zhì)量的合理控制尚待加強(qiáng)，大量低品質(zhì)石子被使用。

1.2.2 砂石中細(xì)塵比例高

不規(guī)范供應(yīng)的砂石中常常含有以粘土、粉塵為代表的大量細(xì)塵，會(huì)導(dǎo)致混凝土服役強(qiáng)度下降，其原因?yàn)椋?/p>

1）細(xì)塵包覆于砂石表面，影響了砂石與水硬漿體之間的粘結(jié)強(qiáng)度；

2）細(xì)塵增大了砂石體系的比表面積，加大了體系的需水量；

3）細(xì)塵中的粘土粒子遇水后體積穩(wěn)定性差，容易濕脹干縮，會(huì)破壞混凝土的體積穩(wěn)定性。

1.2.3 砂石中硫元素含量高

我國(guó)砂石資源在某些區(qū)域存在不足，一些硫含量高的砂石被使用，例如以某些尾礦制備的人工砂石。砂石中含有硫化物、硫酸鹽，例如硫酸亞鐵或者二水石膏，當(dāng)砂石中含有的硫元素折算的三氧化硫含量高于1%時(shí)，硫與水泥水化產(chǎn)物中的含鋁物相反應(yīng)生成鈣礬石的可能性較高，鈣礬石生成導(dǎo)致的體積膨脹超出水泥漿體承受能力時(shí)，將導(dǎo)致混凝土體系出現(xiàn)因膨脹裂縫出現(xiàn)而發(fā)生的強(qiáng)度降低[3]。

1.2.4 砂中含有較多云母礦相

某些區(qū)域的砂子中常含有較多云母礦相，云母是一種表面較為光滑的天然礦物，光滑的表面意味著它與水泥水化漿體之間的粘結(jié)強(qiáng)度較低，同時(shí)云母是一種受力之后容易沿著自身天然解理面發(fā)生開裂行為的礦相，開裂意味著其所在體系強(qiáng)度的下降，因此，如果混凝土制備時(shí)使用了含有云母的砂做為骨料，將很有可能發(fā)生混凝土服役強(qiáng)度下降問題。

1.3 拌合水品質(zhì)不達(dá)標(biāo)

我國(guó)混凝土攪拌站質(zhì)量層次不齊，某些小型攪拌站有時(shí)不按照混凝土制備規(guī)范，使用的拌合水質(zhì)量不能達(dá)標(biāo)，例如當(dāng)使用的拌合水中含有較多藻物的有機(jī)質(zhì)，或者為了節(jié)約成本使用含有未知組分與含量酸、堿、鹽的污水、工業(yè)廢水時(shí)，這些有機(jī)質(zhì)、酸、堿、鹽均容易導(dǎo)致混凝土服役強(qiáng)度下降。

1.4 外加劑質(zhì)量低劣

混凝土外加劑是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的行業(yè)，某些外加劑企業(yè)質(zhì)量不合格現(xiàn)象相當(dāng)普遍，以經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)某省為例，其抽檢了一些質(zhì)量較好的外加劑生產(chǎn)廠，產(chǎn)品合格率僅為68%左右。而這些外加劑的出廠證明都是合格品，因此由于外加劑造成混凝土強(qiáng)度不足，甚至混凝土不凝結(jié)的事故時(shí)有發(fā)生。

2 堿骨料反應(yīng)

堿骨料反應(yīng)的機(jī)理是，水泥中以鉀、鈉元素為代表的堿與砂石骨料中的活性二氧化硅之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成含堿的硅酸凝膠，這種凝膠具有吸水能力強(qiáng)特性，同時(shí)吸水后會(huì)發(fā)生較大的體系膨脹，從而導(dǎo)致混凝土體系發(fā)生的膨脹體積變形無法自身消納，造成混凝土體系開裂、服役強(qiáng)度下降甚至崩潰。值得注意的是，研究者發(fā)現(xiàn)，堿骨料發(fā)生不僅有可能在堿與活性二氧化硅之間發(fā)生，也有可能在堿與含有白云石骨料中的碳酸鹽之間發(fā)生，這種反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致白云石自外向內(nèi)發(fā)生剝落，導(dǎo)致內(nèi)部的粘土質(zhì)礦物暴露于水泥水化漿體中。粘土在潮濕環(huán)境中容易吸水發(fā)生膨脹，造成混凝土體系服役強(qiáng)度下降乃至崩潰[4]。

堿骨料反應(yīng)危害在于，反應(yīng)產(chǎn)物中的堿，容易與水泥水化漿體中的氫氧化鈣發(fā)生二次反應(yīng)，再次以可以與骨料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的游離態(tài)出現(xiàn)，如此不斷循環(huán)，不斷降低混凝土體系服役強(qiáng)度，同時(shí)，由于骨料與水泥水化漿體在混凝土中處于均勻分布而不是僅僅處于表層，因此，當(dāng)堿骨料發(fā)生時(shí)，除非將混凝土整體移除，否則難以中斷該反應(yīng)。

堿骨料反應(yīng)導(dǎo)致的強(qiáng)度下降問題一般在建筑服役數(shù)年乃至數(shù)十年后爆發(fā)，判斷混凝土強(qiáng)度不足根源，應(yīng)注重檢測(cè)混凝土中的骨料邊緣是否有堿骨料反應(yīng)跡象。重大工程建設(shè)時(shí)，應(yīng)盡量采用低堿水泥，如水泥中堿含量較高，則務(wù)必需要控制砂石骨料的質(zhì)量，不要使用含有活性二氧化硅的骨料，也不是使用含有白云石的骨料。

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)不合理

混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)目標(biāo)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、施工性、耐久性等方面的需求，同時(shí)兼顧原材料情況、工程性質(zhì)等方面狀況，按照?普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程?，經(jīng)過初步計(jì)算、試拌調(diào)整、檢驗(yàn)和校正的流程，最終加以確定?；炷林苽淦髽I(yè)應(yīng)按照如下流程進(jìn)行：

1）根據(jù)混凝土性能要求與原材料實(shí)際，初始計(jì)算獲得理論配合比；

2）按照理論配合比，在企業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試配，調(diào)整原料配比，獲得滿足混凝土施工需求的基準(zhǔn)配合比；

3）根據(jù)混凝土表觀密度與強(qiáng)度富余量，對(duì)基準(zhǔn)配合比進(jìn)一步調(diào)整，獲得試驗(yàn)室配合比；

4）根據(jù)企業(yè)采購砂石的含水率指標(biāo)，將試驗(yàn)室配合比折算為施工配合比，進(jìn)行混凝土制備。

可見，上述流程全部實(shí)現(xiàn)需要相當(dāng)?shù)臅r(shí)間，因此，有些混凝土制備企業(yè)為追求時(shí)間效率，未嚴(yán)格按上述規(guī)程進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，隨意簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，例如，未經(jīng)試配調(diào)整等環(huán)節(jié)，僅憑經(jīng)驗(yàn)或借用其他工程配合比數(shù)據(jù)，從而造成許多混凝土強(qiáng)度不足事故。

影響混凝土強(qiáng)度的重要因素有：水泥強(qiáng)度、混凝土中的膠凝材料（水泥與摻合料）總量、混凝土中拌合水與膠凝材料總量之間的比例；設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)，上述三要素缺一不可?；炷林械哪z凝材料成本占據(jù)相當(dāng)?shù)幕炷脸杀?，在很大程度上關(guān)系到混凝土的經(jīng)濟(jì)性，某些混凝土制造商常常削減混凝土中膠凝材料用量至驚人程度，這將直接不利于混凝土服役強(qiáng)度。中國(guó)建筑施工工人的普遍素質(zhì)決定具有較好的施工性的混凝土受到歡迎，混凝土制備時(shí)采用較高水灰比容易滿足混凝土的施工性，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降。

4 混凝土配制及施工工藝問題

混凝土制備過程與施工過程的許多環(huán)節(jié)，如不能妥善處理，容易造成混凝土強(qiáng)度的不足：

4.1 混凝土配制計(jì)量不準(zhǔn)確

混凝土配制時(shí)，下述環(huán)節(jié)如果不加以嚴(yán)格管控，容易發(fā)生計(jì)量不準(zhǔn)問題：

1）混凝土攪拌系統(tǒng)中的加水裝置的精度；

2）混凝土澆注地點(diǎn)不合理的二次加水；

3）混凝土攪拌系統(tǒng)中的水泥計(jì)量裝置不準(zhǔn)；

4）采購的水泥重量不足，造成混凝土中水泥用量不足；

5）混凝土攪拌系統(tǒng)中的砂、石計(jì)量設(shè)備陳舊或維護(hù)管理不善，精度不合格；

混凝土制備企業(yè)中的砂石堆放混亂，互相混雜，導(dǎo)致砂石配合比嚴(yán)重失準(zhǔn)。

上述這些因素均可能使混凝土配制達(dá)不到設(shè)計(jì)配合比要求，使混凝土服役強(qiáng)度產(chǎn)生較大的波動(dòng)[5]。

4.2 混凝土拌制質(zhì)量較差

向攪拌機(jī)中加料順序錯(cuò)誤，攪拌時(shí)間過短，造成拌合物不均勻，造成混凝土強(qiáng)度不足。

4.3 澆筑前混凝土質(zhì)量發(fā)生變化

混凝土運(yùn)輸工具落后，運(yùn)輸器具漏漿，在運(yùn)輸中或澆筑前沒有及時(shí)攪拌，致使混凝土澆筑時(shí)已離析；或混凝土拌制時(shí)間過長(zhǎng)，澆筑時(shí)混凝土已初凝等均可能造成混凝土強(qiáng)度不足。

4.4 模板漏漿嚴(yán)重

使用變形過大的模板，或者模板對(duì)接不良、扣件松動(dòng)等均可造成漏漿嚴(yán)重，造成混凝土強(qiáng)度下降。

4.5 成型振搗不合理

混凝土澆灌過程中，為保證混凝土服役時(shí)處于密實(shí)狀態(tài)，振搗極其重要 ，施工工人采用不正確的振搗操作、漏振、長(zhǎng)時(shí)間過度振搗，都不利于振搗質(zhì)量，如果上述問題發(fā)生后又不進(jìn)行合理處置，將造成混凝土不密實(shí)或離析，導(dǎo)致混凝土服役強(qiáng)度下降。

4.6 混凝土養(yǎng)護(hù)不良

混凝土澆注成型后，在自然條件下的溫度、濕度等條件通常與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件存在較大變化，如果不采取必要的養(yǎng)護(hù)措施，就可能使水泥凝結(jié)硬化不充分，造成混凝土強(qiáng)度下降。例如溫度較高、空氣干燥的夏季，若不及時(shí)采取覆蓋、灑水等保濕養(yǎng)護(hù)，混凝土中的水分會(huì)較快蒸發(fā)，這種脫水問題會(huì)導(dǎo)致混凝土中水含量不足，水泥與水之間的膠凝反應(yīng)不能充分進(jìn)行，同時(shí)水化產(chǎn)物干縮將較大，就有可能造成混凝土服役強(qiáng)度下降。冬季施工時(shí)，如沒有及時(shí)采取保溫措施，水泥與水之間化學(xué)反應(yīng)的速度將緩慢，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化變慢，此時(shí)如果按照常規(guī)時(shí)間對(duì)澆注混凝土施加載荷，將導(dǎo)致混凝土內(nèi)部處于裂紋而損傷服役強(qiáng)度；同時(shí)，如果環(huán)境溫度低至混凝土中的水結(jié)為冰，由于水結(jié)冰是一個(gè)體積膨脹接近10%的過程，將造成混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生冰晶應(yīng)力，也會(huì)造成混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹性裂紋，降低服役強(qiáng)度。

5 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)存在缺陷

為保障混凝土質(zhì)量，?混凝土強(qiáng)度檢測(cè)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)?對(duì)混凝土的取樣、試塊成型、養(yǎng)護(hù)、強(qiáng)度檢測(cè)等過程提出了具體要求，但某些混凝土制備單位在此方面存在不足，造成混凝土檢測(cè)強(qiáng)度不準(zhǔn)確，從而影響了混凝土服役強(qiáng)度的正確評(píng)估。例如，

1）不按照標(biāo)準(zhǔn)的溫、濕度規(guī)定進(jìn)行混凝土試塊的養(yǎng)護(hù)；

2）嚴(yán)重變形的混凝土試模仍被使用；

3）混凝土試塊成型時(shí)沒有進(jìn)行機(jī)具振實(shí)；

4）混凝土試塊強(qiáng)度檢測(cè)設(shè)備不標(biāo)準(zhǔn);

5）混凝土試塊搬動(dòng)過程中被撞擊。

上述現(xiàn)象均可能造成混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)處于虛假狀態(tài)，以虛假數(shù)據(jù)對(duì)混凝土服役強(qiáng)度進(jìn)行指導(dǎo)、評(píng)價(jià)將難以合理[6]。

6 結(jié) 語

本文分析了可能導(dǎo)致混凝土服役強(qiáng)度較低的一些易見原因，導(dǎo)致混凝土服役強(qiáng)度不足的因素較多，應(yīng)在混凝土配制過程中從原材料質(zhì)量控制到配合比設(shè)計(jì)，從混凝土配制、運(yùn)輸?shù)匠尚宛B(yǎng)護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制和監(jiān)管，方能確?；炷翉?qiáng)度達(dá)到預(yù)期要求，確保工程質(zhì)量。

當(dāng)出現(xiàn)混凝土強(qiáng)度不足狀況時(shí)，及時(shí)判明問題的原因具有重要意義，工程技術(shù)人員平時(shí)需加強(qiáng)積累，方能在問題發(fā)生時(shí)迅速找到根源，最大程度減小損失。

[1]陶育貴.混凝土強(qiáng)度不足的因素分析[J].福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010.10.18

[2]胡孝華.混凝土強(qiáng)度不足的機(jī)理分析[J].滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003.02.15

[3]吾斯?jié)M·沙吾江.混凝土強(qiáng)度不足常見的原因及處理方法[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)雜志，2009,04

[4]唐明述，許仲梓，鄧敏，呂憶農(nóng)，韓蘇芬，蘭祥輝.我國(guó)混凝土中的堿集料反應(yīng)[J].建筑材料學(xué)報(bào)1998年3月第1卷第1期

[5]胡新愛,胡敏. 混凝土強(qiáng)度不足常見的原因及處理方法[J].河南建材雜志，2015,07

[6]王曉鋒，韓素芳，劉剛，徐有鄰.混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度檢驗(yàn)的注意事項(xiàng)[J].混凝土2005年第3期（總第185期）

The cause analysis of insufficient strength of concrete

Concrete strength affects engineering quality,the insufficient strength of concrete not only affects capacity and durability of building structure,but also directly affects the structure safety.It is of great significance that we correct and timely analyse the cause of insufficient strength of concrete,and we strictly control and supervise the each link of the preparation process of concrete to ensure the desired requirements of the strength of concrete.

concrete;insufficient strength of concrete;the cause analysis

TU528.2

B

1003-8965(2017)05-0052-03