混凝土原材料對混凝土品質(zhì)的影響

王峽龍

(中鐵十八局集團 第一工程有限公司,河北 涿州 072750)

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展以及我國城市化進程的逐步推進，城市建筑物的數(shù)量也在逐步增多。一般來說，建筑物都使用混凝土進行搭建。因此，混凝土的原材料質(zhì)量對混凝土工程的使用壽命、穩(wěn)定性、安全性等起著決定性的作用，決定了建筑公司的經(jīng)濟效益，它是整個工程質(zhì)量的保障。因此，在建筑作業(yè)中要對混凝土原材料的使用予以精準(zhǔn)控制，對質(zhì)量進行嚴(yán)格把關(guān)。目前，建筑中使用到的混凝土，一般都是用硅酸鹽類水泥當(dāng)作凝膠材料，把砂子、石子等當(dāng)作粗細(xì)骨料，添加進入對應(yīng)比例的外加劑與礦物摻合料(例如礦粉、粉煤灰等)，加上適當(dāng)比例的水，通過攪拌、成型、養(yǎng)護等環(huán)節(jié)從而形成水泥混凝土。[1]混凝土品質(zhì)的好壞直接影響著整個混凝土結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，而混凝土原材料品質(zhì)和配比是否恰當(dāng)也直接影響著混凝土的質(zhì)量。因此，要確?；炷凉こ藤|(zhì)量安全一個重要的因素就是要嚴(yán)格控制混凝土質(zhì)量和施工過程?；炷潦┕べ|(zhì)量將會導(dǎo)致混凝土工程產(chǎn)生質(zhì)量缺陷或裂縫，分析認(rèn)為是因為混凝土原材料(包括水泥石和粗細(xì)骨料)變形受約束而引起的內(nèi)應(yīng)力大于材料抗拉強度的緣故。[2]

新拌制的混凝土質(zhì)量主要包括混凝土的凝結(jié)時間和混凝土的和易性。在分析混凝土原材料對混凝土質(zhì)量的影響時，可以從骨料、水泥膠結(jié)材料、添加外加劑、拌和用水等幾個內(nèi)容進行探究。

1 骨料

1.1 砂子的影響

砂子應(yīng)選用級配合理、質(zhì)地堅固、吸水率低、空隙率小的天然潔凈河砂或者母材檢驗合格、經(jīng)專門機組生產(chǎn)的機制砂。在配置混凝土?xí)r，對砂子的級配、細(xì)度模數(shù)、含泥量、泥塊含量等指標(biāo)有明確的要求，尤其是含泥量和有害物質(zhì)含量要嚴(yán)格控制，在配置強度較高的混凝土?xí)r，一般會使用較粗的砂子；而在制作強度較低的混凝土?xí)r，大多使用較細(xì)的砂子，這樣能夠使得混凝土更具有和易性。所以，不同粗細(xì)的砂子對混凝土的和易性有著巨大的作用，尤其對混凝土的流動性作用十分顯著。砂子如果太細(xì)就會對混凝土的強度和收縮造成負(fù)面的影響，從而使得混凝土開裂，形成質(zhì)量缺陷，影響混凝土工程的整體安全性。

凍融破壞環(huán)境下，砂子的含泥量應(yīng)不大于2%，吸水率不應(yīng)大于1%；當(dāng)砂子中含有顆粒狀的硫酸鹽或硫化物雜質(zhì)時，應(yīng)進行專門檢驗，確認(rèn)能滿足混凝土耐久性要求時，方能采用。

1.2 石子的影響

1.2.1 石子的粒形

需要注意的是，在混凝土施工的過程中，石子粒形的影響有時候甚至要超過級配的影響。較好的骨料粒形一般為等徑狀，也就是類似于球形。在表面粗糙程度差不多時，等徑狀骨料的比較面積最小，對水的需求量也更小，能夠同時達到多種施工需求。例如，在某工程施工時，使用多種骨料制作C60混凝土，如果使用強度雖低，但是粒形較好的A類石子時，混凝土的坍落度達到了190 mm，28天的抗壓強度為70.2 Mpa；而使用了強度雖高，但是針片狀含量較大的B類石子時，由于混凝土拌合物對水的要求較多，在達到混凝土強度需求的水灰比下，拌合物缺少較強的流動性。若要確保塌落度也能夠滿足195 mm，就可以通過提升用水量予以解決，也就是提升漿骨比，但這種方式的缺點在于既有更大的開裂敏感性，也更不經(jīng)濟；另一種方式是增強水膠比，但強度不能滿足對應(yīng)的需求。

1.2.2 石子中的針片狀含量

另外，提升石子中的針片狀擁有量也會對混凝土的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。針片狀石子表面積很大，從而提升了其內(nèi)在的摩擦力，但針片狀石子數(shù)量較多時就會提升石子的表面積和孔隙率，這樣就會降低混凝土的拌合物流動性，從而出現(xiàn)露石和離析的問題。針片狀顆粒往往會更有耐久性，并影響混凝土的和易性、水泥使用量、強度等，使得混凝土的性能降低，變形、用水量以及骨料的孔隙率上升，所以，一定要對石子中的針片狀含量進行嚴(yán)格的控制，確保級配良好。

1.2.3 石子的粒徑

使用級配良好的石子制作混凝土?xí)碛懈训牧鲃有?，混凝土的工作性能能夠得到保障。要使混凝土的強度變得更強，就要能夠較好地掌握和控制石子的種類與最大粒徑。要優(yōu)先選取碎石而不是卵石，因為碎石的表面十分粗糙，使水泥漿的結(jié)合力更佳。同時，碎石中出現(xiàn)風(fēng)化石的情況也很少，使得碎石的質(zhì)量更有保障。所以，和通過較大石子形成的混凝土相比，通過最大粒徑較小的石子制作而成的混凝土強度更強。高強度的混凝土相比于一般的混凝土，對界面更為敏感。使用小粒徑石子制作混凝土?xí)r，單個石子界面與水泥漿體的過渡層厚度及周長都較小，很難出現(xiàn)較大的缺陷，從而使得界面的強度更高。除此之外，石子的粒徑越小，其自身缺陷的概率也更小。因此，石子的最大公稱粒徑不宜超過鋼筋混凝土保護層厚度的2/3(在嚴(yán)重腐蝕環(huán)境條件下不宜超過1/2)，且不應(yīng)超過鋼筋最小間距的3/4；配置強度等級C50及以上混凝土?xí)r，石子最大公稱粒徑不應(yīng)大于25 mm。

2 水泥膠結(jié)材料

水泥應(yīng)選用硅酸鹽水泥或者普通硅酸鹽水泥，不宜使用早強水泥，水泥的選用應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)(GBl75-2007)技術(shù)要求如表1所示。

表1 水泥的技術(shù)要求

2.1 細(xì)度對混凝土的影響

我國現(xiàn)在大多使用的是水泥粉磨，水泥越細(xì)，其顆粒就越多。如果要增強水泥的水化速率，可以增強水泥的比表面積，提升初始的強度，若顆粒的粒徑低于1 μm，則顆粒就可以在一天內(nèi)全部水化，雖然它對后期的強度沒有明顯的作用，但是卻能夠較大地影響初始時期的水化熱、混凝土自收縮、干燥收縮等。其原因在于細(xì)顆粒能夠更快地水化，產(chǎn)生大量干燥、易收縮的凝膠和水化物；水泥漿顆粒的較快水化讓熱量快速釋放。降低了粗顆粒的含量，使得未水化顆粒的體積大大減小，從而對混凝土的長期性能造成了影響。當(dāng)前的混凝土結(jié)構(gòu)其設(shè)計的壽命在60年左右，有數(shù)據(jù)顯示，因為具有太多的超細(xì)水泥顆粒，在50年之后，混凝土的強度只能達到預(yù)計值的40%。由此可見，由于水泥比表面積的提升，和同等高效減水劑難以有效適應(yīng)，為了降低流動度損失需要加入更多的強效減水劑，這不但使得混凝土中的水泥使用量大大提升，還會使得混凝土的抗凍性、抗裂性、耐久性等造成影響，并使得施工費用大大提升。如表2、圖1所示。

表2 混凝土配合比

隨著球磨時間的增加，普硅水泥的顆粒細(xì)度也逐步增加并使得其表面積加大，混凝土拌合物最開始的流動度逐步降低，沒有磨細(xì)的水泥剛開始的流動度為200 mm。不一樣的細(xì)度水泥混凝土由于養(yǎng)護時間的提升而水化慢慢變強，混凝土抗壓度漸漸提升。

2.2 礦物構(gòu)成的影響

一般來說，硅酸鹽水泥的構(gòu)成物質(zhì)大致分為4種，其水化性質(zhì)也有較大差異，在水泥中占有的比例不一樣，對水泥整體的質(zhì)量影響也不同。當(dāng)前我國混凝土特別是強度超過C50等級的混凝土一般使用多種外加劑與高效減水劑等，因為C3S水化速度最快，產(chǎn)生的水化硅酸鈣難溶于水，從而會通過膠體微粒的形式析出，并逐步匯聚形成凝膠。同時，它對減水劑的吸附量也很大，吸收了大部分的減水劑，所以具有較多C3S的水泥和外加劑的適用性很差。

2.3 安定性影響

水泥硬化時，大多數(shù)時候其體積都會出現(xiàn)變化。如果這種變化是在熟料礦物水化中出現(xiàn)的同等體積改變，那么對建筑物就沒有較大的影響；但是若水泥凝結(jié)硬化后因為水泥中有害物質(zhì)的影響，出現(xiàn)強烈不相同的體積改變，從而使得混凝土出現(xiàn)開裂、強度減弱等問題。

2.4 含堿量的影響

水泥中所具有的堿會和一些集料產(chǎn)生化學(xué)作用，使混凝土出現(xiàn)破壞、開裂、膨脹等問題，且這種問題會持續(xù)出現(xiàn)，使得問題更加嚴(yán)重。

2.5 種類的影響

在施工過程中挑選水泥時，主要取決于成本、施工的環(huán)境、施工時的天氣好壞、施工作業(yè)性質(zhì)等。同一種水泥、或者不同種類的水泥，因為成分的差異較大，所以它的性能也不盡相同，有的甚至可能差異懸殊，如表3、圖2所示。

表3 混凝土配合比

3 添加外加劑與粉煤灰對混凝土強度的影響

當(dāng)前較高等級的混凝土，為了使物理力學(xué)性能達到最佳，并強化混凝土的強度，大多數(shù)情況都會使用粉煤灰添加外加劑的雙摻方式，從而取得更佳的效果。粉煤灰中含有很多的二氧化硅與三氧化鋁，和水混合在一起后，其本身并不會硬化，而是會和氣硬性(Ca(OH)2)相結(jié)合，不但會在空氣中硬化，還能夠在水中再次硬化，因為礦物顆粒十分細(xì)小，所以具有流化效應(yīng)與填充效應(yīng)，使得強度大大提升。

在工程實踐中我們了解到，在增強混凝土強度的時候，會出現(xiàn)混凝土早期強度很低的問題，28天的標(biāo)準(zhǔn)強度無法滿足對應(yīng)的設(shè)計需求，因此，在配置高強度的混凝土?xí)r，需要對摻加量進行科學(xué)、合理的把握，并使得適應(yīng)性達到最佳，切忌盲目摻入，不然會對混凝土的強度造成極大的負(fù)面影響。如表4所示。

表4 混凝土配合比

4 拌和用水對混凝土質(zhì)量的影響

拌和用水可以采用飲用水，也可以采用滿足相關(guān)要求的其他水源。拌和用水使用前應(yīng)對水的性能進行化驗和抗腐蝕試驗，檢測結(jié)果合格后方可使用。在使用天然河砂或機制砂拌制混凝土?xí)r，拌和用水必須符合JGJ63-2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》中對于水質(zhì)的要求，如表5所示。

表5 拌和水的技術(shù)要求

續(xù) 表

5 結(jié)語

混凝土工程質(zhì)量是建筑施工中人們一直研究并關(guān)注的問題。使混凝土的配置更加優(yōu)異是一個復(fù)雜、系統(tǒng)的工程，需要按照混凝土的相關(guān)技術(shù)要求與原材料狀況展開統(tǒng)籌思考，只有科學(xué)合理地使用材料并正確地挑選原料才能夠配置出經(jīng)濟指標(biāo)與技術(shù)要求都十分滿意的混凝土，才能夠使得工程的質(zhì)量得到保障，并確保施工能夠順利、有效地開展下去，滿足驗收及設(shè)計的要求。