混凝土結(jié)構(gòu)強度嚴重不足原因分析與預防措施

韓林賢，張振威，張曉霖

（1.淄博市建筑工程質(zhì)量安全環(huán)保監(jiān)督站，山東 淄博 255000；2.山東天方工程檢測有限公司，山東 淄博 255000；3.山東堂正檢測有限公司，山東 淄博 255000）

0 引言

近幾年，全國多個城市出現(xiàn)了由于混凝土結(jié)構(gòu)強度嚴重不足，導致整座建筑物拆除的重大質(zhì)量事故。此類事故造成的損失之巨、影響之廣，應該說在我國混凝土工程建設歷史上是不多見的。此類事故主要發(fā)生在 2018 年以后的建設工程中，事故發(fā)生后，經(jīng)多方專家最初論證，主要原因多認為是由于施工單位野蠻施工（如隨意加水導致混凝土水膠比加大及養(yǎng)護不到位等）造成的，較少認為主要責任在預拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)。隨著后續(xù)調(diào)查及反映出的問題，結(jié)合筆者近年來了解的情況分析，揭示了混凝土結(jié)構(gòu)強度嚴重不足（這里指的混凝土強度嚴重不足，是指曝光出來，混凝土實體檢測強度僅占設計強度 50 % 甚至更低）的原因。一是，預拌混凝土生產(chǎn)原材料質(zhì)量不達標、不穩(wěn)定，且未能做到針對不同原材料及時調(diào)整混凝土配合比，造成出廠混凝土不合格；二是施工現(xiàn)場隨意加水、養(yǎng)護不到位、野蠻施工，使混凝土工程質(zhì)量雪上加霜。

1 預拌混凝土生產(chǎn)原材料對混凝土強度影響分析

預拌混凝土企業(yè)生產(chǎn)配合比，尤其是普通、常用配合比，一般都經(jīng)過了多次試配驗證及工程實際應用，只要混凝土原材料質(zhì)量不出現(xiàn)較大波動，一般不會有較大問題。只有當混凝土生產(chǎn)原材料出現(xiàn)嚴重不達標，而質(zhì)監(jiān)人員未能及時發(fā)現(xiàn)，未停用不合格材料或及時調(diào)整配合比（調(diào)整應有依據(jù)），則必然出現(xiàn)混凝土強度嚴重不達標現(xiàn)象。因此，混凝土生產(chǎn)階段，原材料質(zhì)量是影響混凝土強度的主要因素。

1.1 水泥

不可否認水泥是混凝土中最主要的膠凝材料，水泥水化產(chǎn)生強度是混凝土強度的主要來源。水泥質(zhì)量優(yōu)劣直接影響到混凝土強度是否達標。用小粉磨站生產(chǎn)的劣質(zhì)水泥生產(chǎn)混凝土，肯定會造成質(zhì)量不穩(wěn)定、強度不達標。

隨著近幾年環(huán)保治理力度加大，小型水泥粉磨企業(yè)大都取締了，只要采用正規(guī)水泥企業(yè) P.O42.5 水泥生產(chǎn)混凝土，即使強度有所波動，一般不會因水泥問題造成嚴重的強度不達標現(xiàn)象。

1.2 礦粉

摻用礦粉生產(chǎn)的混凝土，礦粉是除水泥外第二重要的膠凝材料。小型礦粉生產(chǎn)企業(yè)購買鋼鐵企業(yè)礦渣，摻加各種摻合料粉磨生產(chǎn)的礦粉，其質(zhì)量的確堪憂，混凝土強度不易保證。

選用大型鋼鐵企業(yè)自備粉磨設備，且不摻加其他材料粉磨生產(chǎn)的礦粉，一般活性較高、質(zhì)量較穩(wěn)定。

1.3 粉煤灰

優(yōu)質(zhì)的粉煤灰，其活性較高、需水量較小及與減水劑具有良好適應性。摻加配制生產(chǎn)混凝土，可改善混凝土的許多性能。如降低水化熱，減少泌水，改善和易性，增強密實度、耐久性等。使用大型電廠分選的 Ⅱ 級粉煤灰生產(chǎn)混凝土，可達到以上效果。

如果使用未經(jīng)分選的等外灰、燒失量大的磨細灰等低品質(zhì)粉煤灰生產(chǎn)混凝土，因粉煤灰品質(zhì)不好，會造成混凝土需水量大、減水劑減水率下降、活性強度低等諸多問題，最終都會影響到混凝土強度。

1.4 減水劑

減水劑是混凝土生產(chǎn)中應用最普遍，對混凝土性能、強度影響最大的一種外加劑。隨著減水劑技術(shù)進步，對混凝土工程質(zhì)量要求提高，作為第一代以木質(zhì)素為代表的普通減水劑，在混凝土生產(chǎn)中已經(jīng)較少使用?，F(xiàn)基本采用第二代的萘系、脂肪族及第三代聚羧酸高性能減水劑。尤其是聚羧酸高性能減水劑，以其與膠凝材料良好的適應性能，較高的減水率及生產(chǎn)環(huán)保、市場價格下降，目前已占據(jù)混凝土市場的絕大多數(shù)份額。但由于骨料（主要是細骨料）中黏土質(zhì)材料對聚羧酸減水劑的較強吸附作用，聚羧酸減水劑遇到含泥量較大的砂、石骨料時，會造成減水率大幅下降，甚至失去減水作用。如不能做到停用含泥量較大的砂、石或及時調(diào)整混凝土配合比，則會造成混凝土強度大幅下降。

在原材料基本穩(wěn)定情況下，使用正規(guī)外加劑生產(chǎn)廠家供應的減水劑一般不會出現(xiàn)質(zhì)量問題。

1.5 砂石骨料

砂、石子作為混凝土中的粗細骨料，其質(zhì)量優(yōu)劣及穩(wěn)定性直接影響著混凝土強度及諸多性能，尤其是高強度等級混凝土。由于歷來我國對砂、石料生產(chǎn)企業(yè)缺乏監(jiān)督（主要是出廠產(chǎn)品質(zhì)量無監(jiān)管），加之近幾年一刀切式的環(huán)保督查、關(guān)停，造成混凝土生產(chǎn)用砂、石料嚴重短缺，供不應求，導致本來就缺乏監(jiān)督的砂、石料質(zhì)量更加堪憂。例如石子粒形不好、針片狀顆粒含量偏多；機制砂含泥量偏大、不穩(wěn)定，摻加含泥量大、顆粒級配及石粉含量不穩(wěn)定的石屑砂；河砂摻加風化砂、麻剛砂或者直接使用風化山砂、麻剛砂等，這些不合格骨料都會嚴重影響混凝土質(zhì)量。

1.6 確定影響混凝土強度重要且最難控制原材料

通過分析以上原材料對混凝土強度影響，雖然任何一種材料質(zhì)量波動都會影響到混凝土質(zhì)量，但相對來說，針對水泥、礦粉、粉煤灰、減水劑這幾種材料，只要選擇正規(guī)、規(guī)模較大生產(chǎn)企業(yè)，考察好廠家，使用前做好充分試驗，則混凝土生產(chǎn)質(zhì)量基本是可控的。

石子只要考察好生產(chǎn)加工石子的石質(zhì)沒有問題，含泥量、泥塊含量不超標，進場目測驗收（級配、石質(zhì)、含泥量、泥塊含量目測較易分辨），C50 及以上較高強度混凝土選擇粒形、級配好的石子，其對混凝土質(zhì)量影響基本可控。

1.6.1 確定砂為目前最需嚴格管控原材料

現(xiàn)唯有砂是對混凝土質(zhì)量影響最大、最難控制的一種原材料。在出現(xiàn)可能嚴重影響混凝土質(zhì)量的含泥量超標時，不易發(fā)現(xiàn)。由于用量大，進場驗收中，很難做到車車驗收及時發(fā)現(xiàn)（目測不易分辨，車車做試驗不現(xiàn)實）。特別是在環(huán)保督查組檢查期間，機制砂生產(chǎn)企業(yè)擔心環(huán)保檢查不達標，盡量壓低產(chǎn)量或者干脆停產(chǎn)，造成市場供應嚴重短缺。混凝土生產(chǎn)企業(yè)不能保證使用固定料源、質(zhì)量穩(wěn)定的砂，如做不到對混凝土配合比及時調(diào)整，就會造成混凝土質(zhì)量大幅波動。

下面通過幾種人工砂對混凝土強度影響試驗分析，進一步說明砂是目前混凝土生產(chǎn)需要重點控制的一種原材料。

1.6.2 幾種人工砂對混凝土強度影響試驗分析

采用 3 種不同石粉含量、亞甲藍值人工砂進行 C30 混凝土試配試驗，配合比及試配結(jié)果如表 1、表 2 所示。

通過以上試驗結(jié)果分析，采用人工砂①、②試配，雖然兩種砂石粉含量相差 3.2 %，但亞甲藍值接近，在適當調(diào)整砂率情況下，泵送性能、強度均滿足要求；采用人工砂①比采用人工砂②，雖然用水量每 m3多 5 kg，但由于石粉含量比人工砂②稍高，混凝土勻質(zhì)性更好、密實度增強，強度反而稍高。

人工砂③與人工砂①石粉含量接近，但亞甲藍值相差較大，人工砂③以泥粉為主。因此，采用人工砂③拌制混凝土，在減水劑用量不增加情況下，要達到泵送混凝土性能要求，每 m3混凝土比采用人工砂①用水量增加 48 kg，28 d 強度低 16.6 MPa；同樣采用人工砂③，每 m3混凝土減水劑增加 3.5 kg，則混凝土泵送性能及強度基本能滿足要求。

因此，當砂出現(xiàn)不符合標準及配合比設計要求（嚴重不符合標準要求應予退場及停用），如能及時發(fā)現(xiàn)并調(diào)整配合比，則不會出現(xiàn)較大質(zhì)量問題。但當混凝土生產(chǎn)量較大，砂連續(xù)進場、用量較多時，含泥量超標不易被及時發(fā)現(xiàn)。如攪拌站操作員經(jīng)驗豐富、責任心強，在混凝土生產(chǎn)用水量發(fā)生較大變化時能及時反應給技術(shù)人員，由技術(shù)人員采取相應處理措施，則可避免混凝土出現(xiàn)較大質(zhì)量問題。但如果攪拌站操作人員缺乏經(jīng)驗及不負責任，在攪拌生產(chǎn)混凝土出機變稠時，隨意調(diào)整（超出正常范圍應予及時匯報）砂含水率、增加生產(chǎn)水用量，致混凝土生產(chǎn)水膠比過大，從而造成混凝土強度大幅下降。

2 施工過程對混凝土質(zhì)量影響分析

預拌混凝土只是半成品，預拌混凝土到達施工現(xiàn)場，從拌合物到澆筑成型混凝土結(jié)構(gòu)，其后續(xù)質(zhì)量控制完全掌握在施工人員手中。

2.1 澆筑振搗階段

混凝土澆筑過程中，施工人員隨意往混凝土中加水現(xiàn)象，是施工階段對混凝土強度影響最大的一個因素，造成施工人員加水的原因主要有 3 個方面。

1）攪拌站生產(chǎn)運輸?shù)焦さ氐幕炷梁鸵仔圆缓?，不易泵送?/p>

試驗編號 水泥 礦粉 粉煤灰 人工砂 碎石 水 聚羧酸減水劑P·O42.5 S95 級 Ⅱ 級 ① ② ③ 5～25 mm 1 220 85 75 865 940 187 7.0 2 220 85 75 910 900 182 7.0 3 220 85 75 843 915 235 7.0 4 220 85 75 860 940 190 10.5

試驗編號 坍落度/mm 擴展度/mm 混凝土拌合物狀態(tài)描述 7 d 強度/MPa 28 d 強度/MPa 1 215 610 黏聚性、保水性、流動性均好 28.3 41.7 2 200 575 黏聚性、保水性一般，流動性好 25.9 39.2 3 205 430 無黏性、無流動性，保水性良好 16.5 25.1 4 210 590 黏聚性、流動性良好，保水性稍差 25.0 37.3

2）攪拌站生產(chǎn)運輸?shù)焦さ氐幕炷梁鸵仔粤己谩⒁妆盟?，但由于施工方面原因造成混凝土罐車在工地停滯時間過長，混凝土流動性下降。

3）攪拌站生產(chǎn)運輸?shù)焦さ氐幕炷梁鸵仔粤己?、易泵送，但施工人員為振搗、抹面省力，追求大流動性混凝土，習慣性隨意加水。

以上 3 種情況加水，都導致混凝土水膠比加大，直接造成混凝土強度下降。因加水導致混凝土離析，還將造成混凝土質(zhì)量不均勻、不密實等質(zhì)量問題。

振搗過程存在的問題主要是過振與漏振。過振會造成混凝土分層離析，而漏振造成混凝土不密實，這兩點都會造成混凝土質(zhì)量不均勻，對混凝土強度也會造成一定影響。

2.2 養(yǎng)護階段

不養(yǎng)護、養(yǎng)護不及時、不充分是目前施工階段普遍存在的問題。

不養(yǎng)護、養(yǎng)護不及時、不充分是造成混凝土早期裂縫的主要原因。養(yǎng)護不到位對混凝土表面強度影響較大，對混凝土內(nèi)部強度影響不大，這也是為什么采用回彈法檢測混凝土強度（表面強度），與鉆芯法檢測混凝土強度（內(nèi)部強度）差距較大的一個原因［1］。

3 綜合分析與預防措施

通過揭示混凝土結(jié)構(gòu)強度嚴重不足的各種原因分析及試驗研究，得出以下結(jié)論，并根據(jù)影響混凝土結(jié)構(gòu)強度嚴重不足的幾個主要原因制定相應防范措施。

3.1 加強混凝土生產(chǎn)用砂質(zhì)量驗收與控制

雖然混凝土生產(chǎn)主要原材料，如水泥、礦粉、粉煤灰、減水劑質(zhì)量波動都可直接影響混凝土強度，但這幾種材料只要選擇正規(guī)廠家，使用前做好充分配合比試驗，嚴格進場批量檢驗，尤其是常年正常使用廠家生產(chǎn)供應的產(chǎn)品，一般不會造成大量及嚴重混凝土強度不合格現(xiàn)象。用量較大的粗骨料石子，只要考察好產(chǎn)地石質(zhì)及產(chǎn)品顆粒級配、含泥量、泥塊含量、針片狀含量幾項主要指標，進場目測檢查（目測檢查較易分辨）及按批量抽檢，基本不會出現(xiàn)大的質(zhì)量問題。

原材料最不易控制的是細骨料砂子，一是因為使用量大，二是因為出現(xiàn)質(zhì)量問題，尤其是砂含泥量過大時，目測不易分辨，導致減水劑減水率下降、甚至失效?；炷辽a(chǎn)時用水量加大，如攪拌站操作員經(jīng)驗不足或不負責任，不及時匯報技術(shù)人員查找原因，而盲目增加生產(chǎn)用水量，使混凝土水膠比過大，導致混凝土強度嚴重下降。

針對這種情況，混凝土生產(chǎn)企業(yè)負責人首先要有高度的社會責任感，任何情況下都要守住底線，對存在嚴重不符合質(zhì)量要求，不穩(wěn)定的原材料堅決不予進場。另外加強進場驗收監(jiān)督，做到能及時發(fā)現(xiàn)問題并提出處理意見。

3.2 加強砂石料生產(chǎn)企業(yè)質(zhì)量監(jiān)管

呼吁政府有關(guān)部門，在環(huán)保治理檢查時，要兼顧工程建設對砂、石材料需求，在取締不符合環(huán)保及礦產(chǎn)資源開采的小型砂、石料生產(chǎn)企業(yè)同時，鼓勵、扶持正規(guī)砂、石料生產(chǎn)企業(yè)做大做強。企業(yè)做大做強后，一是環(huán)保基礎(chǔ)設施達標；二是便于有關(guān)部門形成對砂、石料產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)管，從源頭上做到不符合要求的砂、石料不予出場。真正做到砂、石料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，改變我國多年來砂、石料粗獷式生產(chǎn)，質(zhì)量無部門監(jiān)管，只靠預拌混凝土企業(yè)進場把關(guān)的被動局面。

3.3 加強混凝土施工階段監(jiān)管

一是針對進場不符合施工澆筑要求的混凝土予以退回；二是提前做好施工澆筑方案，在現(xiàn)場具備澆筑條件情況下通知供應混凝土，合理、有序組織施工澆筑，混凝土現(xiàn)場停留時間符合相應要求，確保不因停滯時間過長，混凝土流動度下降，導致加水影響混凝土質(zhì)量；三是混凝土到達現(xiàn)場滿足正常泵送、澆筑施工情況下，嚴禁施工人員隨意加水，造成混凝土水膠比加大，降低混凝土強度；四是保證混凝土澆筑后的及時、充分保濕、保溫（冬季）養(yǎng)護。

4 結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)強度、質(zhì)量控制主要從兩個方面控制。一是預拌混凝土生產(chǎn)過程質(zhì)量控制；二是混凝土施工澆筑過程控制?，F(xiàn)階段預拌混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制重點是原材料控制，關(guān)鍵是砂子的質(zhì)量控制。除了依靠預拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)加強進場驗收，及時準確、合理調(diào)整混凝土配合比外，還要加強對人工機制砂生產(chǎn)企業(yè)的源頭質(zhì)量控制?；炷恋竭_施工現(xiàn)場后，及時組織施工澆筑，杜絕隨意加水，加強養(yǎng)護等是施工澆筑環(huán)節(jié)控制的重點。Q