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現(xiàn)代混凝土質量問題的癥結所在 ！
發(fā)稿時間：2018-04-18
現(xiàn)代混凝土是以高流動性、低水膠比、摻加外加劑 和大量礦物摻合料為主要特征，以高性能為代表的混凝土。自上世紀九十年應用以來，由于其大大降低勞動強度，加快施工進度，且節(jié)能環(huán)保，加之其具有“高性 能”的華麗外衣而深受建設者的喜愛，為此，人們對其傾注了極大的工作熱情并寄予厚望。可是，當殘酷的質量現(xiàn)狀特別是質量事故擺在人們眼前的時候，人們往往 唯恐躲之不及，但又欲罷不能而從蹈覆轍，這不得不讓人重新思考現(xiàn)代混凝土質量問題的癥結到底在哪、方向何在。
眾所周知，近200年來水泥的發(fā)展歷史，可以說就是一部如何將水泥磨得更細的歷史。水泥生產(chǎn)企業(yè)要想使其產(chǎn)品的綜合效益達到最大化，就是要想辦法讓水泥礦物所積蓄的能量在28天內全部釋放出來。最直接最有效的辦法就是將水泥礦物磨得更細，而國家標準不設細度上限又為水泥生產(chǎn)企業(yè)提供了一個磨細的平臺，所以，磨細也就成了必然趨勢。 當前，水泥標準是以28天強度作為評定基準的，至于28天后強度如何發(fā)展，水泥標準并沒有給出明確的規(guī)定和要求，以至于水泥生產(chǎn)企業(yè)只要按保證28天強度進行水泥生產(chǎn)就可以了。其實，混凝土28天以后的強度發(fā)展除了與水泥中的礦物成分比例及后續(xù)的養(yǎng)護條件有關外，還與水泥礦物顆粒粒徑的大小有直接的聯(lián)系。以硅酸鹽水泥中最大含量的硅酸三鈣礦物為例，28天的水化深度大約是10um，相對于顆粒粒徑絕大多數(shù)在30um以下的水泥而言，28天水化已完成90%以上，也就是說，28天后即使養(yǎng)護條件再好，混凝土強度已經(jīng)沒有多少增長的余地。 
到目前為止，對混凝土強度長期發(fā)展最有說服力的應是日本小樽港持續(xù)長達百年的相關試驗數(shù)據(jù)。根據(jù)資料介紹，始建于1897年的小樽港，在建設初期制作了6萬多個試件,放在海水中、大氣中、淡水中分別進行長期耐久性試驗，試驗結果表明，三者的長期強度發(fā)展趨勢是基本一致的。其中，試件在自然的大氣環(huán)境中存放30～40年強度達到最高，大約提高100%，然后逐年下降，存放95年，強度從最高點下降約40%，但仍高于28天強度20%。也就是說，早期的混凝土壽命在百年以上，而當年所用水泥的顆粒粒徑是200um方孔篩篩余量小于10%，其平均粒徑遠遠大于目前國內標準使用的80um方孔篩篩余量小于10%的水泥平均粒徑。 為了與小樽港數(shù)據(jù)進行對比，日本海洋工程研究所也進行了相關試驗。試驗結果表明，在海洋氣候環(huán)境條件下，對于比表面積下限在250㎡的水泥，混凝土自然存放5年抗壓強度達到最高，增長約40%，然后逐年下降，至10年甚至低于原來的28天強度。 從以上數(shù)據(jù)對比分析可知，水泥顆粒粒徑的大小對混凝土強度的長期發(fā)展起著決定性的作用，當水泥顆粒粒徑大于30 um時，粒徑越大,混凝土28天后強度增長的幅度也越大，持續(xù)增長的時間也越長。而目前的國家標準，將水泥比表面積下限定在相對較高的300㎡，可實際生產(chǎn)的水泥比表面積多在360～400㎡之間，相應的水泥顆粒粒徑絕大多數(shù)都在30 um以下，雖然有利于提高混凝土的早期強度。但是，對于混凝土強度的長期發(fā)展卻是極為不利的，加之有的水泥生產(chǎn)企業(yè)為了追求利潤的最大化，會將水泥磨得越來越細，早強特征越來越明顯。在此前提下，期盼通過后期強度的大幅增長來保證混凝土的耐久性幾乎是不可能，而恰恰相反的是，混凝土強度的長期發(fā)展將會由短期的上升很快轉為逐年下降，國內多起鋼筋混凝土橋梁、高架橋質量事故大都發(fā)生在使用期滿十年這一關鍵的時間節(jié)點之后也就不足為奇。因為以當年的水泥比表面積標準與資料日本海洋工程研究所的水泥比表面積進行對比可以推斷，如果在配合比設計時施工企業(yè)沒有大幅提高混凝土配制強度，實際結構混凝土強度已自然下降至設計值以下，發(fā)生質量事故也就在所難免。 由此可見，現(xiàn)有水泥與過去傳統(tǒng)水泥的最大差異就是在滿足28天強度要求的前提下，將原有傳統(tǒng)水泥所隱含的巨大的強度安全儲備提前予以透支，而這部分被提前透支的強度儲備，正是為了抵御各種有害介質長期侵蝕導致強度不斷降低提供保障的，一旦缺失，對部分結構的長期耐久性來說后果不堪設想。上述結論，也正好回答了過去人們常提起的一個問題，那就是在水泥生產(chǎn)工藝和技術不斷進步的今天,為什么會出現(xiàn)過去的水泥比現(xiàn)在的水泥好、國外的水泥比國產(chǎn)的水泥好的根源所在。另外，強度儲備被提前透支對結構所造成的不良后果具有極強的隱蔽性，更有人們難以辯駁的法理支撐，因為水泥畢竟是過程產(chǎn)品，而非實體結構，在這一點上，作為建設者我們必須保持清醒的認識。 鑒于目前國內混凝土強度在自然環(huán)境中長期發(fā)展的相關數(shù)據(jù)鮮有見之，更多的是引用實驗室標養(yǎng)試件數(shù)據(jù)而缺乏說服力；另外，對于我們每個人身邊住用的建筑工程來說，由于混凝土表面都進行了裝飾裝修，使混凝土與外界環(huán)境隔絕而對其起到了很好的保護作用，混凝土強度也就不會因有害介質的侵入而大幅降低并發(fā)生質量事故，從而也就自覺或不自覺地影響了人們對混凝土強度長期發(fā)展的高度重視和研究，故這一直是被我們所忽視的問題而鮮見提及。 楊文科先生在《現(xiàn)代混凝土科學的問題與研究》一書中談到，水泥是混凝土之母，是混凝土的核心原材料。但是，在商品混凝土快速發(fā)展的今天，礦物摻合料的大量使用越來越受到熱捧，其地位已經(jīng)到了與水泥不相上下的地步，是現(xiàn)代混凝土不可或缺的組分之一。固然礦物摻合料的使用有其科學合理的一面，但也必須清醒地看到，如使用不當還會帶來負面影響，甚至會給工程帶來災難性的后果，這一點，必須引起我們的高度重視。眾所周知，火山灰質礦物摻合料本身并無膠凝性能，只有與水泥水化后生成的氫氧化鈣進行二次反應，才能生成難溶的水化硅酸鈣凝膠，從而提高混凝土的強度和密實性。如果混凝土中沒有足夠多的水泥來提供氫氧化鈣反應物，部分礦物摻合料的二次水化也就成為不可能，問題在于水泥水化能生成多少氫氧化鈣，而各種礦物摻合料的火山灰質反應又需要多少氫氧化鈣。對于這一問題，理論上并沒有得到很好解決，更沒有法規(guī)依據(jù)可循，從而導致大摻量礦物摻合料的使用問題存在諸多的不確定性，對混凝土質量帶來不利影響也就不可避免。比如說，在施工現(xiàn)場我們常常看到的大面積網(wǎng)狀裂縫及樓屋面板常常發(fā)生的大面積滲漏現(xiàn)象，這些都與礦物摻合料的二次反應沒有達到預期的凝結效果而使其轉化為細砂組分有直接的聯(lián)系，這是其一。 其二，商品混凝土絕大多數(shù)都是用普通硅酸鹽水泥進行混凝土配置，依據(jù)國家水泥標準，普通硅酸鹽水泥中的混合材參量必須控制在20%以內。可據(jù)國家建材部門前期的調查資料介紹，除部分水泥大型企業(yè)外，大多數(shù)水泥中小企業(yè)混合材參量均超標，最高參量甚至高達47%，而當前的施工驗收規(guī)范對此又沒有提出強制性檢測要求，甚至連部分地方政府的檢測機構都不開展此項業(yè)務，導致施工企業(yè)束手無策,這無形之中，也就為不法企業(yè)大開方便之門，這是當前瘦身水泥最隱蔽最核心的癥結之一。而更為嚴重的是，由此導致對部分混凝土質量問題和質量事故的責任認定，都將可能會帶來顛覆性的結果，教訓的吸取也就成為空談。其三，水泥必須進行安定性檢測是國家水泥標準的明確要求，但是，當采用膠凝材料替代水泥以后，膠凝材料的安定性問題已經(jīng)超出了水泥標準的管轄范疇，而相應的其它規(guī)范標準又不涉及安定性檢測的內容，導致混凝土體積穩(wěn)定性問題經(jīng)常發(fā)生也就不足為奇，特別是隨著混凝土中摻合料品種和用量的不斷增加。水泥用量越來越少，對混凝土體積穩(wěn)定性取決定性作用的已不是水泥，而是膠凝材料組合。由此可見，現(xiàn)有的規(guī)范標準僅對水泥進行檢測是不夠的，必須增加膠凝材料組合的安定性檢測,只有這樣，才能最終確?；炷辆哂辛己玫捏w積穩(wěn)定性，這是當前規(guī)范標準間的盲區(qū)。 其四，混凝土路面必須具有良好的耐磨性這是不言而喻的，但設計規(guī)范、施工驗收規(guī)范對混凝土耐磨性的要求卻沒有明確的量化控制指標。雖然道路水泥標準對水泥的耐磨性有相關的要求，但是，在礦物摻合料用量越來越多而水泥用量越來越少的今天，原有基準水泥的耐磨性已被弱化。由此導致路面起灰起砂的問題經(jīng)常發(fā)生也就成為必然，即使對簿公堂，法官也難以依法判定，因為耐磨性要求是隱含的，并非規(guī)范或圖紙明確的，相關的案例也并不少見，這同樣是規(guī)范標準間的盲區(qū)。 其五，當前礦物摻合料中使用量最大的是礦渣和粉煤灰，眾所周知，礦渣和粉煤灰的密度均小于水泥的密度，特別是粉煤灰差距更大,這一差距給施工帶來了巨大的困難，因為在混凝土澆筑和振搗過程中，密度大的水泥會往下沉,而密度小的礦物摻合料會往上浮，呈現(xiàn)微觀上的分層離析，從而使構件頂部和表面摻合料含量過大而水泥含量過小,底部則反之。由此造成的不良后果除構件強度上下不均外，梁頂、柱頂、板頂經(jīng)常開裂已經(jīng)成為不爭的事實，特別是柱頂，開裂現(xiàn)象相當普遍，且水泥用量越少，摻和料用量越多，開裂問題愈加突出，至今難以解決。 作為當前的建設者，雖然我們無法改變規(guī)范標準的現(xiàn)狀，但我們完全可以想方設法規(guī)避其可能帶來的風險，并確保混凝土結構在其使用年限內安全可靠的工作。
一是將水泥比表面積控制在300～350㎡之間，最大限度的保證混凝土28天后強度仍有較大幅度的增長，同時，適當提高混凝土配合比設計時的配制強度，增強混凝土抵御各種有害介質長期侵蝕的能力，確?；炷两Y構的長期耐久性。二是在進行混凝土施工配合比設計之前，必須對水泥中的混合材含量進行檢測，確保最終混合材和摻合料總量控制的真實性和有效性，同時，在混凝土施工配合比設計完成后，應對所選用的膠凝材料組合進行安定性檢測，以最終確保膠凝材料組合具有良好的體積穩(wěn)定性。三是對于混凝土表面有耐磨性要求的路面、碼頭面層、機場道面等，除按第一點控制比表面積外，應優(yōu)先選用道路硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，不宜使用礦渣水泥、粉煤灰水泥或復合水泥，更不宜在混凝土施工配合比設計時摻加礦渣、粉煤灰等礦物摻合料，以確?；炷辆哂休^強的表面耐磨性。 四是對于不同環(huán)境、不同結構、不同保護層厚度的混凝土，其礦物摻合料的最大參量應嚴格按《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》（GB/T50476-2008）的條款執(zhí)行。
