引言

 

隨著我國建筑業(yè)的快速發(fā)展，商品混凝土已成為房建工程中的重要建筑材料。由于混凝土拌合物工作性能會(huì)受到原材料組成、原材料品質(zhì)、攪拌和運(yùn)輸時(shí)間等因素的影響，當(dāng)運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場時(shí)，常常會(huì)因?yàn)榛炷涟韬衔锾畵p嚴(yán)重而難以施工。為了施工方便，后加水現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。任意增加用水量，不僅抵消混凝土試配過程中給出的強(qiáng)度富余，而且很容易導(dǎo)致工程質(zhì)量不合格，因此，后加水的危害已普遍達(dá)成共識(shí)。此外，若出現(xiàn)預(yù)拌混凝土中某組成材料不合格或配合比設(shè)計(jì)本身有問題，也會(huì)導(dǎo)致工程質(zhì)量出現(xiàn)嚴(yán)重問題。混凝土澆筑后，若出現(xiàn)強(qiáng)度過低，要了解是否完全由后加水導(dǎo)致的，可在各組成材料及配合比設(shè)計(jì)都滿足要求的基礎(chǔ)上，通過研究后加水對預(yù)拌混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律并結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行初步判定。

 

目前，有關(guān)預(yù)拌混凝土初凝前添加不同水量對混凝土抗壓強(qiáng)度影響的計(jì)算方法在國內(nèi)尚無相關(guān)規(guī)范及相關(guān)專項(xiàng)研究，可參考的資料有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》和為數(shù)不多的文獻(xiàn)，但使用時(shí)均存在一定的局限性和不合理性。為闡明后加水量對混凝土性能的影響，本文結(jié)合某一工程案例的計(jì)算進(jìn)行綜合分析，以期為合理解決相關(guān)技術(shù)問題提供參考。

 

1案例分析

 

某辦公樓混凝土柱，抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)為C45，施工坍落度設(shè)計(jì)為（210±30）mm，運(yùn)輸時(shí)間約40min，澆筑時(shí)混凝土實(shí)際坍落度約80mm，為方便施工，施工人員違規(guī)進(jìn)行了后加水（混凝土初凝時(shí)間一般為2h以上，因此考慮加水是在混凝土拌合物初凝前進(jìn)行的）。澆筑齡期28d時(shí)，對該辦公樓混凝土柱進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)混凝土柱表面無明顯外觀質(zhì)量問題，但抗壓強(qiáng)度結(jié)果與設(shè)計(jì)強(qiáng)度相差較大。

 

 

該辦公樓混凝土柱預(yù)拌混凝土所采用的原材料組成為：

（1）P·O42.5級(jí)水泥。

（2）I級(jí)粉煤灰，細(xì)度7.9%，燒失量3.5%，需水量比87%。

（3）S95礦粉，比表面積424m2/kg，7d活性指數(shù)79%，流動(dòng)度比96%。

（4）天然砂，細(xì)度模數(shù)2.3，Ⅱ區(qū)中砂。

（5）5～31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石。

（6）高效減水劑，砂漿減水率17.5%，摻量1.8%。

（7）抗裂膨脹劑，水中7d限制膨脹率0.027%，空氣中21d限制膨脹率-0.013%，7d抗壓強(qiáng)度32.5MPa，28d抗壓強(qiáng)度47.5MPa。

 

2現(xiàn)有的計(jì)算方法

假設(shè)預(yù)拌混凝土所用原材料的技術(shù)指標(biāo)均能滿足配制C45混凝土的標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)有的相關(guān)計(jì)算方法如下。

 

2.1相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的方法

 

 

 

公式（1）為標(biāo)準(zhǔn)JGJ55—2011中的公式，在采用該公式計(jì)算時(shí)，不考慮因加水引起的和易性改變問題。并按照該標(biāo)準(zhǔn)中“對于坍落度大于90mm的拌合物，坍落度每增大20mm，用水量增加5kg”的量化指標(biāo)進(jìn)行分析計(jì)算。加入不同用水量后，在其他原材料質(zhì)量不發(fā)生變化的情況下，對坍落度和28d抗壓強(qiáng)度的理論計(jì)算結(jié)果見表1。

 

 

 

由表1可知，通過對不同用水量進(jìn)行理論計(jì)算，當(dāng)初始坍落度為80mm時(shí)，坍落度通過加水增加至180～240mm時(shí)，在不考慮和易性等因素改變的條件下，28d理論計(jì)算強(qiáng)度由初始的53.2MPa降至42.6～46.1MPa。

 

該方法雖計(jì)算簡單、使用方便，但其也存在一定的不足：一是采用該標(biāo)準(zhǔn)的公式進(jìn)行計(jì)算，僅能增加用水量，未考慮加水的時(shí)間間隔問題，因此不存在后加水情況。二是施工現(xiàn)場后加水一般包括：在混凝土攪拌罐車內(nèi)直接加水、在卸料斗中加水和在施工倉面上加水等情況，由于受現(xiàn)場條件的限制，后加水很難攪拌均勻；后加水會(huì)導(dǎo)致水膠比變大，理論上要使混凝土拌合物保持優(yōu)良的工作性能，砂率也應(yīng)隨之變化，而現(xiàn)場施工時(shí)無法滿足砂率變化的要求。因此，后加水后混凝土拌合物和易性的改變必然會(huì)導(dǎo)致理論計(jì)算強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度存在一定的差異。

 

2.2相關(guān)文獻(xiàn)的方法

參考文獻(xiàn)康立中、李福源、高秋長等人針對工地發(fā)生的事實(shí)做了相應(yīng)的試驗(yàn)，對增大用水量降低混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了量化分析。通過保持其他參數(shù)不變，僅改變用水量，用外加劑調(diào)整混凝土工作性進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。所得結(jié)論為：通過采用加權(quán)平均值計(jì)算，可知用水量每增加10kg，混凝土28d強(qiáng)度可降低3.7MPa。即：

 

 

 

參照標(biāo)準(zhǔn)JGJ55—2011中“坍落度每增大20mm，用水量增加5kg”的量化指標(biāo)，當(dāng)初始坍落度為80mm時(shí)，坍落度增加至180～240mm，用水量增加25～40kg，強(qiáng)度損失應(yīng)為9.3～14.8MPa，即用水量增加后28d強(qiáng)度應(yīng)為38.4～43.9MPa。該方法通過大量試驗(yàn)證明了后加水的危害，并通過對不同加水量影響混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行量化分析，得到了后加水量對混凝土抗壓強(qiáng)度影響的一般規(guī)律，方法具有一定的科學(xué)性，但仍存在以下不足：一是該試驗(yàn)通過改變用水量，用外加劑調(diào)整混凝土工作性，而事實(shí)該混凝土配合比中砂、石用量也發(fā)生了改變，因此，其最終混凝土強(qiáng)度變化的原因不能僅僅歸因于用水量變化。二是該方法未采用后加水，也未能反映出后加水對預(yù)拌混凝土拌合物工作性能的影響規(guī)律，在計(jì)算時(shí)只能按照標(biāo)準(zhǔn)JGJ55—2011有關(guān)坍落度的量化指標(biāo)進(jìn)行，無法客觀、真實(shí)反映現(xiàn)場實(shí)際。

 

參考文獻(xiàn)張凡、劉坤、馬嘯等人針對商品混凝土在施工現(xiàn)場被加水的現(xiàn)象，對不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，在不同時(shí)間根據(jù)混凝土坍落度損失的情況，加入不同量的水使混凝土恢復(fù)良好工作性能，記錄不同時(shí)間的后加水量，并檢測加水后混凝土的抗壓強(qiáng)度，通過分析每個(gè)強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)與后加水量的關(guān)系后認(rèn)為，其變化趨勢均可回歸為直線式，即混凝土拌合物不同后加水量對強(qiáng)度等級(jí)為C45的混凝土28d抗壓強(qiáng)度的影響曲線可表示為：

 

 

 

當(dāng)初始坍落度為80mm時(shí)，按表1所列的施工要求坍落度180～240mm所對應(yīng)的后加水量分別帶入公式（3）后，得出后加水后28d強(qiáng)度為34.7～40.9MPa。該方法通過大量試驗(yàn)得出了不同時(shí)間間隔的后加水量對混凝土抗壓強(qiáng)度影響的一般規(guī)律，具有一定的創(chuàng)新性，但該方法的使用仍存在局限性：一是該方法未能得出不同加水量對混凝土工作性影響的變化規(guī)律，而實(shí)際施工中，后加水量是由混凝土工作性能確定的，因此，一定程度上仍無法解決后加水的定量問題。二是該公式是記錄不同時(shí)間的后加水量，并檢測加水后混凝土的抗壓強(qiáng)度，通過分析每個(gè)強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)與后加水量的關(guān)系，與現(xiàn)場后加水的時(shí)間間隔情況不相符。

 

3模擬試驗(yàn)

3.1原材料及方法

鑒于以上計(jì)算方法各自存在一定局限性，本試驗(yàn)選用和案例中的辦公樓柱預(yù)拌混凝土所用材料品質(zhì)基本一致的原材料，設(shè)計(jì)坍落度為180mm，并按照后加水大致時(shí)間，即混凝土拌合物經(jīng)過1h后進(jìn)行加水試驗(yàn)，每立方米混凝土加水量分別為10、20、40、50、60kg。以期得到后加水量對混凝土拌合物坍落度和混凝土抗壓強(qiáng)度的影響曲線。

 

3.2配合比

試驗(yàn)以C45普通混凝土為研究對象，并依據(jù)案例中C45混凝土的配合比進(jìn)行試驗(yàn)，其配合比見表2。

 

 

 

3.3試驗(yàn)檢測

根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行混凝土工作性能、外觀質(zhì)量和抗壓強(qiáng)度檢測，其檢測結(jié)果見表3。

 

 

 

對表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出后加水對混凝土拌合物坍落度和混凝土抗壓強(qiáng)度的影響曲線（如圖1、圖2所示）。由圖1可知，在一定的加水量范圍內(nèi)（0～50kg），混凝土拌合物仍能保持較好的和易性，后加水量與混凝土拌合物坍落度值呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.982，線性關(guān)系較好。后加水量與混凝土拌合物坍落度的關(guān)系可表示為：

 

 

 

由圖2可知，7d和28d抗壓強(qiáng)度與后加水量0～50kg呈負(fù)相關(guān)，擬合曲線均為線性的，相關(guān)系數(shù)分別為0.9872和0.9311，這一結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn)的研究成果是一致的。因此，C45預(yù)拌混凝土28d抗壓強(qiáng)度和后加水量的關(guān)系可以表示為：

 

 

 

通過上述擬合曲線的計(jì)算可知：當(dāng)初始坍落度為80mm時(shí)，施工要求坍落度180～240mm所對應(yīng)的后加水量實(shí)際為36.1～56.3kg/m3，與標(biāo)準(zhǔn)JGJ55—2011的量化指標(biāo)有一定的差異。分別帶入公式（5）后，得出后加水后混凝土28d強(qiáng)度為37.9～42.2MPa。

 

4結(jié)果與討論

現(xiàn)有方法中后加水對混凝土抗壓強(qiáng)度影響分析的計(jì)算結(jié)果、本文模擬試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果和案例中的實(shí)測結(jié)果如圖3所示。

 

 

 

由圖3可知，坍落度由80mm增大至180～240mm時(shí)，通過后加水28d抗壓強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果從小至大為：文獻(xiàn)2＜試驗(yàn)＜文獻(xiàn)1＜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這是由于JGJ55—2011中公式的適用條件為和易性較好且混凝土中各組成材料應(yīng)具有良好的相容性，而實(shí)際工程中，施工現(xiàn)場由于后加水，預(yù)拌混凝土拌合物和易性一般會(huì)變差，甚至?xí)霈F(xiàn)泌水、離析現(xiàn)象。因此，采用公式進(jìn)行計(jì)算結(jié)果較大，與實(shí)際情況誤差也最大。文獻(xiàn)1中在試驗(yàn)時(shí)混凝土拌合物工作性能并沒有隨著加水量的變化而變差，而是隨著砂、石用量和外加劑的調(diào)整一直保持具有較好的工作狀態(tài)。因此，采用該試驗(yàn)得到的曲線計(jì)算得到的混凝土抗壓強(qiáng)度值在理論上也應(yīng)是偏大的。文獻(xiàn)2系在不同時(shí)間根據(jù)混凝土坍落度損失的情況，加入不同量的水使混凝土恢復(fù)一個(gè)設(shè)定的坍落度，并記錄不同時(shí)間的后加水量，可操作性差，因此該回歸曲線與實(shí)際情況必然存在一定的誤差。且有研究表明在初凝后加水，會(huì)使得混凝土的抗壓強(qiáng)度下降70%以上，因此該試驗(yàn)回歸的曲線會(huì)因時(shí)間間隔過長而導(dǎo)致斜率絕對值變大，計(jì)算結(jié)果較實(shí)際偏小。模擬試驗(yàn)是基于其他材料用量完全不變的情況下，僅改變用水量，后加水間隔時(shí)間基本接近于現(xiàn)場工程實(shí)際，因此，本試驗(yàn)最終得到強(qiáng)度的變化規(guī)律可認(rèn)為基本歸因于后加水量的變化。

 

而事實(shí)上，該工程按照GB/T50107—2010《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行評定，從圖3中可以看出，混凝土柱28d的實(shí)測強(qiáng)度為18.9～33.5MPa，均小于以上各方法的計(jì)算值，而資料顯示混凝土沒有出現(xiàn)明顯的外觀質(zhì)量缺陷，說明后加水量在上述范圍內(nèi)。因此，該預(yù)拌混凝土強(qiáng)度較低的原因除了后加水的影響外，還可能存在原材料某些指標(biāo)有不合格的現(xiàn)象或原始配合比強(qiáng)度未能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)后期證實(shí)，該原材料中的河砂含泥量有超標(biāo)現(xiàn)象，也進(jìn)一步驗(yàn)證了本試驗(yàn)的初步判定。

 

結(jié)語

（1）若僅考慮抗壓強(qiáng)度，后加水對預(yù)拌混凝土的危害十分嚴(yán)重，因此，應(yīng)禁止二次加水或后加水。

 

（2）在進(jìn)行后加水量對預(yù)拌混凝土抗壓強(qiáng)度的影響分析時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)JGJ55—2011中的公式計(jì)算，實(shí)際強(qiáng)度與理論計(jì)算強(qiáng)度存在較大的誤差且計(jì)算結(jié)果一般偏大。

 

（3）現(xiàn)有的文獻(xiàn)均是通過試驗(yàn)來分析后加水量對預(yù)拌混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，盡管實(shí)際結(jié)果與本文試驗(yàn)結(jié)果較為接近，但在使用時(shí)因無法準(zhǔn)確判斷出后加水混凝土拌合物工作性能的變化規(guī)律，導(dǎo)致后加水無法定量，因此存在一定的局限性。

 

（4）建議對預(yù)拌混凝土配合比中的各原材料進(jìn)行留樣封存，一旦出現(xiàn)不合格現(xiàn)象，可以在試驗(yàn)室進(jìn)行模擬驗(yàn)證。（來源：《混凝土世界》2019.11）