編者按：混凝土行業(yè)發(fā)展日新月異，目前混凝土向著高強(qiáng)、高性能發(fā)展。但是在追求高強(qiáng)度、低齡期的同時(shí)，混凝土強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象在近些年發(fā)生的頻次越來越高?；炷翉?qiáng)度倒縮對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的危害性不言而喻?；炷翉?qiáng)度倒縮如何界定？如何預(yù)防此類問題的發(fā)生？發(fā)生倒縮的原因和作用機(jī)理是什么？解決方案有哪些？本期特別策劃歡迎大家根據(jù)自己的實(shí)踐提供可行性的建議。

 

高國(guó)成（威海市長(zhǎng)峰建筑工程公司，技術(shù)總工）

 

對(duì)混凝土倒縮機(jī)理的理解

 

混凝土在正常的配比、施工和養(yǎng)護(hù)條件下，其強(qiáng)度在齡期內(nèi)（28d、60d、90d 甚至120d）出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)的情況，稱為混凝土的倒縮。倒縮的機(jī)理基本上是由水泥水化的不正常反應(yīng)造成的。這種不正常反應(yīng)發(fā)生的原因主要有兩個(gè)，一個(gè)是水泥自身的原因，另一個(gè)為外加劑促使水泥不正常水化的原因。比如鋁酸鹽水泥配制混凝土或早強(qiáng)蒸養(yǎng)混凝土就很容易出現(xiàn)強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象。

 

近些年因水泥廠迫于成本壓力，摻合料越來越多了，為了提高早期強(qiáng)度，水泥的磨細(xì)程度越來越細(xì)了，甚至增加大量的早強(qiáng)助劑來提高 3 天強(qiáng)度，從滿足水泥規(guī)范要求。正是過細(xì)的水泥水化產(chǎn)生不可見的微裂縫，水泥早期強(qiáng)度高，在水泥水化隨著時(shí)間不斷進(jìn)行中，微裂縫不斷增多，混凝土試件在壓力下很容易導(dǎo)致裂縫貫通破壞，強(qiáng)度偏低。而增強(qiáng)早強(qiáng)成分的助劑還是為了提高水泥的早期強(qiáng)度，這都會(huì)促使水泥中的 C3A、C2S 等化學(xué)物質(zhì)的水化，甚至通過絡(luò)合水泥中調(diào)凝劑 Ca2+ 促使水泥快速水化，都會(huì)導(dǎo)致混凝土水泥產(chǎn)物結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致隨著水化進(jìn)行強(qiáng)度偏低的風(fēng)險(xiǎn)。比如說蒸養(yǎng)混凝土中使用硫酸鈉作為早強(qiáng)劑會(huì)快速生成硫鋁酸鈣而使混凝土產(chǎn)生裂縫，致使強(qiáng)度偏低甚至膨脹損壞。

 

混凝土倒縮的防治

 

水泥不管是因?yàn)榻档统杀径扇〉募夹g(shù)手段，還是為了加快生產(chǎn)效率而采用早強(qiáng)外加劑等手段，都違背了材料的正常使用規(guī)律。我們接受技術(shù)創(chuàng)新，但要在滿足自然規(guī)律的前提下進(jìn)行，而不是一味地追求達(dá)到超早強(qiáng)而進(jìn)行揠苗助長(zhǎng)。曾有一篇報(bào)道：100 年前混凝土留置的試塊進(jìn)行試壓，發(fā)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度可以說幾乎一直在增長(zhǎng)，就是后期強(qiáng)度低也能超出標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。而近些年的混凝土大摻摻合料、磨細(xì)水泥和早強(qiáng)助劑導(dǎo)致水泥“瘦身”。在北方高膠凝材料還有強(qiáng)度上升空間，而對(duì)于南方超低膠凝材料混凝土（C30 為例，膠凝用量 300kg/m3，而水泥用量 170～180kg/m3），數(shù)年以后混凝土的強(qiáng)度發(fā)展甚有憂慮。而對(duì)于齡期內(nèi)強(qiáng)度倒縮防治，建議加強(qiáng)水泥的基本數(shù)據(jù)監(jiān)控，尤其是水泥強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律。另外，對(duì)于早強(qiáng)要求比較高的混凝土，一定要收集齡期內(nèi)甚至超出齡期的混凝土強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

 

王廣嶺，李新國(guó)（臨沂天元混凝土工程有限公司，工程師）

 

混凝土是目前用途最廣泛的建筑材料，隨著科技的發(fā)展，混凝土正在向綠色、高強(qiáng)、高性能化方向發(fā)展。在追求混凝土高強(qiáng)度、低齡期發(fā)展的同時(shí)，混凝土后期強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象的發(fā)生也越來越常見。混凝土后期強(qiáng)度倒縮對(duì)建筑質(zhì)量和安全的影響非常大，其危害性不言而喻。

 

混凝土強(qiáng)度倒縮一般理解為：一是膠凝材料水化終止，不再提供強(qiáng)度增量，而內(nèi)部或外部環(huán)境又對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響；二是雖然還有強(qiáng)度增量，但小于內(nèi)部或外部不利影響。無論哪種情況均會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度倒縮。混凝土后期強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象一般都發(fā)生在比較長(zhǎng)齡期后，主要體現(xiàn)在高標(biāo)號(hào)混凝土，混凝土水化，從而導(dǎo)致內(nèi)部缺水，可能由此產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，而出現(xiàn)混凝土倒縮現(xiàn)象。下面從三個(gè)方面對(duì)混凝土后期強(qiáng)度倒縮問題提出可行性建議。

 

1、合理控制礦物摻合料的摻量

相對(duì)于純水泥混凝土，摻入粉煤灰的混凝土能夠明顯的降低水泥水化熱，而摻入礦粉的混凝土能夠很大程度上放緩水化熱的放熱速率，而同時(shí)摻入粉煤灰和礦粉的混凝土不僅能夠有效的降低水化熱的放熱量，而且還放緩水化熱的放熱速率。因此在配制混凝土的過程中可以適當(dāng)?shù)膿饺敕勖夯液偷V粉。合理的調(diào)整粉煤灰和礦粉的使用量不僅能夠節(jié)約成本，而且還能夠改善混凝土強(qiáng)度，對(duì)混凝土強(qiáng)度倒縮產(chǎn)生一定的抑制作用。

 

2、降低混凝土的入模溫度

一般而言，當(dāng)混凝土溫度高于 40℃ 時(shí)即可影響水化過程與機(jī)制，尤其 50℃ 以上時(shí)影響更加明顯，因此控制混凝土入模溫度有著重要作用。（1）從生產(chǎn)上降溫：水泥和粉煤灰的出廠溫度一般都比較高，擱置一段時(shí)間之后溫度會(huì)隨之下降，因此要優(yōu)先使用擱置過一段時(shí)間的水泥和粉煤灰來配制混凝土，盡可能的降低水泥和粉煤灰在生產(chǎn)過程中存留的余熱。使用大棚遮住存放骨料的場(chǎng)地，避免太陽光直射，并保持良好的通風(fēng)。當(dāng)夏季溫度過高時(shí)可以對(duì)骨料進(jìn)行灑水降溫。溫度過高時(shí)可以使用地下水進(jìn)行生產(chǎn)。（2）從運(yùn)輸上降溫：夏季白天溫度高，混凝土罐車表面吸熱大，從而使其內(nèi)部溫度過高，在裝混凝土之前和之后分別用冷卻水或地下水噴淋罐車表面，達(dá)到降溫的效果。（3）從施工上降溫：夏季施工時(shí)，由于白天溫度較高，進(jìn)入夜間溫度會(huì)逐漸下降，因此混凝土澆筑時(shí)間可以選在晚上7點(diǎn)左右進(jìn)行，避免高溫時(shí)段，必要的時(shí)候可以對(duì)施工用水進(jìn)行加冰降溫。在水泥水化的初期，由于混凝土溫度過高，造成混凝土早期水化快，從而使混凝土早期強(qiáng)度高，但水泥不能夠完全水化，從而造成混凝土后期強(qiáng)度不增長(zhǎng)或倒縮現(xiàn)象，因此要控制好混凝土的溫度和環(huán)境溫度，從而保障混凝土正常水化。

 

3、緩凝劑的合理使用

緩凝劑是一種能夠推遲水泥水化反應(yīng)，從而延長(zhǎng)混凝土凝結(jié)時(shí)間的外加劑。緩凝劑的使用可以使新拌混凝土在比較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)保持塑性，從而方便混凝土澆注，提高施工效率，同時(shí)不會(huì)對(duì)混凝土后期各項(xiàng)性能造成不良的影響。澆筑大體積混凝土?xí)r，可以通過添加緩凝劑，能夠有效的降低混凝土絕對(duì)溫升，使水泥能夠緩慢、完全水化，從而避免水泥不完全水化對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的抑制作用。

 

鄧興才（中國(guó)商品混凝土行業(yè)企業(yè)專家委員會(huì)主任委員，廈門市硅酸鹽學(xué)會(huì)名譽(yù)會(huì)長(zhǎng)，教授級(jí)高工）

 

筆者認(rèn)為所謂混凝土強(qiáng)度倒縮并非單是混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度在 28 天或 60 天之后強(qiáng)度不增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng)，而是它所代表的混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度的不增長(zhǎng)或負(fù)增長(zhǎng)。如果試塊強(qiáng)度不能真實(shí)反映結(jié)構(gòu)實(shí)體的強(qiáng)度，可能真的是由于混凝土攪拌不均勻、試塊制作不規(guī)范、養(yǎng)護(hù)環(huán)境的溫濕度變差或者檢驗(yàn)設(shè)備的誤差等等原因所導(dǎo)致的。如果僅僅是這樣，與混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體的抗壓強(qiáng)度及耐久性無關(guān)，那也就沒有討論的必要，所以所討論的應(yīng)該就是混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度的倒縮問題。

 

筆者想要表達(dá)的觀點(diǎn)是：盡管引起混凝土強(qiáng)度倒縮的原因可能很多，也不排除廣泛使用礦物摻合料和外加劑（包括減水劑）等原因，但作為現(xiàn)代混凝土最主要的膠凝材料——水泥的確出了問題。其一，早期強(qiáng)度越來越高，但 28 天強(qiáng)度的富余系數(shù)卻越來越小，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，60 天至 90 天時(shí)水泥膠砂強(qiáng)度基本上沒有增長(zhǎng)甚至有所下降，用這樣的水泥拌制的混凝土，僅 7 天的抗壓強(qiáng)度就能達(dá)到 28 天強(qiáng)度的 90% 以上，但 28 天以后，強(qiáng)度增長(zhǎng)很小，60 天以后，除了處于水中或地下等濕潤(rùn)環(huán)境中的混凝土構(gòu)件外，抗壓強(qiáng)度基本沒有繼續(xù)增長(zhǎng)。其二，水泥粉磨顆粒越來越細(xì)，水化速度越來越快，水化熱放熱集中，混凝土澆筑后，內(nèi)外溫差加大，溫度應(yīng)力導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部細(xì)微裂縫增加，加之工期進(jìn)度要求緊，混凝土澆筑后難以按規(guī)范進(jìn)行保濕保溫養(yǎng)護(hù)，故很難保證混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期性和耐久性。其三，水泥生產(chǎn)廠家為了獲取經(jīng)濟(jì)利益，亂摻加混合材，其品種和摻量對(duì)外保密，若商品混凝土企業(yè)一定要求廠家提供，其所供資料也不一定可信。除了混合材，助磨劑也同樣影響到水泥與減水劑的適應(yīng)性，對(duì)混凝土的后期強(qiáng)度都會(huì)帶來不同程度的影響。

 

水泥為何能夠高早強(qiáng)？除了高細(xì)度、水化快，就是水泥本身的礦物成分改變了，水泥中 C3S 和 C3A 礦物成分提高了，而 C2S 降低了，所以早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度上不來，有沖勁無后勁，導(dǎo)致混凝土喪失了自愈合能力。前幾年，施工方把混凝土裂縫的責(zé)任歸罪于“商品混凝土”，后來發(fā)現(xiàn)自拌的混凝土不養(yǎng)護(hù)也照樣裂縫，其實(shí)裂縫的根源也是水泥和早些年使用的不一樣了，還按照老經(jīng)驗(yàn)施工不靈了，當(dāng)今的水泥普遍患有“三高”癥，即“高早強(qiáng)、高細(xì)度、高堿含量”。

 

形成水泥產(chǎn)品現(xiàn)狀的責(zé)任究竟在誰？好像還不應(yīng)全歸罪于水泥生產(chǎn)廠，因?yàn)楫?dāng)今的水泥強(qiáng)度和細(xì)度，并沒有違反國(guó)家現(xiàn)行的 GB 175—2007/XG 2—2015《通用硅酸鹽水泥》標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)于 2007 年發(fā)布后，又在 2009 年和 2015 年先后進(jìn)行過兩次修改，但對(duì)于水泥的強(qiáng)度和細(xì)度的規(guī)定，都是一如既往并沒有改變。比如最常用的“普通硅酸鹽水泥”，P·O42.5 的 3 天強(qiáng)度規(guī)定≥17.0MPa，28 天強(qiáng)度≥42.5MPa，但實(shí)際上，P·O42.5 的 3 天強(qiáng)度一般都超過 27～28MPa，甚至超過30MPa 的也常見到，因?yàn)椤皹?biāo)準(zhǔn)”中并未規(guī)定 3 天強(qiáng)度的上限。但 28 天強(qiáng)度的富余系數(shù)很低，往往只達(dá)到45～47MPa，你能說這種產(chǎn)品不合格嗎？因?yàn)樗呀?jīng)大于“標(biāo)準(zhǔn)”規(guī)定的下限了，且產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中并沒有規(guī)定水泥 28 天強(qiáng)度的富余系數(shù)。盡管在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》中規(guī)定了“水泥強(qiáng)度等級(jí)值的富余系數(shù)（γc）”，42.5 和 52.5 水泥的強(qiáng)度富余系數(shù)分別為 1.16 和 1.10，也就是說，這兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)水泥的 28 天膠砂強(qiáng)度至少應(yīng)該大于 49.3MPa 和57.75MPa，但實(shí)際上能夠達(dá)到此強(qiáng)度的水泥已經(jīng)不多了。再看看對(duì)水泥細(xì)度的規(guī)定：“硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的細(xì)度以比表面積表示，其比表面積不小于300m2/kg……”，但多家商品混凝土企業(yè)的試驗(yàn)室反映，大部分水泥的比表面積已達(dá)到 370～380m2/kg，超過 400m2/kg 的也不少見，而現(xiàn)行“標(biāo)準(zhǔn)”中，對(duì)水泥細(xì)度也沒有上限的規(guī)定，是否認(rèn)為水泥顆粒粉磨得越細(xì)越好？

 

筆者以一個(gè)混凝土技術(shù)工作者的身份曾和一位國(guó)內(nèi)名牌水泥企業(yè)的技術(shù)負(fù)責(zé)人交換過意見，他也認(rèn)為高早強(qiáng)高細(xì)度的水泥不利于混凝土的耐久性，但是水泥生產(chǎn)出來是要賣出去的，而如今的銷售市場(chǎng)是需要高早強(qiáng)，因?yàn)殚_發(fā)商和施工方很少有不趕工期的，如果水泥的早期強(qiáng)度低就賣不出去。是的，產(chǎn)品應(yīng)該適應(yīng)市場(chǎng)、滿足市場(chǎng)這是天經(jīng)地義的，生產(chǎn)廠有何過錯(cuò)？也許這才是問題的真正根源。發(fā)展要快，要講究效益，但必須尊重科學(xué)，犧牲質(zhì)量的高速度應(yīng)盡量避免。這個(gè)問題恐怕已經(jīng)超過我們的討論范圍，還是請(qǐng)各地的建設(shè)行政主管部門去認(rèn)真研究吧。

 

張盛（江蘇和天下節(jié)能科技股份有限公司，工程師）

 

從學(xué)習(xí)到工作至今接觸混凝土十余年，淺談一下筆者理解的混凝土。好多從事混凝土行業(yè)的人都把預(yù)拌混凝土比喻成炒菜，而筆者則 更喜歡把混凝土比喻成人，因?yàn)榛炷脸霈F(xiàn)好多的問題都能從“人”的成長(zhǎng)中找出類似象。“混”字，普意混合，還有混沌、模糊的意思；“凝”字，液體變?yōu)楣腆w，五行屬水；“土”，五行屬土。由于混沌的存在，“混凝土”三個(gè)字從字面上理解即為水土混合的模糊物，合在一起混凝土已跳出五行。這就和剛出生的嬰兒一樣，長(zhǎng)大了能變成什么樣的“人”，有不可預(yù)測(cè)的地方，就像蒙上了一層面紗。

 

普通混凝土中水泥組分與細(xì)度同 30 年代的快硬水泥的組分與細(xì)度相當(dāng)。而 1937 年采用當(dāng)時(shí)的快硬水泥的混凝土 10 年后強(qiáng)度開始倒縮；混凝土強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象近些年來出現(xiàn)的頻次越來越多，好多攪拌站生產(chǎn)的混凝土 7d 強(qiáng)度達(dá)到 100%，而 28d 強(qiáng)度基本不再增長(zhǎng)甚至還下降……針對(duì)混凝土強(qiáng)度倒縮的現(xiàn)象，如果從“人”的角度看，就跟早熟、早發(fā)育一樣，到后面反而不長(zhǎng)了，人的骨骼一般三十歲以后才停止增長(zhǎng)，早熟的人可能20 歲就停止骨骼增長(zhǎng)甚至開始萎縮了，這是因?yàn)槭挛锒加衅渥陨淼某砷L(zhǎng)規(guī)律，違反或擾亂了其規(guī)律，會(huì)影響質(zhì)量，甚至?xí)l(fā)生更嚴(yán)重的問題。

 

透過現(xiàn)象看本質(zhì)，排除外界因素，單從混凝土自身角度出發(fā)，筆者認(rèn)為混凝土強(qiáng)度倒縮，是由于混凝土內(nèi)部整體結(jié)構(gòu)被“破壞”導(dǎo)致的：混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，主要是由于現(xiàn)在的膠結(jié)石出現(xiàn)了問題；膠結(jié)石由于前期強(qiáng)度增長(zhǎng)過快，水化產(chǎn)物填實(shí)了后期本該供應(yīng)強(qiáng)度的膠結(jié)顆粒的空間，而隨著這些剩余膠結(jié)顆粒物理化學(xué)的變化及發(fā)展，不但沒有使原體系致密，強(qiáng)度提高，反而破壞了原先密實(shí)的膠結(jié)石體系，導(dǎo)致膠結(jié)石內(nèi)部變得酥松或出現(xiàn)了微觀的裂縫，從而產(chǎn)生混凝土強(qiáng)度倒縮現(xiàn)象。

 

現(xiàn)實(shí)中水泥廠家往往將水泥顆粒磨細(xì)作為提高其早期強(qiáng)度的主要手段，有超過 66 項(xiàng)的研究都表明：任何提高水泥水化速度的因素，都會(huì)消弱混凝土的耐久性。為什么水泥顆粒越來越細(xì)？GB175《通用硅酸鹽水泥》從 1999 到 2007 中均規(guī)定普通硅酸鹽水泥 42.5（該品種用量較多）中 3d 抗壓強(qiáng)度大于 17.0 MPa，雖然這是強(qiáng)制性指標(biāo)，但這個(gè)技術(shù)指標(biāo)對(duì)很多正規(guī)水泥企業(yè)都容易達(dá)到。二十年的標(biāo)準(zhǔn)對(duì) 3d 抗壓強(qiáng)度未進(jìn)行改變，而現(xiàn)實(shí)中水泥的細(xì)度在不斷變細(xì)，3d 抗壓強(qiáng)度都在不斷提高。促使這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是利益！一水泥粉磨站董事長(zhǎng)親口對(duì)筆者講，42.5 普通硅酸鹽水泥熟料只能用65% 左右，否則虧本，那這么低的熟料用量怎么保證強(qiáng)度呢？通過改變助磨劑配方和粉磨水泥顆粒細(xì)度來控制水泥強(qiáng)度指標(biāo)。

 

上述僅代表個(gè)人觀點(diǎn)（淺談水泥材料），但混凝土強(qiáng)度的倒縮現(xiàn)象是偶然更是必然。怎么去改變或遏制此類現(xiàn)象是所有砼行努力的共同目標(biāo)，筆者建議：

 

一、技術(shù)人員在生產(chǎn)中遇到類似問題如對(duì)某一材料持懷疑態(tài)度，可委托第三方進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，同時(shí)配合比中可降低其用量或更換廠家；

 

二、攪拌站生產(chǎn)中盡量選取能自行生產(chǎn)熟料的正規(guī)水泥廠家；

 

三、現(xiàn)行水泥標(biāo)準(zhǔn)體系缺陷明顯，應(yīng)盡快修改完善水泥規(guī)范技術(shù)指標(biāo)，如氧化鈣與二氧化硅的最低含量要求、比表面積應(yīng)該有上限、水泥3d 抗壓強(qiáng)度上限等；

 

四、水泥合格證上應(yīng)明確礦物組成尤其是 C3A 含量，同時(shí)出臺(tái)相應(yīng)的處罰措施，保證水泥行業(yè)及混凝土行業(yè)的健康發(fā)展。

 

封培然（四川鑫統(tǒng)領(lǐng)混凝土有限公司，高工）

 

目前還沒有看到由于混凝土強(qiáng)度倒縮導(dǎo)致工程質(zhì)量事故的相關(guān)公開報(bào)道，而混凝土常見的長(zhǎng)期強(qiáng)度倒縮主要發(fā)生在實(shí)驗(yàn)室，可能的原因是澆筑的混凝土形成工程實(shí)體之后，經(jīng)過竣工驗(yàn)收階段的絕大多數(shù)工程，沒有持續(xù)的數(shù)據(jù)追蹤混凝土的耐久性，另一方面即使服役數(shù)年的工程出現(xiàn)質(zhì)量問題，也很難將外界環(huán)境因素與混凝土自身強(qiáng)度收縮區(qū)分開，而國(guó)內(nèi)大部分混凝土建筑物使用年限較短也是事實(shí)，這也導(dǎo)致許多隱藏的問題不能暴露或者故意不能暴露，復(fù)雜的原因往往不是技術(shù)單方的作用。

 

混凝土強(qiáng)度的倒縮本質(zhì)上是混凝土的耐久性問題，根據(jù)混凝土耐久性的定義：“在使用過程中，正常維護(hù)下，經(jīng)受氣候變化、化學(xué)侵蝕、磨蝕等各種因素的作用而能保持其使用功能的能力”[1]，混凝土強(qiáng)度是其基本性能之一，保持混凝土強(qiáng)度持續(xù)發(fā)展，滿足工程使用功能也是其可以作為建筑材料的基本要求。

 

混凝土強(qiáng)度倒縮的表征可以描述為混凝土后期強(qiáng)度小于規(guī)定時(shí)間的初始強(qiáng)度，一般以混凝土達(dá)到初始設(shè)計(jì)強(qiáng)度為基礎(chǔ)，常見的工業(yè)民用建筑以該強(qiáng)度等級(jí)混凝土的 28d 齡期為準(zhǔn)?；炷翉?qiáng)度倒縮產(chǎn)生的機(jī)理從范圍上可以大致分為內(nèi)部、外部和由外部正常養(yǎng)護(hù)引發(fā)的內(nèi)部劣化原因三大類。

 

混凝土自身原因產(chǎn)生的倒縮主要源于內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，其中水泥和摻合料最為重要。水泥作為最活躍組分，其化學(xué)反應(yīng)能力決定了未來提供膠凝材料的數(shù)量。自水泥產(chǎn)生以來始終圍繞著降低生產(chǎn)能耗和提高水泥反應(yīng)活性兩方面進(jìn)行了大量的研究，其中后者通過改進(jìn)熟料礦物組成和增加與水接觸面積的工作取得了較好成績(jī)，滿足了人類對(duì)快速建設(shè)的期望。另外改變水泥水化溫度，增加礦物晶格缺陷，使用其它輔助化學(xué)物質(zhì)激活反應(yīng)也有了一定的進(jìn)步，在經(jīng)濟(jì)可控的條件下盡最大可能釋放水泥反應(yīng)能力，以最快速度獲得期望的強(qiáng)度是進(jìn)一步研究的動(dòng)力，然而無限制地去接近極限反應(yīng)活性，可能是百米賽跑。作為人類長(zhǎng)期生存的可靠空間，長(zhǎng)期性往往被短期利益所掩蔽，水泥活性的提升需要更多早強(qiáng)礦物，如 C3S 和 C3A，其中 C3A 水化產(chǎn)物長(zhǎng)期強(qiáng)度存在倒縮，資料顯示 1999 年以前國(guó)內(nèi)C3A含量基本在 5%～7%，而其后基本超過 8%[2]，部分地區(qū)高達(dá)12%～13%。而早在 1934 年 Lawton 在檢查 443 個(gè)道路工程的混凝土狀況時(shí)發(fā)現(xiàn)：維持盡可能低的 C3A 是必要的；而一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的結(jié)論是：C3A 增加時(shí)，C3S 應(yīng)該減少[3]。

 

有關(guān) C3S 對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響的研究更加廣泛，工程實(shí)踐結(jié)論也比較一致，目前沒有看到由于 C3S 含量增加導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的下降現(xiàn)象，更廣泛存在的問題是水化熱放熱量的增加、收縮的增加以及后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率的減緩，試驗(yàn)表明 C3S 含量為 53.22%、67.33% 和 78.79%的水泥熟料在 7d 齡期的孔隙率為 21.49%、22.66% 和26.29%，隨著齡期的延長(zhǎng)，最高的硅酸三鈣的水泥收縮明顯超出其它兩種[4]。也就是說在沒有其他混合材存在的條件下，宏觀強(qiáng)度指標(biāo)是：隨著 C3S 含量增加，水泥 28d 抗壓強(qiáng)度是降低的。混凝土要求的早期強(qiáng)度越高，為了保證施工性能必須增加水泥用量，也就意味著C3S 含量的增加，集聚的放熱量和體積收縮產(chǎn)生的裂紋在混凝土內(nèi)部早期存在并在載荷作用下進(jìn)一步延展，強(qiáng)度倒縮的風(fēng)險(xiǎn)更加明顯。即使增加摻合料用量，混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)基本停滯就是一個(gè)明顯的證明。

 

實(shí)際上，最早發(fā)現(xiàn)引起水泥風(fēng)險(xiǎn)的并不是 C3A 和C3S，而是水泥中的堿以及隨后發(fā)生的堿集料反應(yīng)。堿對(duì)工程的破壞更多的是崩潰式膨脹，其危害也在混凝土工程中人人皆知，嚴(yán)格上講這也是一種劇烈的強(qiáng)度倒縮，倒縮至混凝土抗壓強(qiáng)度徹底為零，這其中的堿不僅僅是水泥中的可溶性堿，也包括了混合材、摻合料、骨料等所有材料的可溶性堿。當(dāng)然除去混凝土內(nèi)部堿集料反應(yīng)外，對(duì)于惰性骨料而言，混凝土內(nèi)部的堿對(duì)促進(jìn)水泥早期水化依然有貢獻(xiàn)，各種塑性狀態(tài)的開裂在適當(dāng)堿含量時(shí)更為普遍。

 

水泥化學(xué)組分含量的高低，有時(shí)危害并不明顯，原因在于這些組分暴露在體系中的數(shù)量，也就是說水泥的比表面積或者細(xì)度才是組分發(fā)生作用的根源。水泥細(xì)度的變化在歷次國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)修訂中表現(xiàn)明顯，有人專門總結(jié)了水泥細(xì)度降低的變化趨勢(shì)[5]。實(shí)際上水泥細(xì)度對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響表現(xiàn)為：比表面積較低的水泥早期強(qiáng)度增加緩慢，后期強(qiáng)度不斷增加；比表面積較大的水泥則相反。這源于水泥顆粒持續(xù)水化受到水化產(chǎn)物的隔離，水的擴(kuò)散作用得到限制，但混凝土沒有強(qiáng)度倒縮，而是不再明顯增加。但是在干濕變化的環(huán)境12.076μm 和 13.145μm 的水泥在 60 個(gè)循環(huán)后，強(qiáng)度倒縮 5%，而 14.958μm 的水泥則強(qiáng)度增加 15%[6]，這表明較低細(xì)度的水泥細(xì)度對(duì)環(huán)境變化的敏感性強(qiáng)，同樣摻合料，如粉煤灰、礦渣粉等細(xì)度降低導(dǎo)致混凝土后期強(qiáng)度增高緩慢都與水泥類似，只是相對(duì)于水泥來說，變化更弱一點(diǎn)[7]。

 

外部因素作用于混凝土內(nèi)部最常見的是養(yǎng)護(hù)和使用外加劑。蒸汽養(yǎng)護(hù)對(duì)水泥制品構(gòu)件來說是一種常見的養(yǎng)護(hù)方式，實(shí)驗(yàn)表明混凝土經(jīng)過 (80±2)℃ 恒溫 6h，10～14℃ 水養(yǎng)至 28d 齡期，混凝土的強(qiáng)度是倒縮的，并且脫模強(qiáng)度越高的混凝土強(qiáng)度倒縮越明顯。原因就是Aft 的分解并在高溫時(shí)重新形成 AFm[8]，這對(duì)管樁混凝土來說是不利的，同樣 90℃ 熱養(yǎng)護(hù) 3d 對(duì) RPC 混凝土強(qiáng)度也是降低的[9]，也有研究指出處于隧道干熱環(huán)境下噴射混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度也是倒縮[10]，由此可知養(yǎng)護(hù)制度中的高溫對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度是有利的，但是長(zhǎng)期來看其對(duì)后期強(qiáng)度發(fā)展沒有可靠貢獻(xiàn)，尤其是一些特殊領(lǐng)域應(yīng)用的混凝土。水泥的水化本身是一種化學(xué)反應(yīng)的放熱過程，提高水泥反應(yīng)溫度可以一定程度上提高水泥的反應(yīng)速率，但是水泥水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)與形貌發(fā)生了變化，混凝土強(qiáng)度作為整體性能的反映，僅僅增加水化產(chǎn)物數(shù)量，而內(nèi)部密實(shí)度沒有增加，同樣也是空中樓閣。

 

外加劑中早強(qiáng)劑、抗凍劑、膨脹劑是幾類特別需要注意的成分，因?yàn)槠渫袎A、Cl-、SO42- 等成分，堿對(duì)混凝土后期強(qiáng)度倒縮貢獻(xiàn)明顯，與不摻加堿的混凝土相比，摻加 0.8% 堿的混凝土 90d 強(qiáng)度倒縮15MPa[7]，并且水泥比表面積越大，混凝土強(qiáng)度倒縮越明顯。氯離子除了引起鋼筋銹蝕，更導(dǎo)致混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度倒縮[11]，而硫酸根對(duì)混凝土的作用更是盡人皆知，甚至混凝土周圍的高硫酸根環(huán)境都可以對(duì)混凝土產(chǎn)生腐蝕。

 

外部環(huán)境對(duì)混凝土強(qiáng)度的作用包括各種溫度、濕度、酸堿鹽腐蝕、載荷等及各種因素的耦合[12]，處于干燥、凍融、干濕交替、海水、酸雨、碳化、氯鹽、載荷等各種劣化環(huán)境，即使混凝土初始保持較好的強(qiáng)度，隨著環(huán)境作用的長(zhǎng)時(shí)間積累，混凝土強(qiáng)度也可能倒縮，這些特殊環(huán)境使用的混凝土必須采取針對(duì)性的措施，保證強(qiáng)度增長(zhǎng)的可靠性，雖然長(zhǎng)期積累的結(jié)果也是混凝土強(qiáng)度的降低，但與一般意義的混凝土強(qiáng)度倒縮有所區(qū)別。

 

除以上分析之外，隨著混凝土行業(yè)之間競(jìng)爭(zhēng)的加劇，使用未經(jīng)驗(yàn)證的新材料，降低水泥使用量，原材料質(zhì)量自身的波動(dòng)，施工過程的不嚴(yán)格等均與管理不善有關(guān)，也極可能引發(fā)混凝土強(qiáng)度的倒縮，但這些本身與技術(shù)無關(guān)。

 

針對(duì)混凝土強(qiáng)度倒縮的各種原因分析，可以采取的措施有以下幾個(gè)方面：

 

材料方面：嚴(yán)格控制水泥細(xì)度，適當(dāng)放寬水泥早期強(qiáng)度，以攪拌站常用的 42.5R 水泥為例，可以要求 3d抗壓強(qiáng)度不低于 28MPa，28d 抗壓強(qiáng)度不低于 50MPa。嚴(yán)格控制水泥水化熱和堿含量，由于攪拌站的檢測(cè)條件限制，堿含量的控制往往困難，但是可以按照規(guī)定時(shí)間檢測(cè)可溶性堿，控制可溶性堿不超過 0.2%。

 

摻合料的活性是混凝土攪拌站的常見檢測(cè)項(xiàng)目，追求過高的活性必然帶來細(xì)度的提升，以非活性摻合料控制細(xì)度，以活性摻合料控制比表面積更為合適；而對(duì)于使用高鈣粉煤灰作為摻合料的企業(yè)，檢測(cè) f-CaO 非常必要，游離氧化鈣與水反應(yīng)膨脹于混凝土內(nèi)部導(dǎo)致強(qiáng)度倒縮已經(jīng)有所報(bào)道[13]，燒失量也是使用粉煤灰的重要檢測(cè)項(xiàng)目，這源于施工過程未燃盡碳的浮漿導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的不均勻。最近隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提升，粉煤灰內(nèi)的SO3、NH4NO3 的含量也在增加，使用前判斷粉煤灰酸堿性也非常必要，而對(duì)更加復(fù)雜方式獲得的所謂粉磨粉煤灰，源頭控制往往無能為力，更側(cè)重的是使用前的了解，變更的告知義務(wù)。

 

外加劑的使用要謹(jǐn)慎，特殊外加劑必須事前試驗(yàn)，外加劑的穩(wěn)定性和水泥、摻合料的穩(wěn)定性一樣重要。

 

質(zhì)量控制方面：質(zhì)量控制是混凝土產(chǎn)品最重要的短板，塑性階段的混凝土是構(gòu)筑物質(zhì)量的一部分，但不是全部?；炷翉?qiáng)度是整個(gè)體系的表征，是從水泥加水起至規(guī)定齡期的發(fā)展史?；炷临|(zhì)量控制的時(shí)間長(zhǎng)加上中間物權(quán)的分割以及中間指標(biāo)確立困難，因此實(shí)際工程質(zhì)量距離理想狀態(tài)尚有差距。

 

控制混凝土強(qiáng)度倒縮首先必須摒棄偷工減料，水泥價(jià)格的上漲造成混凝土成本上升，對(duì)于簽訂固定合同價(jià)的賣方來說，降低水泥用量是最直接的降本措施，這也是導(dǎo)致混凝土前期水化快，后期強(qiáng)度不足的重要原因，越細(xì)的水泥，越要保證摻加量。大部分技術(shù)人員都認(rèn)可過高的水泥用量導(dǎo)致開裂，而水泥數(shù)量的不足同樣會(huì)在碳化下失去強(qiáng)度[14]。

 

控制材料的均勻性和穩(wěn)定性同樣可以避免混凝土強(qiáng)度的倒縮?？v向要均勻，橫向要穩(wěn)定。進(jìn)場(chǎng)使用的材料在倉(cāng)內(nèi)不發(fā)生變化，保證了每車混凝土的穩(wěn)定，而單車混凝土攪拌均勻保證每方混凝土的穩(wěn)定，每批次原材料質(zhì)量的均勻保證了今天與明天混凝土質(zhì)量的穩(wěn)定。控制的方式必須將時(shí)間與空間結(jié)合起來，例如倉(cāng)內(nèi)水泥結(jié)塊就是空間的不均勻，運(yùn)輸車輛中間的停滯就是時(shí)間的不穩(wěn)定。建立時(shí)間歷程的控制指標(biāo)變化曲線，而不僅僅是坍落度損失。

 

控制施工過程的熱環(huán)境依然是必要的。從前面的分析可知，溫度對(duì)混凝土強(qiáng)度的消極作用，尤其是對(duì)高強(qiáng)的混凝土。夏季是混凝土施工的高峰季節(jié)，也是遭受熱傷害的季節(jié)。降低施工環(huán)境溫度，首先應(yīng)降低材料溫度，尤其是水泥溫度，盡管這往往是困難的，但相對(duì)于要求降低水泥比表面積也許是可以接受的。實(shí)踐表明，控制普通硅酸鹽 42.5R 水泥比表面積至 330m2/kg 以下是合適的，并同步增加摻合料用量。另外使用施工現(xiàn)場(chǎng)地下冷水也被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)的降溫措施。

 

混凝土整體的致密性是避免混凝土強(qiáng)度倒縮的最佳物理措施。澆筑階段每一級(jí)小顆粒都能夠進(jìn)入上一級(jí)顆粒的空隙是混凝土致密的基本原理。致密性阻止了各種有害空隙的產(chǎn)生，也為漿體均勻性打下了基礎(chǔ)，高塑性混凝土保證了混凝土的流動(dòng)性，但是后期多余水分的存在對(duì)混凝土整體不利，高粘度的混凝土損失了部分流動(dòng)性而減少殘余水分，但施工方并不喜歡高粘度混凝土，原因是增加了施工難度，因此研發(fā)觸變性強(qiáng)的外加劑和發(fā)明更先進(jìn)的振搗工具一樣重要。實(shí)踐中，物理方式增加致密性，比化學(xué)方式帶來的副作用小。外界有害物質(zhì)的侵入往往是從混凝土質(zhì)量的薄弱位置開始，整體振搗、表面壓實(shí)都是處置方式之一，至規(guī)定齡期后混凝土內(nèi)部不再發(fā)生有害變化，保證了混凝土強(qiáng)度的穩(wěn)定。

 

總之，許多經(jīng)濟(jì)條件下的措施需要輔助有效的質(zhì)量管理手段，而對(duì)其他非技術(shù)因素導(dǎo)致的混凝土強(qiáng)度倒縮并不在本文的討論范圍。建立新的混凝土過程控制指標(biāo)，比混凝土成型后的質(zhì)量統(tǒng)計(jì)更有創(chuàng)新性，尤其是對(duì)過程控制的重視不僅限于坍落度，粗骨料的使用可能也是防止混凝土強(qiáng)度倒縮的方式。