对现代混凝土质量问题的反思及对策-水泥网
作者:amdin 浏览次数:

自1824年水泥诞生至今已有近200年的历史,经前人的不懈努力,混凝土技术已是日臻完善,各种规范标准也是应有尽有,但是,随着科学技术的不断进步,应用领域的不断扩展,我们身边的混凝土质量问题不是越来越少,反而是越来越多,比如说,强度偏低的问题、裂缝的问题、渗漏的问题、耐磨性差的问题等等时有发生,特别是近些年来一些钢筋混凝土桥梁、高架桥等重大质量事故不时地撞击人们的眼球,不得不让人从新思考现代混凝土技术到底还存在什么难解之谜、还有什么死角和盲区等待我们去发现和解决、难道说质量问题和质量事故的发生都是现场施工管理者的责任吗?这些问题值得我们认真思考和反思。    经过多年的应用比对分析,笔者认为,大量质量问题和质量事故的发生除了与现场的施工管理有关外,还与水泥品质的高低及规范标准间的不协调有直接的联系,也就是说,我们的顶层设计还存在着一些急待改进和完善的问题,而这些问题过去却一直被我们所忽视,导致质量问题一而再再而三的发生,且层出不穷。下面,笔者通过旁征侧引和对比分析来进一步阐述这些问题,不妥之处恳请指正。   

 一、水泥品质的差异问题    

众所周知,现有水泥是以28天强度值作为评定基准的,至于28天后强度如何发展,水泥标准并没有给出明确的规定和要求,以至于水泥生产企业只要按保证28天强度进行水泥生产就可以了。其实,混凝土28天以后的强度发展除了与水泥中的矿物成分比例及后续的养护条件有关外,还与水泥矿物颗粒粒径的大小有直接的联系,以通用硅酸盐水泥中最大含量的硅酸三钙矿物为例,28天的水化深度大约是10um,相对于颗粒粒径绝大多数在30um以下的水泥而言,28天水化已完成90%以上,也就是说,28天后即使养护条件再好,混凝土强度也没有多少增长的余地。   

 到目前为止,对混凝土强度长期发展最有说服力的是日本小樽港持续长达百年的相关试验数据。根据资料[2]介绍,始建于1897年的小樽港,在建设初期制作了6万多个试件,放在海水中、大气中、淡水中分别进行长期耐久性试验,试验结果表明,三者的长期强度发展趋势是基本一致的,其中,试件在自然的大气环境中存放30~40年强度达到最高,大约提高100%,然后逐年下降,存放95年,强度从最高点下降约40%,但仍高于28天强度约20%,当年所用的水泥颗粒粒径是200um方孔筛筛余量小于10%,其平均粒径远大于目前国内标准使用的80um方孔筛筛余量小于10%的水泥平均粒径。    

为了与小樽港的数据进行对比,日本海洋工程研究所也进行了相关的试验,试验结果表明,在海洋气候环境条件下,对于比表面积下限在250㎡/kg的水泥,混凝土存放5年抗压强度达到最高,增长约40%,然后逐年下降,至10年甚至低于原来的28天强度。

 从以上数据对比分析可知,水泥颗粒粒径的大小对混凝土强度的长期发展起着决定性的作用,当水泥颗粒粒径大于30 um时,粒径越大,混凝土28天后强度增长的幅度也越大,持续增长的时间也越长,而目前的国家标准,将水泥比表面积下限定在相对较大的300㎡/kg,可实际生产的水泥比表面积多在360~400㎡/kg之间,相应的水泥颗粒粒径绝大多数都在30 um以下,虽然有利于提高混凝土的早期强度,但是对于混凝土强度的长期发展却是不利的,加之有的水泥生产企业为了追求利润的最大化,会将水泥磨得越来越细,早强特征越来越明显,在此前提下,期盼通过后期强度的大幅增长来保证混凝土的耐久性几乎是不可能,而恰恰相反的是,混凝土强度的长期发展将会由短期的上升很快转为逐年下降,国内多起钢筋混凝土桥梁、高架桥质量事故大都发生在使用期满十年这一关键的时间节点之后也就不足为奇,因为以当时的水泥比表面积标准与资料[2]日本海洋工程研究所的水泥比表面积进行对比可以推断,如果在配合比设计时施工企业没有大幅提高混凝土配制强度,实际结构混凝土强度已自然下降至设计值以下,发生质量事故也就在所难免。由此可见,即使是满足国家标准的水泥,由于其颗粒粒径大小的不同而导致水泥品质上存在的差异,对混凝土结构长期使用安全将会造成直接的影响。   

 鉴于目前国内混凝土强度在自然环境中长期发展的相关数据鲜有见之,更多的是引用实验室标养试件的数据而缺乏说服力;另外,对于我们每个人身边住用的建筑工程来说,由于结构混凝土表面都进行了装饰装修,使混凝土与外界环境隔绝而对其起到了很好的保护作用,混凝土强度也就不会因环境有害介质的侵入而大幅降低并发生质量事故,从而也就自觉或不自觉地影响了人们对混凝土强度长期发展的重视,故这一直是被我们所忽视的问题而鲜见提及。    

二、规范标准间的不协调问题    

与混凝土质量相关的规范标准有材料标准、设计规范、施工验收规范、评定标准和检测技术规程,这些规范标准是否协调统一、如不统一是否会对工程质量带来不利影响,这是值得我们进一步分析和研究的问题。    

首先,设计规范对混凝土结构的使用年限是有明确界定的,但其相应对结构耐久性的要求也仅限于最低混凝土强度等级、最大水胶比、最小胶凝材料用量及对钢筋的保护等等,对于如何保证混凝土在其使用年限内强度不降低缺乏必要的相应条款,而目前的国家水泥标准对混凝土强度的长期发展又不能提供足够的信任和保证,这是规范标准间的盲区,导致没有任何防护措施的露天结构混凝土因强度的自然下降而引发质量事故也就不可避免,这是其一。    

其二,国家设计规范、施工验收规范都明确规定,标准试件强度与实际结构强度之间存在0.88的换算关系,这一换算关系美国和德国取0.85,丹麦取0.90,挪威取0.70,也就是说,许多发达国家的标准也都认为两者之间由于工作环境和养护条件存在明显差异,需要进行换算,所不同的是取值不一,而我国现行的通用检测技术规程却认为不存在这一差异,不能进行换算,由此导致检测技术规程仅此就高于国家验收标准13.6%。另外,国家评定标准统计法要求,标养试件的平均强度必须大于设计强度加上0.7倍的标准差,而行业检测技术规程却要求,实际结构强度必须大于设计强度加上1.222~1.478倍的标准差,后者要求明显高于前者。由此可见,上述两者叠加,如采用此规程对实际结构强度进行检测而常常出现不合格的现象也就不足为奇,特别是对于那些使用期超过10年且没有对混凝土采取任何保护措施的露天结构,由于强度的自然下降,一旦事故发生而采用此规程进行判定,现场管理者承担不该承担的责任也就成为可能,冤案的出现也就难以避免,大量的施工现场检测数据也充分证明了这一点。    

众所周知,行业标准高于国家标准是合适的,但是,行业标准作为最终质量评判的法律依据高于国家标准那是值得商议的。