混凝土工程疑难杂症

附件一混凝土工程疑难杂症1试验室检测阶段的疑难杂症在试验室检测阶段，需要控制的因素有原材料、配合比。原材料控制是老生常谈的问题。下面还要谈到。在此，首先讨论的是混凝土配合比设计的问题。试验室设计混凝土配合比时，由于种种原因，特别大多数试验骨干没有接受过系统的混凝土专业知识培训，往往存在许多错误认识。例如：认为配合比设计就是为了保证混凝土的强度；减水剂是增加混凝土强度的材料，所以用量多多益善，甚至于认为无论何种混凝土，也不管减水剂的具体减水率，减水剂都得用到胶凝材料总量的1%；混凝土用水量越少越好，胶凝材料越多越好；用于混凝土的粉煤灰、矿渣粉在混凝土中不起作用，只是为了改变混凝土和易性，所以要少用，以免影响强度，水泥用量越多越好；混凝土的早期强度高越好，不然56天龄期就可能达不到要求；配合比设计中出现的一切问题都是材料的问题，首先应该是减水剂的问题，其次是砂、石料的问题，然后可能是粉煤灰的问题。这里只是粗略列举。混凝土配合比设计应该依据特定混凝土品种、强度等级、施工工艺以及施工所处地区以及气候、便道等等因素，充分考虑所需要的强度等级、耐久性要求以及流动性要求，在保证强度等级、耐久性的前提下，确保混凝土的可工作性能，通过试验确认混凝土配合比。但是在试验骨干心中存在错误认识，往往使用1%的减水剂掺量、极小的用水量，比如设计C55梁部混凝土时，水胶比0.29（可能会达到C85〜C90），用水量仅143卜8加3，配合比中的其它材料用量必须适应这种错误决策，本末倒置，搞乱了整个配合比设计。这样设计配合比，会出现超强度设计配合比，常常是C30使用的配合比可以达到C50的要求，C50的配合比可以达到C75的要求，而C55的配合比则可以达到C85的要求。这样的配合比，由于没有考虑混凝土的可工作性问题，用水量极少，往往从加水搅拌起，30〜60min后，坍落度经时损失高达150mm左右（无论什么原因造成混凝土坍落度经时损失，无不是消耗了混凝土中用于提供坍落度的水），致使现场不得不加水，因而也导致混凝土施工失控。对减水剂的错误认识危害更为严重。混凝土中的用水量有两个作用，一个是用水胶凝材料的水化，这一部分按估算大致是胶凝材料的25%，即水胶比中，只有0.25用于胶凝材料水化，其余部分的水主要是为混凝土提供流动性，保证混凝土的可工作性。不同的强度等级，要求的水胶比不相同，不同的耐久性要求的水胶比也不相同，但都会大大地超过0.25水胶比。比如，C30的混凝土，水胶比可能在0.55左右（具体由试验确定）。如果配合比中即把水用足，则可能只需要很少的减水剂（可能会是胶凝材料的总量的0.4%），就可以将坍落度调整到160〜180mm。但是如果错误将减水剂用到1%，那么为了保证混凝土不离析、不泌水，必定会大量地少用水。根本原因在于对减水剂的作用不甚了解。减水剂的本质在于，不增加用水量的基础上，使用减水剂可以提高混凝土的流动性（坍落度）。如果使用减水剂，减少了混凝土中的用水量，导致水胶比减少，才会提高混凝土的强度，但这已是第二位的了。超量使用聚竣酸减水剂，使得用水量过少，会导致极大的坍落度经时损失，同时聚竣酸减水剂还会极大地降低混凝土浆体稠度，混凝土静置数分钟后，浆体上浮、粗颗粒下沉，极易造成泵送时堵塞管道。过分少用水，还可能使混凝土粘性极大，流动缓慢，甚至感觉不到流动，必然导致现场随意加水，从而使得混凝土施工失控。在试验检测阶段，除了配合比设计中存在的疑难杂症，还有原材料的问题。原材料问题中，最突出的问题是水泥的问题。影响水泥的性能的问题很多，为了提高水泥强度过分粉磨，致使水泥比表面积远远超过400m2加8，而标准规定不得超过350m2/kg。水泥颗粒过细，反应速度加快，快速消耗混凝土拌合用水，造成坍落度经时损失过大；另外，现场无法检测水泥所使用的外掺料，但某些外掺料会使得水泥发粘；调整水泥凝结速度的石膏品种也无法检测，水泥熟料中的矿物成分铝酸三钙CA也无法检测，这些都可能造成水泥3“闪凝”或“假凝”。现场所用粉煤灰也可能会使混凝土发粘。砂石料的级配问题、含泥量问题相对容易检测和直观判断，但前述水泥、粉煤灰问题并未在标准中做相应规定，需要相当的技术知识和经验才能判断问题所在，试验人员难以在现场及时判断和处理，进而产生畏惧心理，也促使他们在配合比设计时尽量多用减水剂、少用水。原材料的问题与配合比设计的问题交互作用，相互影响,从而将问题推向了极端，使得在试验阶段，本应该由混凝土强度等级、耐久性要求确定水胶比，由和易性确定胶凝材料总量，并进而确定用水量，最后用减水剂调整流动性的过程出现了本末倒置，由减水剂决定用水量，由用水量最终影响了混凝土在塑性阶段的可工作性和硬化后的强度。这一问题,带到后面两个阶段，还会相互影响，在现场更进一步将施工推到失控的边缘。2搅拌站生产配制阶段的疑难杂症搅拌站生产配制阶段是混凝土施工三个环节中的第二个环节，也是施工中最重要的环节。它承接前面的试验检测阶段，后面连接施工作业现场。搅拌站生产配制阶段的管理直接决定了混凝土的品质。那么搅拌站管理的目标是什么呢？当然是要使得原材料均匀、生产有序，保证实现配合比的设计意图，保证在规定时间内完成规定的生产数量。而决定搅拌站管理成败的细节就在于保证原材料均匀有序，这是最重要的细节之一。我们往往谈论搅拌站管理，就认为是计量校准，这一点固然重要，但是当前还不是最重要的。当前搅拌站所使用的计量仪器都是电子产品，一旦校准，很难失效。在混凝土工程教科书中，只要涉及到混凝土生产工艺设计，必定要求砂、石等原材料的均匀化处理，这是决定成败的一个重要细节。因为搅拌站生产混凝土，年产量都会达到20万方以上，所需要的砂、石原材料分别也会高达15〜20万方。施工现场由于各种原因限制，如此众多的原材料不可能完全均匀，因此必定要对到场的砂、石原材料做均匀化处理,使得在生产混凝土过程中，所使用的砂、石原材料具有相对稳定的品质。在固定搅拌站，常常会设置砂、石均匀化处理场地，配备专用的推土机、装载机等机械设备。集团公司的约大多数搅拌站是临时用搅拌站，种种原因，没有设置专用的均匀化处理场地，但同时也就忽略了砂、石原材料的均匀化处理工序，进而也忽略了砂、石料含水率的测定。其实，在向集料斗中装载砂、石料之前，可以先用装载机将100方左右的砂、石料分别翻拌均匀，由试验人员测定含水量后，再装载到集料斗中供使用。从局部来看，这100左右的砂、石料是均匀的，试验人员在现场略作调整，能生产出品质均匀的混凝土产品。实践证明，只要重复此过程，可以保证生产过程顺利进行。缺失砂、石原材料均匀化处理工序的后果非常严重。由于砂、石原材料数量众多，必定导致其来源不一，它的粗细程度、针、片状颗粒的含量、颗粒的圆顺程度都不会一致，不均匀是肯定的，更重要在于，它们的含水量的分布也是不均匀的。现场缺失测定砂、石原材料的含水量的一个重要原因就在于分布不均匀，不知道测定何处。但是含水量偏差1%，往往会影响混凝土用水量高达10卜8加3，会极为严重地影响混凝土品质。由于现场砂、石料的随机堆放、随机向集料斗装料，造成集料斗中的砂、石料各种指标偏差极大，因而生产的混凝土品质也会剧烈变化。往往前一盘生产的混凝土还因为用水量过大，造成离析、泌水，而下一盘就会用水量过小，而坍落远远低于设计值，这样使得试验人员和操作机手调整极为困难，无法按照配合比施工，任意向搅拌机中加水也时有所见。试验检测阶段所带来的问题与搅拌站生产配制阶段的问题交织在一起，会更加强化问题。一者由于配合比用水很少，混凝土可能粘度太大，无法施工，也可能更难控制，而过于超强度等级设计配合比，会给管理人员带来一个强力的信号，即可以放松管理，多加点水也无妨。因而任意加水的现象更加突出。反过来，试验人员根据现场的情况，更有理由超强度等级设计配合比，两者互相推动，致使生产配制阶段混凝土品质更易失控。这里有两个原因，一者是试验室掌握生产技术，但不从事直接生产，而搅拌站从事直接生产，但不掌握生产关键技术，两者之间的管理是脱节的。第二，搅拌站管理人员其实真不知道如何才是管理好了，他们不明白管理的目标是什么,应该如何才能达到目标。第三，人的惰性使得人们不愿意再做改变。在这一阶段的问题，如果得不到解决，会传递到下一个施工阶段，问题会更加突出和严重。3现场施工阶段的疑难杂症这里的现场施工阶段是指混凝土生产配制完成进入运输车后的全部阶段。在这个阶段，关键管理在于生产组织和协调。因为当今水泥粉磨得极细，十年前的水泥水化速度与现在无法相比，所带来的不利影响在于坍落度经时损失加快,混凝土的可工作时间大幅缩短。从加水搅拌开始计时，目前的情况下最多只有两个小时。因此生产组织协调的问题就更加突显出来了。在现场时常会发现，现场准备不充分，到现场的混凝土不能及时灌注；还有便道不通畅的问题，生产配制的混凝土不能及时运送到现场。另外，前两个阶段的问题也会在这里显现出来，最终表现为混凝土经时坍落度损失大，粘度大，品质不均匀，施工难以进行，导致现场不得不向运输车中加水或者是向输送泵中加水，加水的多少依据的是现场人员的经验，无法达到均匀效果，混凝土品质往往会走向另一个极端，即离析、泌水，进而引发堵塞泵送管道，更导致施工难以顺利进行，如果此时前后联系协调不及时，新的混凝土又已生产配制并运送到现场了，问题就会越积越多。离析、泌水的混凝土即使灌注到模板中，也会因为粗颗粒下沉，上部浆体失去粗颗粒约束，时常会产生粗大裂纹。现场人员又往往认为开裂是因为强度太低。鉴于存在这类现象，更坚定了试验人员要超强度等级设计配合比的决心，使得问题集中在此全面爆发。由此造成的窝工浪费也是惊人的。从配合比设计来看，首先就不能超强度等级设计，而应该用足技术条件允许的用水量。因为此时的用水量是经过计算、试验，并最终在搅拌站经过称量才加入混凝土，并经过充分搅拌均匀的，是在控制条件下加入的。如果这时都不敢使用，让后两个阶段，听凭操作工人的经验决定，完全处于失控状态，混凝土的品质是很难保证的。而第二、第三阶段由于增加了不确定因素，使得各种问题交织，互相影响，具体到某一个工点，完全不能理清究竟是什么原因造成，只有互相推诿，难以解决问题。现场施工的第二个疑难杂症是养护的问题。混凝土的消化放热过程很长，往往在加水搅拌后36个小时左右，内部温度会达到最高峰。这个时间段时常是我们脱模工序从开始到结束的阶段，此时混凝土内部温度还很高。这时我们往往会向混凝土表面大量喷水，试图给混凝土补水以防止干燥收缩开裂。其实此时更应该是覆盖包裹，少量补水，即防止内外温差过大造成温度应力开裂，也防止干燥收缩开裂。在西北严寒干燥地区，这个问题更为严重。混凝土脱模后即大量喷水，结果形成细小的裂纹，经过严寒冬季，裂纹中的水冻成冰，更加扩大了裂纹宽度，经过两三年，混凝土表面裂纹贯通后，就会产生脱落现象。现在这个误区越来越突出，还因为某些管理单位的大力主导，成为越来越严重的问题。在隧道施工中，除了上述问题外，存在的另外的疑难杂症。喷射混凝土不仅存在回弹，更有甚者，现在还出现大量脱落现象，而工人往往试图增加速凝剂掺量来解决此问题，但也不是对症良药，反而进一步降低了强度。对于湿法工艺喷射混凝土而言，因为工艺要求有坍落度在180mm左右，标准规定只要求130mm以下。在现场,工人必定会加水到180川川，而无论用什么方法提高混凝土凝结时间，水胶比都是决定性的因素。工人加水必定导致凝结时间加长，即使增加速凝剂用量，也无法避免。这是没有掌握混凝土技术，没有充分理解标准规定的含义造成的。事实上，只要根据强度等级要求,控制好水胶比，用减水剂调整混凝土坍落度到180mm左右，完全不违背混凝土规律的。当然也需要对业主、监理做解释说服工作。再者喷射施工时，应该在所喷墙面按分层和分行原则控制喷射混凝土的厚度和厚度增长的时间，一般一次喷射厚度不应该超过50mm；喷射时喷嘴还应该做环绕运动。现场由于作业环境恶劣、喷射时劳动强度也大，因此常见的是在一个点上施工，厚度高达150mm，加上现场加水后，混凝土根本来不及凝结，混凝土成大块地往下掉落。此处可以考虑使用单价高的喷射机，以减轻工人的劳动强度。其实这里有很大的创新空间，如果设计以减轻工人劳动强度的、单位低廉的、轻型灵便的喷射机械手，需要研究的内容还有很多。在隧道的二次衬砌混凝土施工中，拱顶混凝土不饱满，存在缺陷也是长期困扰我们的疑难杂症。可以从钢管混凝土拱的施工中寻找方法解决问题。这就要求使用复配减水剂，使用大流动度（大坍落度）混凝土泵送的方式施工，利用混凝土输送泵所提供的压力，从底部向上推送混凝土，在压力下保证拱