13溷凝土工程质量与技术发展的障碍与对策10-5-31.ppt

1、绿色高性能混凝土技术发展的障碍与对策 北京建筑工程学院 宋少民,背 景,近十五年以来，随着经济建设高速发展和城市化进程的快速推进，我国正在经历着人类历史上空前规模的基础设施建设。作为最重主要的结构材料，2009年我国混凝土产量接近30亿m3。目前大型建设工程项目众多，保证混凝土结构工程质量意义重大。混凝土工程质量是不是无患可忧呢？其实远非如此 。,京津地区的城市立交桥,当初设计时 没有考虑冬天要在道路上喷洒除冰盐,同 样使钢筋腐蚀导致10来年后就要大修甚 至不得不拆除。 山东有座大桥建在盐碱地上,只用了 8年,现已部分拆除并重建。,建成后11年的宁波北仑港码头混凝土梁 ,在富水压环境的地下工程

2、混凝土溶蚀问题,在地下工程、隧道工程中，水泥混凝土在富水压条件下的溶蚀现象是一种特殊的软水侵蚀，应该引起我们的注意。,建筑业的科学发展观首先是可持续发展,老子在道德经中说：天地所以长且久者,以其不自生,故能长久。与宇宙万物协调发展与存在是我们唯一正确的选择。 老子又说：天地不仁，以万物为邹狗。告戒我们应该体恤、敬重世间万物。 体现在建筑行业上就是要物尽其用。就是要最大限度地延长建筑物的使用寿命。以减轻对生态与资源的压力。建筑物的质量不仅体现在早期安全性、经济性；更重要地是体现在长龄期安全服役。,制备混凝土的资源并非取之不尽、用之不竭，硅酸盐水泥生产还有污染环境严重的弊病。总之，在21世纪混凝土

3、技术的发展面临新的挑战。,混凝土必须由生态杀手向可持续建设材料方向发展,混凝土必须由生态杀手向可持续建设材料方向发展,混凝土工程建造应该尽快走上绿色、可持续的发展道路。推广、应用绿色高性能混凝土技术利国利民、造福子孙，也是能源、资源、生态压力下必然的选择与唯一的出路。但是客观的说，我国绿色混凝土技术的普及化困难重重，有方法的问题、管理的问题、当然根本上讲是观念问题和认识问题。,绿色高性能混凝土技术发展的障碍,绿色高性能混凝土技术的广泛应用是一项系统工程，需要建筑业统一认识，协作完成，绝不仅仅是混凝土生产企业的事情，目前之所以得不到很好的效果，原因就在于整个行业对混凝土的理解和认识还停留在传统观

4、念上，不认为混凝土是一项复杂的技术，认为“和和泥有什么难的？”下面对绿色高性能混凝土技术发展的障碍做如下分析。,原材料行业不能供应优质原材料，混凝土企业“巧妇难为无米炊”,混凝土原材料品质无法保证混凝土质量，我国砂石存在的含泥量过高、无级配可言、粒形差，砂含石量高等问题严重。如果不能用足够包裹骨料的最少量的浆体和最大量的骨料组成具有工程所需要的良好施工性能的拌和物，是不可能得到耐久的混凝土的。我国混凝土质量比西方国家的差，主要原因在于骨料的质量；,原材料行业不能供应优质原材料，混凝土企业“巧妇难为无米炊”,骨料质量首先不是强度，重要的是使用级配和粒形良好的骨料可以得到最小用水量的拌和物。已故我

5、国老专家蔡正咏在上世纪80年代初就说过：我国混凝土质量不如西方国家的，原因就是石子质量太差。但是那时我国石子随机取样的空隙率一般都在40-42%，而理想粒形和级配的石子孔隙是36-38%。现在，我国市售石子空隙率已达45%以上，甚至超过50%！这就使我国混凝土的水泥用量和用水量比西方国家混凝土水泥用量和用水量约多用20%。,原材料行业不能供应优质原材料，混凝土企业“巧妇难为无米炊”,作为现代混凝土重要组成部分的矿物掺和料，没有形成具有规模的、质量稳定的原材料供应产业。优质矿物掺和料供应不足的问题日益显现。西南地区优质粉煤灰供应已经严重不足，混凝土搅拌站买不到需水量比低、细度细、烧失量较小的优质

6、粉煤灰。,原材料行业不能供应优质原材料，混凝土企业“巧妇难为无米炊”,混凝土结构的耐久性比强度更重要，而与混凝土结构耐久性关系最密切的就是水泥，只保证高强度的水泥并不一定利于混凝土结构耐久性。第一重要的是匀质性和体积的稳定性。当代混凝土需要开裂敏感性低的水泥。,原材料行业不能供应优质原材料，混凝土企业“巧妇难为无米炊”,外加剂与掺和料使用技术发展改变了对水泥强度和混凝土强度的关系的认识。目前水泥标准检测的水灰比增大，对3天强度的规定未变，实际提高了早期强度，而高早期强度并不是普适必要的。,原材料行业不能供应优质原材料，混凝土企业“巧妇难为无米炊”,单纯追求满足强度下的高利润，使水泥厂采取使用助

7、磨剂磨细、掺用 “增强剂”，细度越来越细，矿物中C3S、C3A越来越高，增加了开裂敏感性和不利于混凝土长期性能稳定性和耐久性的成分。在加之使用硬石膏缓凝、胶凝材料中SO3含量偏低，水泥供不应求造成的生产混凝土时水泥温度过高等因素使水泥与外加剂相容性不好，硬化性能也受到影响。,过分追求工程进度，养护不充分，追求早期强度与绿色高性能混凝土理念背道而驰,施工单位不适当地加快工程进度,追求施工速度。政府建设管理机构对工程进度应符合现代材料制备和工程建造规律的常识认识不够，没有严格限制和控制过快的工程进度。其实，混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证；高早强有损混凝土长期性能。早产有损生命

8、健康的概念同样适用于混凝土 。,过分追求工程进度，养护不充分，追求早期强度与绿色高性能混凝土理念背道而驰,图 11 3 混凝土冷却速率、内外温差对开裂的影响,过分追求工程进度，养护不充分，追求早期强度与绿色高性能混凝土理念背道而驰,过度追求工程进度不仅造成混凝土得不到充分养护，同时势必导致混凝土追求高早强。高早强的混凝土更易于开裂，在侵蚀性环境中劣化更迅速；规范应该修正，足够地强调这一点。,图10.1 混凝土结构开裂敏感性和早期强度的关系,过分追求工程进度，养护不充分，追求早期强度与绿色高性能混凝土理念背道而驰,我国专家黄士元实验表明混凝土24小时抗压强度不超过10MPa左右，或28天抗压强度

9、不超过50MPa可以大大降低开裂的风险。,过分追求工程进度，养护不充分，追求早期强度与绿色高性能混凝土理念背道而驰,不适当地加快施工进度,尤其是对工程进度不适当的行政干预。国内一些媒体大加宣传的所谓几个月就修成一条道路、建成一座大桥或盖成一幢高楼的工程以及抢工献礼工程,很可能就是今后注定要花掉大量资金进行大修的短命工程。,过分追求工程进度，养护不充分，追求早期强度与绿色高性能混凝土理念背道而驰,提前完成合同规定施工工期的工程在国外要被罚款,因为意味着工程质量有遭到损害的可能。工程施工速度的不断加快。一再加速的施工进度使得浇筑后的混凝土普遍得不到充足时间的养护，且因早期强度高影响混凝土体积稳定性

10、和抗化学侵蚀性。,过分追求工程进度，养护不充分，追求早期强度与绿色高性能混凝土理念背道而驰,我国工程建设的一个突出问题就是一旦决定建设就突击施工，不惜以牺牲工程质量为代价。这种施工方式的最大受害者是结构的耐久性，因为养护不足直接损伤了表层混凝土的密实性与强度，而防止钢筋发生锈蚀和外界有害物质侵入混凝土内部所依靠的就是表层混凝土的密实性;表层混凝土抵抗外界有害物质侵入的能力(抗侵入性或抗渗性)可因养护不良而成倍降低。,过分追求工程进度，养护不充分，追求早期强度与绿色高性能混凝土理念背道而驰,即使正确地限定了原材料和拌合物配合比，并且小心地遵循施工规程，认为可以根据现有的实践建造耐用和持久的混凝土

11、结构仍然是不现实的。这是因为在20世纪里，材料和建造实践首先是为了满足快速建设的需要，事实已经证明：这对暴露于严酷环境条件下运行的混凝土结构耐久性是有害的。我们在建造耐用和环境中持久的混凝土结构时，必须牺牲一些建设速度，显然，这需要政府主管部门、业主、营造商与设计者转变观念。,行业上整体上对绿色高性能混凝土技术缺乏认识,高质量的混凝土结构是需要混凝土结构设计单位、混凝土原材料供应商、混凝土搅拌站、施工单位、监理单位、检测与建筑质量管理机构共同努力建造的。而目前混凝土结构设计单位、施工单位、监理单位人员总体上对当代混凝土的发展与特点既不了解，也不愿意学习，一有问题就往混凝土搅拌站身上推。,行业上

12、整体上对绿色高性能混凝土技术缺乏认识,例如绿色高性能混凝土技术采用低水胶比，大比例掺加矿物掺合料，塑性收缩较大，早期及时充分的养护对保证质量很重要。但现实是混凝土工程中大表面混凝土结构浇筑后由于不注重养护，经常发生开裂，施工单位往往认识不到养护的缺失是造成开裂的主要原因，一味向混凝土供应商推卸责任。,行业上整体上对绿色高性能混凝土技术缺乏认识,例如，监理人员技术观念陈旧，往往认为水泥用得越多越好，最好只用水泥不用矿物掺合料，一味盯着配合比，干扰绿色高性能混凝土技术的应用。,行业上整体上对绿色高性能混凝土技术缺乏认识,再如设计人员不重视混凝土技术的学习，混凝土结构耐久性设计规范组织贯标学习时，设

13、计单位基本上不派员参加。设计时经常照搬过去的方案，对特定环境中的混凝土耐久性要求不懂、不学习、不思考。,混凝土浇筑时加水成为潜规则,施工现代化程度虽然提高，但施工队伍素质差，野蛮施工，不讲职业道德；存在的严重问题除不认真养护外，在浇筑混凝土时随意加水现象普遍。有搅拌站总工对笔者讲许多工地都用水管子向泵送的混凝土拌合物中加水，混凝土罐车司机不让加被打跑。有的搅拌站对加水情况进行摄像取证作为出现事故自我保护的证据，但不敢公开，怕得罪客户。,混凝土浇筑时加水成为潜规则,众所周知“水是混凝土的命脉”，随意加水的行为是无视工程质量的行为，不客气的说是在犯罪。但这种怪现象几年前就存在，现在依旧普遍，混凝土

14、工程质量在这一重要环境上失控，大家议论这件事时渐渐地变得麻木不仁，也成了行业的潜规则。,混凝土浇筑时加水成为潜规则,混凝土无声无言，谁替它呐喊？我们的主管部门，我们的建设单位和监理体制似乎变得无能为力！绿色高性能混凝土水泥用量低，如果用水量变成不可知的话，出现质量事故反过来再把责任推给绿色高性能混凝土技术，简直比窦娥还冤。,我国现在对混凝土结构的质量控制仍主要检测坍落度（由现场人员检测的操作也缺乏规范性），同时在现场取样，制作标准养护和“同条件”养护的立方体试件，在规定龄期进行抗压强度和其他有关耐久性指标的检测；当对结构部位或工程进行验收，或者对结构强度有疑义时（试件不具有代表性），先使用回弹

15、法平行对比和判断，再有疑问时，用钻芯法进行校核或其他方法综合评定。这样的质量控制体系不仅对混凝土质量的评定是滞后的，而且一旦出现质量问题，难以定责。,我国混凝土质量控制体系现状,质量控制体系存在的问题 现场检测坍落度由现场人员检测的操作缺 乏规范性，一般只是一种形式而已，而且坍 落度只表征流动性，并不能全面反映拌和物 的施工性，常有坍落度合格而浇筑后却严重 离析、泌水的现象，对混凝土质量有很大影 响；,混凝土规范中对混凝土标养强度试验有严 格的试验规程和统一的养护条件要求，但绝大 多数施工单位不具备这些条件。首先，取样不 规范。施工单位用未经上岗培训的民工取样， 往往混凝土输送车一卸料就在泵送

16、入料处随意 取样直接放入试模中，缺乏规范性，也缺乏代 表性。,质量控制体系存在的问题,质量控制体系存在的问题,其次,养护条件不符合标准要求（标准养护试 件预养护温度应为205），几乎所有的施 工现场都不设标养室（尤其是冬季施工）， 一般只是拆模后等待试验室将试块取走，由 承担检测的单位进行标准养护，现场随意性 很大。,质量控制体系存在的问题,此外，在泵送前任意往混凝土拌和物中加 水，有时会在加水后再取样，而使混凝土水 胶比改变，强度偏低；如果加水前取样，则 试样失去与结构相一致的真实性。,标养强度实际上只反映混凝土的相对质量(原 材料质量、组成成分、配合比、搅拌工艺)而并 不反映现场混凝土结构

17、的真实际情况(施工中浇 注、振捣、养护、施工状况等的影响、与试件尺 寸差别很大的构件混凝土所处环境温、湿度条件 和约束的影响等)。“同条件”养护可以比较接近 结构混凝土的真实条件，但实际上其所处条件和 构件的并不相同。即使“同条件”养护强度也与结 构的实际强度。而且其结果滞后，无法用于施工 的过程控制。,质量控制体系存在的问题,质量控制体系存在的问题,回弹法测的是混凝土表面硬度;超声和应力波法测的是超声波或应力波的传播速度;拔出法测的是表层混凝土的抗拉强度等。这些方法很多是基于上一个世纪对当时混凝土的试验统计资料建立对应关系而确定的。至今有些己很难适应不断发展变化的实际情况了。,质量控制体系存

18、在的问题,近年混凝土为适应泵送、免振等施工工艺，组成成分有了很大的变化。粗骨料(石子)的含量及粒径大幅度减小;还掺入了大量粉煤灰或其它掺合料。因此，混凝土强度增长滞后;硬度显著变“软”;传播波速也减小;碳化速度的发展也有很大变化。,在结构实体中钻芯取样而进行芯样的抗压试验，可以直接测得混凝土的强度。与各种形式的推定强度比较，钻芯强度更接近工程实际。但是钻芯强度也方法也有它的局限性，主要原因是试验芯样处理复杂，对试件混凝土扰动引起的累积损伤，对于较为脆性的高强混凝土，这种影响尤为明显，同时，对结构伤害太大，因此很难成为一种普查的手段。,质量控制体系存在的问题,即使钻芯的试样抗压强度是合格的，拌和

19、 物质量也不一定合格；许多情况都是强度报 告单的结论会达到设计值120%以上，而结构 构件中的外观缺陷却较为严重（蜂窝、麻 面、砂线等），凡是在这些部位钻取的芯样 抗压强度都不满足设计要求；而拌和物质量 符合配合比要求的，则抗压强度一定会合 格。同时这些缺陷的存在会给结构的耐久性 带来致命的隐患。,质量控制体系存在的问题,建筑垃圾再生利用问题“球在政府部门手中”,建筑垃圾再生混凝土技术近五年来开始受到越来越多的关注，许多研究单位进行了系统、深入的研究。北京建筑工程学院课题组已经完成了1700平方米的试验建筑，效果良好。技术已不是问题。但可悲的是目前北京的两条建筑垃圾加工线处于停产状态。政府没有

20、政策扶持与相关强制政策出台，建筑垃圾再生混凝土的应用依然是可望而不可及。所以说建筑垃圾再生利用问题“球在政府相关部门手中”，大家拭目以待。,不把绿色高性能混凝土技术推广提到一定高度来重视，等到我们的建设趋于饱和时再提高质量，那么大量资源和能源将已经浪费，因质量差而提前劣化的结构物拆除、重建，又要耗费大量资源和能源，同时给地球增加大量建筑垃圾。,对策与出路,绿色高性能混凝土技术要想真正意义上得到广泛应用，贡献于国家建设事业，需要建筑业整个大行业的重视与行动，只有这样我们才能实现吴中伟先生的遗愿。我们的对策与出路在于：,对混凝土强度的反思,由于混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准,又

21、倾向于追求高早强，导致水泥工业对水泥强度的不适当追求,使水泥细度增加,早强的矿物成份比例提高,这些都不利于混凝土的耐久性；,对混凝土强度的反思,在20世纪进行大量的现场调查表明：自20世纪30年代以来，水泥，还是混凝土的强度都提高了，而这通常伴随着劣化问题相应地加剧。 混凝土自早期强度较低、徐变松弛作用明显向早期强度发展迅速，因变形受约束引起较高的内应力，从而带来混凝土结构易于开裂、过早劣化，造成潜在的耐久性问题，已经日益受到社会的广泛关注。,混凝土的强度等级（28天龄期）与耐久性之间并不一定存在相关性，例如掺入粉煤灰后的早期强度往往有所降低（现代的掺粉煤灰技术也可以做到不降低），而抗氯盐侵入

22、的耐久性却能成倍增加； 混凝土引气后的强度也会受到影响，但抗冻融等多种耐久性能可有极大改善。,混凝土强度和耐久性具有直接关系的概念，仍然成为配制耐久混凝土的核心思想。 许多人认为“混凝土强度愈高，它在严酷环境下就愈耐久”。但这需要一个重要的前提就是混凝土是坚固的，亦即混凝土是体积稳定性好的。,认为混凝土强度越高，结构就越耐久的概念没有被现场实际经验所支持。高早强的混凝土更易于开裂，在侵蚀性环境中劣化更迅速；规范应该修正，足够地强调这一点。,我们必须认识到一个重要问题是,保证水密性和耐久性起重要作用的，不是在使用条件下混凝土的强度，而是混凝土的坚固性(soundness)(不裂),高强混凝土与高

23、早强混凝土,高早强混凝土从施工速度的观点受到建筑工业的青睐，但更易开裂。按照最近夏比罗(Shapiro)的报告，桥墩墩帽的开裂使台北一座11km长的高架车道延迟了开通，裂缝并不对结构的安全造成威胁，但能影响这结构100年的设计寿命。报告说采用高水泥含量的富混凝土是开裂的一个因素。承包者显然想到超过设计强度有助于加快施工。,Rogana等发现 美国有10万座以上桥面结构甚至在不足一个月龄期时就出现横向裂缝，并作出以下结论: 1、温度收缩和干燥收缩的综合，是产生绝大多数裂缝的原因，而不是混凝土硬固后的交通荷载或振动。 2、一般地说桥面梁用高强混凝土，这些混凝土具有早期的高弹性模量。因此，对于某一给

24、定的的温度变化或干燥收缩量，它们就会产生较高的应力，而最重要的是混凝土用来缓解这些应力的徐变却很少。,我们面临的两种选择:,一种是采用通常的材料和配合比，不能在早期产生高强度，但能产生一种坚固的混凝土(soundconerete); 另一种是采用昂贵的材料和方法，而试图对已透水混凝土中的钢筋提供保护。,建立科学合理的混凝土质量控制体系,目前改善我国混凝土结构质量问题有一个纲必须抓住，这就是必须从寻求有效合理的混凝土质量控制技术与体系上下手，克服和抑制各种不利于混凝土结构质量的源头，压制低品质原材料、不合理配合比以及不规范行为的生存空间。,通过以上分析可见，由于混凝土的质量检 验习惯上以单一的强

25、度指标作为衡量标准。 一切检测与质量控制都是围绕强度，问题也 都是围绕强度。显然强度不再适合做质量控 制的唯一手段，尤其对于过程控制而言。然 而，水胶比吗？水胶比当然很重要，他很大 程度上决定着混凝土的质量，但作为质量控 制指标，比其更重要的是混凝土的单位体积 用水量。,建立科学合理的混凝土质量控制体系,从控制混凝土质量来说，重要的则是混凝土 拌和物的单位体积用水量。混凝土的用水量 既反映水胶比的大小（影响抗压强度、密实 性和施工性），也反映浆骨比的大小（影响 耐久性和施工性），所以有效地控制混凝土 的用水量具有很重要的实际意义。,建立科学合理的混凝土质量控制体系,Mehta的观点：,认为混凝

26、土耐久性可以用控制水胶比的办法来控制是错误的。因为不是水胶比，而是用水量对控制开裂更为重要。减小了用水量，在保持强度相同的条件下，可随之相应降低水泥用量，从而减小混凝土的温度收缩、自身收缩和干缩。所以为了获得耐久性，选择混凝土配合比的标准也必须进行一次重大的变革。,黄兆龙的观点,因为即便不考虑强度问题，也不增加胶凝材料，多出的水也害处大。因为混凝土中1kg的水占1m3混凝土的体积0.1% ，这对混凝土受拉力应变0.003(0.3%),即会产生拉力破坏的能力而言,其实是蛮大的,因为只要水量3kg即可达0.3%,其拉力甚大,易使混凝土破坏无疑,因此水量愈少愈佳是不用争议的 。,通过检测与控制混凝土单位体积用水量还有以下优点,特别适合混凝土质量过程控制，能够及时反映混凝土质量波动； 有利于区分混凝土搅拌站与建筑施工单位的质量责任； 对于混凝土原材料质量波动比较敏感； 与混凝土强度和耐久性相关性好。,质量控制体系和关键技术的发展方向,引进和消化国外快速准确的混凝土拌和物 用水量测定技术，形成一套基于混凝土单体 积用水测定的混凝土质量控制技术和体系体 现我们对现代混凝土技术与特征的认识更清 晰更深入，对于我国混凝土结构工程质量管 理系统是一次革命性的