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李玉琳:现场试验在混凝土质量控制中的重要作用

在建安施工中,任何一个建筑物都有其明确的质量目标,如建筑造型要求、结构强度要求、材料品质等级要求、使用寿命耐久性要求等。质量的主体不仅包括产品,而且包括活动、过程、组织体系和人及其结合,是国家现行的有关法律、法规、技术标准、设计文件及工程合同中对工程的安全、耐久、适用、经济、美观等特性的综合要求。在我国《预拌混凝土》规程中也明确表述混凝土的质量主要是指:混凝土的强度和拌和物的流动性。混凝土强度是建筑结构的根本保证,拌和物的工作性是保证施工质量的最起码的要求。ACI对“高性能混凝土” 的定义是:“符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土”,这就是质量。以上都同时谈到性能的组合并强调拌和物的性能,说明混凝土拌和物在混凝土质量控制中的重要作用。

工程项目质量的特点是由工程项目的特点决定的。由于建设工期长,遇到各类风险的机会也多,所以必须牢牢抓住过程的管理控制与检验把关相结合的方法。抓住管理控制对保证工程质量至关重要,因为技艺与管理优劣的差别可导致混凝土在使用寿命上的巨大差别。这充分说明质量管理具有一定的现实性和重要性。其中建筑材料试验在工程中占有重要的位置,它能科学地鉴定建筑物使用的原材料、半成品和结构件的质量;通过试配试验,能合理地使用原材料;通过试验研究,能迅速推广和发展新材料、新技术、新工艺。因此,建材试验不仅是评定和控制建材质量的依据和必要手段,也是节约原材料、发展新技术、保证工程质量的重要措施。

试验检测目的是通过一系列的检测手段,将所取得材料数据与材料的质量标准相比较,来判断材料质量的可靠性,以及能否用于工程中或对工程质量进行验收合格与否。随着科学技术的进步,试验工作不仅仅是打试块、送钢筋,而是施工中质量保证体系中的一部分。在建筑施工体系中技术、试验、质检是三者鼎立的关系,即相互独立又相互制约,形成对工程质量的保证体系,所以对试验工作应给予足够的重视。

现场试验人员应具有一定的文化知识水平,必须持有省市建设主管部门颁发的专业上岗证书或等级证书,这是基本条件。试验工作是技术系统中的一部分,试验员必须懂得相关的施工技术知识,成为技术人员、资料员的得力助手;同时也应有一些简单的建材和结构方面的知识,要对试样的真实性负责,现场试验工作直接受项目主任工程师或技术员领导。

一、试验工作的基本条件

工具与设备:成型混凝土或砂浆用试模及坍落度筒;拌制混凝土用锹、铁抹、开刀、锤、直尺、墨笔等;做回填土密度检测用环刀、量杯、天平、灌砂筒、电炉等;标准养护温湿度控制设备(冷暖空调及控制器);现场同条件试块检测用压力机等。

便于操作的场地:整理资料的工作室(用于记录、台账等);制作试件的操作室(混凝土预养护温度20±5℃);标准养护室(温度20±2℃,相对湿度95%以上);值班休息室等。同时应制定相应的规章制度上墙。一般试验操作室(含工作室)要求使用面积10~15m2。标准养护室根据工程的大小建立,面积一般为5~15m2,室内墙面、顶面做聚苯材料保温,安装温湿度自动控制器(制冷制热、喷水),保证养护室温度20±2℃,相对湿度95%以上。

二、制取试件的基本要求

取样,需根据工程施工需要及相应国家、地方、行业标准、规范的规定进行现场取样。取样要求真实、准确和有代表性,一定要随机抽取取样,不能带有任何倾向性,从而确定用于工程结构中的材料是否合格、可靠、满足设计要求,以及这种材料的稳定性是否满足质量要求。

三、混凝土质量管理流程流程:

1. 原材料进场管理( 检验材料生产与供应过程的稳定性);

2. 原材料复验管理( 进场使用前);

3. 配合比设计管理(满足施工委托技术要求);

4. 搅拌计量管理(配方与执行);

5. 浇注过程管理(搅拌质量和有效性、运输、泵送、振捣);

6. 制度与管理。

水泥试验要点:硅酸盐水泥(7大品种)在混凝土中的重要因素表现在:安定性能;凝结时间;细度;胶砂强度;其他性能(氯离子、碱含量、放射性)等方面。

合料试验要点:明确掺合料是不可缺少、稳定性差、影响大的材料,其中粉煤灰的细度、需水比、烧失量、抗压强度比、高钙灰;磨细矿渣粉的比表面积、活性指数、流动比、烧失量;沸石粉的吸胺值、细度、需水比、抗压强度比;硅灰及复合掺合料等。

外加剂试验要点:掺量小作用大;稳定性差;减水大与小;早强、缓凝、微膨胀、防冻。

骨料(集料)试验要点:粗骨料石(级配、粒形、压碎指标值);细骨料天然砂(细度模数与级配);细骨料人工砂(石粉、压碎值)。

细骨料砂:砂的作用;砂的技术指标(细度模数、级配);泵送技术要求(0.315mm)。

施工过程控制:高的技术含量和经验,材料的质量差异,对数据应该综合分析全面考虑。混凝土本身是多孔、多组分、不稳定材料(材料和施工)。依靠统计中的数据、结果,科学地分析(平均值、最小值、最大值、标准差)判断整个过程的质量和稳定,确定下一个循环如何改进(强调周期稳定性)。平均值大与小考虑调整配合比;标准差大与小考虑施工控制质量波动(计量、搅拌、成型、振捣、养护等);最小值大与小考虑原材料供应质量波动或计量。平均值、标准差、最小值应该综合进行分析考虑,尤其是调整配合比必须慎重。试验室配置出来的配合比(自搅拌和商混)最终体现在结构的合格上。在整个过程中(材料计量、搅拌、成型、振捣养护)每道工序十分重要,都应该确保本工序的质量,并为下道工序提供方便。

开盘鉴定:混凝土开盘鉴定的必要性(验证配合比的有效性和可靠性);混凝土开盘鉴定的重要性(满足委托及施工的工艺要求:坍落度、和易性、可泵性、可振性要求;配合比设计、混凝土生产、施工生产技术、质量检验等;必须成型试件。

实体检测强度:以前工程结构验收时,往往采用回弹的方法对结构构件进行强度检测。由于回弹是利用构件表面硬度换算为构件抗压强度,受各种外界因素影响较大(平整度、光洁度、密实度、碳化)所以评定验收存在较多误差。现在采用实体验收,即:在建筑结构安全重要部位浇注混凝土时多成型一组试件,与结构同时进行养护,当养护温度与时间积累计达到600℃×天的积时,将此试件送交有资质的试验室进行抗压强度检测,数理统计后再乘1.1系数取用。

抗渗试件留置:GB50204《混凝土施工验收规范》要求,对有抗渗要求的混凝土结构,其混凝土试件应在浇筑地点随机取样。同一工程、同一配合比的混凝土取样不应小于一次,但组数按实际需要确定。若混凝土按防水等级要求的混凝土结构,其同一工程、同一配合比,每500m3取样成型一次(GB50108)。

四、预防和控制混凝土工程碱集料反应

碱集料反应已被人们所认识,并引起足够的重视,其实碱集料反应是可控制可预防的。碱集料反应主要有两种类型,一种是碱-硅酸反应,这是指水泥中或其他来源的碱与骨料中活性SiO2发生化学反应并导致混凝土(砂浆)产生异常膨胀,破坏结构,代号ASR。另一种是碱碳酸盐反应,这是指水泥中或其他来源的碱与活性白云质骨料中白云石晶体发生化学反应并导致混凝土(砂浆)产生异常膨胀,破坏结构,代号ACR。

在混凝土(砂浆)工程中发生碱集料反应,必须同时具备三个条件:原材料的碱总含量偏高;骨料中具有相当数量的活性成分;结构所处的环境是干湿循环,有充分的水份或湿空气供应,三者缺一不可。

原材料要求

1. 水泥:混凝土结构选用水泥,不得用含碱量高的水泥,慎用早强型水泥并经试验室复试合格后,才可用于工程中。对于京外供应的普通水泥,应有技术监督局核定的法定检测单位出具检测报告,同时注明含碱量。

2. 掺合料:指除水泥外在混凝土(砂浆)中掺入的具有一定活性的矿物质细粉料(粉煤灰、沸石粉、硅灰、矿渣粉),这几种材料都可在不同程度上抑制碱集料反应。

3. 粉煤灰:粉煤灰是煤经过高温燃烧留下的微尘颗粒,由于收尘的设备形式不同,使得粉煤灰的细度和需水比不同,Ⅰ级与Ⅱ级粉煤灰取代水泥量可相10%~20%。优质粉煤灰不但能加大取代水泥量,提高泵送性,增加混凝土密实性,同时可提高结构稳定性,抑制碱集料反应,耐久性好。优质粉煤灰的碳化深度也明显小于普通粉煤灰。

4. 沸石粉:沸石粉随矿石的成分及磨细工艺的不同,掺加混凝土的效果也不同。沸石粉属于开孔多孔材料,需水较大,普通磨细粉比表面积不大于3000cm2/g,替代水泥量不大于10%,超细粉比表面积大于7000cm2/g,替代水泥量可大于15%以上。由于沸石粉粒形的特点,一般掺入后会加大需水量,增加粘滞性,特别是高掺量的泵送混凝土。沸石粉与高效减水剂的复配比普通型减水剂要好。普通沸石粉掺入后早期强度偏低,而超细粉早期强度明显高于对比强度。

5. 磨细矿渣粉:矿渣粉是炼钢炉中溶于铁水表面的熔渣,是水淬化合物,经磨细后掺入混凝土中,改善混凝土和易性,由于细度和替代量成正比,价格也明显高于粉煤灰和沸石粉。研究表明,矿渣只有掺量大于30%以上时,才能有效抑制碱集料反应对工程的危害,所以一般工程用量较少。

6. 外加剂:大量的工程应用证明,对于冬季施工使用的防冻剂,抢工期抢进度大量使用的早强剂,在北京地区已形成碱集料反应,造成了混凝土(砂浆)工程结构破坏而不得不拆除。所以必须加强材料复试把关。

7. 防冻剂、早强剂:每年进入9月,需在冬施中使用的防冻剂做复演性试验,对试样检测结果除必须符合有关标准外,同时要求:① 早期强度超出系数不得大于150%(7天);② 使用粉剂的要做溶解度(24小时不得有结晶体);③ 试件表面不得有泛碱现象。

8 . 粗骨料:① 北京南口地区碎石具有明显的碱硅酸反应活性;永定河水系,含碱活性岩石较多,有潜在的活性,严禁用于如地下室、基础等Ⅱ、Ⅲ类环境工程。② 温榆河水系潮白河水系,属于非碱活性骨料,但对于配制含碱量高的混凝土应慎用(高碱水泥)。③ 河北三河碎石同时具有一定的碱硅和碱碳酸盐活性,对于重要工程应慎用,或用低碱水泥配制。

9 . 细骨料:由于用水量多了以后会加促碱集料反应的发生,所以地下混凝土结构工程尽量不选用Ⅲ区中砂或Ⅲ区细砂,同时必须严格控制含泥量不超标。

五、大体积混凝土的施工技术要点

国际上一般采用0.8m~1m作为界限。自20世纪80年代以后大体积混凝土的定义有了新的概念:“任意体量的混凝土,其尺寸(厚度和平面)大到足以必须采取措施减小由于体积变形引起的裂缝, 统称为大体积混凝土”,由此可见,即便是很薄的结构,虽然水化热很低,但是其收缩很大,控制收缩裂缝的要求比过去任何时候都显得非常重要。因此,泵送混凝土的薄壁结构也应当按照大体积混凝土的要求采取措施控制混凝土的收缩裂缝。混凝土收缩主要来自于水和水泥,自由收缩的混凝土不会出现开裂,只有收缩遇到约束,从而产生的约束应力大到超出混凝土的抗拉强度的时候才会开裂。

由于浇筑大体积混凝土的坍落度比较大(一般大于200mm),受拌合物各材料密度值大小的影响,会发生沉降,当沉降受到上层钢筋的阻碍时,则会沉降收缩开裂。解决的办法是尽量减小坍落度,保证混凝土拌合物处于最佳状态。

一般大体积混凝土浇筑的外露表面多,受环境温湿度的影响,尤其是有风的季节,表面失水很快,形成失水收缩开裂。解决的办法是当浇筑混凝土出表面时,一定要掌握面层处理时间,采取边搓面边覆盖塑料布的方法,以减少过快失水。

受浇筑混凝土厚度的影响,使得大体积混凝土形成中心温度高,上下面温度低,根据热张冷缩的原则,出现温差应力形成温差剃度,在温差应力累计大于该时混凝土的抗拉强度时,混凝土就会开裂。如果在降温速率大于某一数值时,也会出现应力收缩过大而开裂。

自收缩是早期和后期均发生的收缩。水泥水化从初始几秒钟一直到数年都在进行,只不过早期快多,后期慢少。解决的办法适当对混凝土结构体补充水分。

硬化后开裂包括:化学收缩开裂;干燥收缩开裂;炭化收缩开裂;温差应力收缩开裂;膨胀开裂(碱集料反应);荷载作用开裂。

影响混凝土开裂的主要因素:

1)水泥(细度、矿物成分含量)水泥颗粒越细,需水大,收缩也大;C3A水化速度最快,收缩也最多,与外加剂的相容性最敏感,所以含量最好小于8%。

2)掺和料(品种;质量;掺量)以粉煤灰为例,优质灰细度小,需水小,烧失量也低,在保证强度的前提下掺量多有利减少收缩。反之品质差的就容易引发混凝土开裂。矿渣的活性优于粉煤灰,但收缩大,综合比较,在大体积混凝土配合比中,掺粉煤灰比掺磨细矿渣更能有效控制混凝土开裂。

3)骨料(吸水性、粒形、热膨胀性、比例):骨料的粒径、粒形对大流动性混凝土有较大影响,粗骨料的热膨胀性小时,常能吸收混凝土内部的热量,所以比例不能过小。若吸水性大,在迟后的硬化过程中逐步释放内存水,更有利于强度增长,抑制自收缩。

4)外加剂在配置大体积混凝土中有至关重要的作用:有效减水,减少混凝土中自由水,从而减小后期的收缩;延缓混凝土的凝结时间,使混凝土水化速度放慢,使强度增长推迟,应力产生也会持后;适当加入膨胀剂在充分湿热养护的条件下,能产生部分膨胀值,以抵消硬化后的部分收缩(内部最高温度小于80℃时才有此效果)。

关于配合比:

1 . 水泥是混凝土产生热源的最根本的材料,用量的多少与温度高低有直接的关系。利用外加剂的作用,在水灰比不变的前提下尽量降低水泥用量,减少水化热,降低温度。采取增加掺合料的方法,用低水胶比保证强度混凝土。

2 . 混凝土中总用水量的20%左右用于水泥水化,其余均为工作性要求。当总用水量越多时,水泥水化的量就会增加,前期水化会越充分,速率也会越快,对整体控制温升值很不利。所以有效减少水的用量,也是很关健的措施。

减小混凝土开裂的措施:

1 . 降低混凝土拌合物浇筑温度;

2 . 延缓混凝土的凝结时间,硬化后的早期强度发展不要过快;

3 . 低热水泥;

4 . 用粉煤灰部分取代水泥 ;

5 . 用低热膨胀(收缩)系数的骨料;

6. 少量稳定的引气成分;

7.选择水泥要以耐久性为基础,不能只注意强度。

厚大体积混凝土裂缝控制:

初凝前产生的裂缝:其表现形式一般为塑性收缩开裂。无论是沉降收缩还是失水干燥收缩裂缝,一般均可通过振捣、滚压、搓面工序可予以避免。一般大体积混凝土的坍落流动度较大,常会因为混凝土和易性问题,使混凝土出现离析泌水, 当沉降遇到上层钢筋的阻力时,就会产生沉降开裂,又会因泌水过快,而易使失水开裂增多。处理方法:先用铁锨将混凝土摊平并振捣-刮杠刮平表面-用滚杠滚压表面,并将多余浮水排走-用刮杠或木抹表面处理-当混凝土收水时进行木抹搓抹第一遍,搓抹采用后退式施工方法,边搓抹边覆盖塑料布,以减少表面水分蒸发-第二遍搓抹时间掌握在人踩在混凝土表面有沉陷脚印,拌合物可操作性强,(有裂纹出现)。采用后退式边搓抹边覆盖塑料布的施工方法,对已出现的裂缝采用来回搓揉的方法将其搓合严-搓面时间掌握最重要,一定要在混凝土初凝前(混凝土初凝时间的确定是:时间与力交点的坐标值3.5MPa,(一般人踏在混凝土表面远远小于此值)进行搓抹同时必须将后出现的裂缝全部搓合,并覆盖严塑料布。

温度产生的裂缝 :水泥水化产生很多的热量,使混凝土内部温度值很高,形成内部受压外部受拉,规范规定当受压温度与受拉温度超出25℃时,会产生温差应力,其累计值过大就易使混凝土温差层开裂。升温过程也是应力产生的过程,升温速度越快,应力产生越大。如果降温时的速率大于升温时,形成降温温度梯度过大产生应力,也会使混凝土的内部出现开裂。以上两种开裂的表现形式是很难见的,一般只有依靠测温记录的数值来判断。所以测温的重要性就在于此。

降低最高温度:

1. 降低温升值:(1)选用低热水泥;(2)或选用低标号水泥;(3)尽量降低水泥用量;(4)掺加低收缩掺合料。

2. 降低浇筑温度值:(1)使用低温水;(2)砂石冷却;(3)混凝土罐车保温或水冲降温;(4)遮阳或覆盖。

3. 掺加缓凝剂延缓峰值时间 。

4. 基础混凝土内掺加大块石料(吸收部分热量)。

5. 放慢浇筑速度:根据环境条件充分利用混凝土的初凝时间,使热量逐步释放达到降低最高温度值的目的。

升温阶段 :混凝土终凝后开始硬化并产生热,中心温度不断上升并往四面扩散,建议此时仅覆盖塑料布即可,不要进行保温处理,以免造成温度积蓄过多,会延长降温阶段的时间。

降温阶段:混凝土温度达到峰值并持续一段时间后开始降温,这个阶段是大体积混凝土关键阶段。一般测温点以平面5~8m的间距布置在结构有代表性的位置,垂直基准点布置在混凝土上表面往下(表层)和下底面往上(底层)50mm~100mm处,控制指标以相邻两点的层温度差值不大于25℃,表层点值与混凝土表面(塑料布与混凝土间)的温度差不大于25℃,是控制混凝土表层与表面不出现开裂。由于混凝土块体在升温及降温阶段都处在塑料布覆盖的条件下,与大气环境不产生介质交换,所以大气温度与块体内部温度不产生利害关系,不考虑控制指标。但可以考虑与表面的温度差。

由于降温是一个缓慢的阶段,随时观察测温结果对混凝土块体进行适宜的保温养护是非常重要的,从经验中总结出,当温度差连续12h(4h×3)超标时就应考虑加强保温处理。当温度差连续12h小于15℃时,可采取白天掀开部分保温层降温,这样有利于整体施工进度。

关于降温速率:如前所说,控制降温速率是很重要的工序,过快的降温速度会使混凝土应力松弛过快出现开裂。有关规范要求降温速率在1.5℃/d,从经验中总结降温速率可控制在2.0℃/d~3.0℃/d,因为这个速率对于膨胀剂的7天潮湿养护是可以达到的,同时施工一般也能满足。对于施工放线要视温度及温差的具体情况来定,一般可采取:不撤保温,定主要基准点和白天气温好逐步掀开保温层放线。

养护:大体积混凝土的养护应该达到两种目的:保持充分潮湿和控制温差。采用何种养护方式主要看施工季节和混凝土内部的最高温升值来确定,但最终都必须保证混凝土不因内外温差过大而开裂。

六、影响立方体试件强度的因素

混凝土是建筑结构施工中使用最多的也是最廉价的建筑材料,主要承受压应力。GB50204规定:检验评定试件尺寸应为立方体,应在混凝土的浇注地点随机抽取制作试件。正温养护(同条件养护试件与结构相同)。由此看来只要混凝土拌合物满足设计与施工验收要求,混凝土试件破型后的均质性都会满足要求的(配合比设计有JGJ55规程)。

受压位置(人为因素):试件理想的受压应是在单位面积上均匀的受力,破坏形成环箍效应,这是唯一正确破坏形式,同时也证明试件在受压过程中是均匀受力。由于操作人员责任心,往往试件受压破坏后会出现试件偏心剪切破坏,少则差百分之几,多的会超出百分之几十,形成这种偏心破坏.现象较为普遍但一般偏离不大,对于强度等级较低的混凝土试件稍偏影响不大,对于高强混凝土或超高强度混凝土试件其影响就较为明显了,是因为高强混凝土的脆性增加而造成的。

七、混凝土的回弹检测

检测混凝土结构件的抗压强度的方法很多:浇注混凝土结构件时同时成型立方体试件(标准养护、同条件养护、同结构养护、同温度养护);回弹法;超声回弹综合法;拔出法;射入法;钻芯法;密实度法等等。严格地说,每一种检测方法都有一定的欠缺,与混凝土结构件的实际抗压强度都有一定的差距,因为混凝土是一种原材料简单、成型工艺简单而成型后又是多相、复杂的人工合成材料,匀质性很差。如果检测方法再存在不严谨之处,常会给混凝土结构件抗压强度的评定带来麻烦。

实际意义:

(一)对混凝土表面进行回弹检测,回弹值一般会受混凝土保护层厚度、钢筋直径和握裹力的影响(尤其是大掺量的掺和料混凝土)及表面状态的影响,由于影响因素过多,若单用回弹仪检测混凝土表面,推算混凝土的抗压强度大与小有明显的缺陷,但对检测混凝土的均质性有实际意义。

(二)混凝土表面碳化受多种因素影响,确认是否形成碳酸钙较为复杂,即使是碳酸钙的厚度在增加(酚酞溶液不显色),实际对回弹值数值的变化也没有重要的影响。

(三)由于混凝土侧表面自身的不光滑性与浮浆的影响,直接回弹表面与磨后回弹表面数值有差别,后者明显高于原始表面,而后者(磨后的混凝土结构件)更能代表结构件自身状态,也说明混凝土表面形成的碳酸钙并不对回弹值起到增加的结果。

(四)用弹击的数值大小显示分析判断混凝土的均质性有道理也有意义,而用其评定混凝土的抗压强度有明显缺陷。因为抗压强度是一整体均匀受荷载概念,而被弹结构件的截面有明显差距,再存在材料组成的差异,即使是相同强度等级的混凝土回弹值也不可能在一个合理的范围内,所以推算结果有较大差距。

(五)施工中所遵循的规范、规定、规程或标准不是法律法规,可以参照执行,但由于我国规范之间的不衔接性(行业)和各自为政及适用滞后性,不应机械性地教条地执行。

八、日本的质量控制体系可作借鉴

日本在混凝土工程的管理和质量方面已进入世界先进行列,20世纪70年代~ 80年代日本的“全面质量管理(TQC)”在国际上被充分肯定,在我国也广泛推广。同西方国家的做法一样,日本对混凝土工程质量的管理施行的是“过程控制”。这并不是很高深而不能做到的,问题是做不做。我国混凝土用量大,资源和能源的消耗也大,更应当重视质量;用质量差的混凝土建造起使用寿命短的结构物,则是更大的浪费。“前车之辙,后车之鉴”,希望能从日本对混凝土工程的管理中得到我们可鉴之辙。

日本对混凝土质量的控制主要在过程中,是全方位、全过程的。从原材料进场验收到存储,从计量、搅拌到运输、浇注,从各方面进行控制,真可谓管理到位。

原材料进场管理(生产与供应过程的稳定性):

原材料质量是最基本和重要保证,受资源和技术水平及经济利益的影响,会出现不稳定的情况。对骨料的生产质量很重视,处处体现交易诚信和质量放心。单阶式生产、封闭式储存仓、品种、规格、对号入仓。双方签订合同确立信任关系。供货方自行对号将材料卸入存储仓中,如若此品种规格的材料在使用过程出现问题,一切责任归于供方,供方不但要负质量责任,同时也将失去诚信,失去市场。由于约定的质量要求及存储仓又是封闭的,不受外因素的影响,稳定性很强(骨料内部都是饱水或饱和面干),从而混凝土拌和物的质量也就有了保证。

配合比设计的管理(满足施工委托技术要求):

混凝土是人工合成的复合材料,主要承担着压力荷载,配合比设计各国由于地方性材料的差异,而有不同的计算规定,一般均以体积法计算配合比,对试配中使用的骨料以饱和面干为基准,这样就可保证骨料内部的水不参与浆体微结构的形成,而且不因骨料吸水影响施工性能。

水的主要作用:

混凝土中水的作用是相当重要的。水与胶凝材料结合发生水化反应是形成强度的重要因素之一,水在拌和物中以游离形式存在是保证和易性满足施工性能的关键。前者水的多与少(水灰比)决定混凝土的强度及耐久性(抗渗透性、碳化性、收缩性、抗冻性等);后者水的多与少直接影响和易性,对施工工艺性能有很重要的作用。混凝土的用水量既反映水灰比的大小,也反映浆骨比的大小,所以有效地控制混凝土的用水量具有实际意义。

水的存在形式:

拌和物中的水和骨料的吸附水。骨料吸附水受材料孔结构影响吸水量和表面游离水的多与少,未饱和吸水,拌和物的水会逐渐被骨料再吸走一部分。当总体积稳定下来之后,(凝结时间),存在于骨料颗粒之外的这部分水参与和水泥等胶凝材料水化,称之为有效水,是强度的关键因素。而骨料内部的含水则会对硬化后混凝土的后期性能发展有一定的作用。混凝土中总用水量与胶凝材料总量之比;骨料饱和吸水之外的水与胶凝材料总量之比(饱和面干)。JGJ55《配合比》中“其水灰比计算公式和有关参数数值均系以干燥状态骨料为基准(干燥状态骨料系指细骨料含水率小于0.5%和粗骨料含水率小于0.2%),也就是总水量下的水灰比,而美国、英国、日本等发达国家使用的骨料均以饱和面干为基准,也就是有效水下的水灰比。

配合比设计:日本的混凝土配合比设计,粗细骨料均采用三粒径级配。砂有天然砂、机制砂、炉排自然冷却的硬矿渣。

饱和面干检测:粗骨料一般忽略含水(饱和面干状态下)强调粒形,所使用的粗骨料无论多大粒径均为等径状,而我国常见的粗骨料即使不是针片状,也多是锐角的

搅拌计量管理(配料与执行):由于日本对混凝土的质量控制是全方位的。在材料入仓存储时对供方进料自控制是第一步(要求进料饱和面干可略有表面水)。当材料由存储仓进入计量斗时,使用含水率自动检测传感器是搅拌系统执行质量控制的第二步,使用饱和面干材料,骨料外部表面的水可以很容易用仪器检测出来(任一种传感器无法检测骨料的全部含水率即骨料的内部水和表面水)在骨料投料口量测表面含水的比重瓶是第三步

混凝土拌和物和易性:控制和保证混凝土拌和物的和易性以满足施工要求,搅拌质量很关键。均采用净浆裹砂法。二次投料搅拌工艺始于20世纪80年代。当时为提高塑性混凝土的强度,采取“造壳法”提高界面强度:先加入部分水将粗骨料湿润,再投入全部胶凝材料和外加剂,搅拌一段时间后,最后放入剩余水和细骨料。对于大流动性的混凝土,使用净浆裹砂法的搅拌混凝土工艺可以利用较低水胶比水泥浆体包裹住砂粒,使砂的外表面先形成润滑体,从而能明显改善混凝土拌和物的流动性能(第五步)。其方法是,1. 投细骨料和水搅拌5s 左右,再投入水泥搅拌15s后将粗骨料全部投入,继续搅拌20s左右出机;2. 一次投入砂、水泥和水,形成水泥砂浆,搅拌时间在15s以上之后,再将粗骨料投入继续搅拌20s,总搅拌时间基本控制在40s 左右。

拌合物:由于规范了所有的过程操作,并有效地进行控制,在检测拌和物的流动性时,拌和物坍落后的形状就可以稳定地保证呈均匀的、无尖锐边缘的圆饼,如果边缘是发散的,必然会有浆流出来,且中央部分有堆起的石子,则拌和物离析和泌水,体积就不均匀,如果坍落度足够大,而坍落流动的扩展度较小,则拌和物黏滞性大,有可能会增加泵送的阻力

验证混凝土拌和物的单方用水量在允许偏差范围内,保证施工质量就能符合工程要求. 原材料的波动等因素,需要调整用水量。圆井开发了“单方用水量测定仪”,经使用并形成现场检测混凝土拌和物单方用水量的验收制度。2003年10月2日,国土交通省强制规定所有施工的工程,在混凝土到场时,必须检测一次单方用水量。完善了整个混凝土工程质量过程控制的体系。也避免了一旦浇筑后的混凝土出现某些问题后的纠纷。新配合比使用验证、当日生产混凝土的初始拌和物检测、出现异常现象、出站检测等。对检测不合格产品处理一律采取分离回收的办法。


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