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混凝土后期强度倒缩原因、作用机理及解决方案!

发稿时间:2020-07-22

编者按:混凝土行业发展日新月异,目前混凝土向着高强、高性能发展。但是在追求高强度、低龄期的同时,混凝土强度倒缩现象在近些年发生的频次越来越高。混凝土强度倒缩对建筑结构的危害性不言而喻。混凝土强度倒缩如何界定?如何预防此类问题的发生?发生倒缩的原因和作用机理是什么?解决方案有哪些?本期特别策划欢迎大家根据自己的实践提供可行性的建议。

 

高国成(威海市长峰建筑工程公司,技术总工)

 

对混凝土倒缩机理的理解

 

混凝土在正常的配比、施工和养护条件下,其强度在龄期内(28d60d90d 甚至120d)出现负增长的情况,称为混凝土的倒缩。倒缩的机理基本上是由水泥水化的不正常反应造成的。这种不正常反应发生的原因主要有两个,一个是水泥自身的原因,另一个为外加剂促使水泥不正常水化的原因。比如铝酸盐水泥配制混凝土或早强蒸养混凝土就很容易出现强度倒缩现象。

 

近些年因水泥厂迫于成本压力,掺合料越来越多了,为了提高早期强度,水泥的磨细程度越来越细了,甚至增加大量的早强助剂来提高 3 天强度,从满足水泥规范要求。正是过细的水泥水化产生不可见的微裂缝,水泥早期强度高,在水泥水化随着时间不断进行中,微裂缝不断增多,混凝土试件在压力下很容易导致裂缝贯通破坏,强度偏低。而增强早强成分的助剂还是为了提高水泥的早期强度,这都会促使水泥中的 C3AC2S 等化学物质的水化,甚至通过络合水泥中调凝剂 Ca2+ 促使水泥快速水化,都会导致混凝土水泥产物结构不稳定,从而导致随着水化进行强度偏低的风险。比如说蒸养混凝土中使用硫酸钠作为早强剂会快速生成硫铝酸钙而使混凝土产生裂缝,致使强度偏低甚至膨胀损坏。

 

混凝土倒缩的防治

 

水泥不管是因为降低成本而采取的技术手段,还是为了加快生产效率而采用早强外加剂等手段,都违背了材料的正常使用规律。我们接受技术创新,但要在满足自然规律的前提下进行,而不是一味地追求达到超早强而进行揠苗助长。曾有一篇报道:100 年前混凝土留置的试块进行试压,发现混凝土强度可以说几乎一直在增长,就是后期强度低也能超出标准强度。而近些年的混凝土大掺掺合料、磨细水泥和早强助剂导致水泥“瘦身”。在北方高胶凝材料还有强度上升空间,而对于南方超低胶凝材料混凝土(C30 为例,胶凝用量 300kg/m3,而水泥用量 170180kg/m3),数年以后混凝土的强度发展甚有忧虑。而对于龄期内强度倒缩防治,建议加强水泥的基本数据监控,尤其是水泥强度的发展规律。另外,对于早强要求比较高的混凝土,一定要收集龄期内甚至超出龄期的混凝土强度数据。

 

王广岭,李新国(临沂天元混凝土工程有限公司,工程师)

 

混凝土是目前用途最广泛的建筑材料,随着科技的发展,混凝土正在向绿色、高强、高性能化方向发展。在追求混凝土高强度、低龄期发展的同时,混凝土后期强度倒缩现象的发生也越来越常见。混凝土后期强度倒缩对建筑质量和安全的影响非常大,其危害性不言而喻。

 

混凝土强度倒缩一般理解为:一是胶凝材料水化终止,不再提供强度增量,而内部或外部环境又对强度产生不利影响;二是虽然还有强度增量,但小于内部或外部不利影响。无论哪种情况均会导致强度倒缩。混凝土后期强度倒缩现象一般都发生在比较长龄期后,主要体现在高标号混凝土,混凝土水化,从而导致内部缺水,可能由此产生内应力,而出现混凝土倒缩现象。下面从三个方面对混凝土后期强度倒缩问题提出可行性建议。

 

1、合理控制矿物掺合料的掺量

相对于纯水泥混凝土,掺入粉煤灰的混凝土能够明显的降低水泥水化热,而掺入矿粉的混凝土能够很大程度上放缓水化热的放热速率,而同时掺入粉煤灰和矿粉的混凝土不仅能够有效的降低水化热的放热量,而且还放缓水化热的放热速率。因此在配制混凝土的过程中可以适当的掺入粉煤灰和矿粉。合理的调整粉煤灰和矿粉的使用量不仅能够节约成本,而且还能够改善混凝土强度,对混凝土强度倒缩产生一定的抑制作用。

 

2、降低混凝土的入模温度

一般而言,当混凝土温度高于 40℃ 时即可影响水化过程与机制,尤其 50℃ 以上时影响更加明显,因此控制混凝土入模温度有着重要作用。(1)从生产上降温:水泥和粉煤灰的出厂温度一般都比较高,搁置一段时间之后温度会随之下降,因此要优先使用搁置过一段时间的水泥和粉煤灰来配制混凝土,尽可能的降低水泥和粉煤灰在生产过程中存留的余热。使用大棚遮住存放骨料的场地,避免太阳光直射,并保持良好的通风。当夏季温度过高时可以对骨料进行洒水降温。温度过高时可以使用地下水进行生产。(2)从运输上降温:夏季白天温度高,混凝土罐车表面吸热大,从而使其内部温度过高,在装混凝土之前和之后分别用冷却水或地下水喷淋罐车表面,达到降温的效果。(3)从施工上降温:夏季施工时,由于白天温度较高,进入夜间温度会逐渐下降,因此混凝土浇筑时间可以选在晚上7点左右进行,避免高温时段,必要的时候可以对施工用水进行加冰降温。在水泥水化的初期,由于混凝土温度过高,造成混凝土早期水化快,从而使混凝土早期强度高,但水泥不能够完全水化,从而造成混凝土后期强度不增长或倒缩现象,因此要控制好混凝土的温度和环境温度,从而保障混凝土正常水化。

 

3、缓凝剂的合理使用

缓凝剂是一种能够推迟水泥水化反应,从而延长混凝土凝结时间的外加剂。缓凝剂的使用可以使新拌混凝土在比较长的一段时间内保持塑性,从而方便混凝土浇注,提高施工效率,同时不会对混凝土后期各项性能造成不良的影响。浇筑大体积混凝土时,可以通过添加缓凝剂,能够有效的降低混凝土绝对温升,使水泥能够缓慢、完全水化,从而避免水泥不完全水化对混凝土强度增长的抑制作用。

 

邓兴才(中国商品混凝土行业企业专家委员会主任委员,厦门市硅酸盐学会名誉会长,教授级高工)

 

笔者认为所谓混凝土强度倒缩并非单是混凝土试块的抗压强度在 28 天或 60 天之后强度不增长或负增长,而是它所代表的混凝土结构实体强度的不增长或负增长。如果试块强度不能真实反映结构实体的强度,可能真的是由于混凝土搅拌不均匀、试块制作不规范、养护环境的温湿度变差或者检验设备的误差等等原因所导致的。如果仅仅是这样,与混凝土结构实体的抗压强度及耐久性无关,那也就没有讨论的必要,所以所讨论的应该就是混凝土结构实体强度的倒缩问题。

 

笔者想要表达的观点是:尽管引起混凝土强度倒缩的原因可能很多,也不排除广泛使用矿物掺合料和外加剂(包括减水剂)等原因,但作为现代混凝土最主要的胶凝材料——水泥的确出了问题。其一,早期强度越来越高,但 28 天强度的富余系数却越来越小,后期强度增长缓慢,60 天至 90 天时水泥胶砂强度基本上没有增长甚至有所下降,用这样的水泥拌制的混凝土,仅 7 天的抗压强度就能达到 28 天强度的 90% 以上,但 28 天以后,强度增长很小,60 天以后,除了处于水中或地下等湿润环境中的混凝土构件外,抗压强度基本没有继续增长。其二,水泥粉磨颗粒越来越细,水化速度越来越快,水化热放热集中,混凝土浇筑后,内外温差加大,温度应力导致混凝土结构内部细微裂缝增加,加之工期进度要求紧,混凝土浇筑后难以按规范进行保湿保温养护,故很难保证混凝土结构的长期性和耐久性。其三,水泥生产厂家为了获取经济利益,乱掺加混合材,其品种和掺量对外保密,若商品混凝土企业一定要求厂家提供,其所供资料也不一定可信。除了混合材,助磨剂也同样影响到水泥与减水剂的适应性,对混凝土的后期强度都会带来不同程度的影响。

 

水泥为何能够高早强?除了高细度、水化快,就是水泥本身的矿物成分改变了,水泥中 C3S C3A 矿物成分提高了,而 C2S 降低了,所以早期强度高,后期强度上不来,有冲劲无后劲,导致混凝土丧失了自愈合能力。前几年,施工方把混凝土裂缝的责任归罪于“商品混凝土”,后来发现自拌的混凝土不养护也照样裂缝,其实裂缝的根源也是水泥和早些年使用的不一样了,还按照老经验施工不灵了,当今的水泥普遍患有“三高”症,即“高早强、高细度、高碱含量”。

 

形成水泥产品现状的责任究竟在谁?好像还不应全归罪于水泥生产厂,因为当今的水泥强度和细度,并没有违反国家现行的 GB 1752007/XG 22015《通用硅酸盐水泥》标准。该标准于 2007 年发布后,又在 2009 年和 2015 年先后进行过两次修改,但对于水泥的强度和细度的规定,都是一如既往并没有改变。比如最常用的“普通硅酸盐水泥”,P·O42.5 3 天强度规定≥17.0MPa28 天强度≥42.5MPa,但实际上,P·O42.5 3 天强度一般都超过 2728MPa,甚至超过30MPa 的也常见到,因为“标准”中并未规定 3 天强度的上限。但 28 天强度的富余系数很低,往往只达到4547MPa,你能说这种产品不合格吗?因为它已经大于“标准”规定的下限了,且产品标准中并没有规定水泥 28 天强度的富余系数。尽管在行业标准 JGJ 552011《普通混凝土配合比设计规程》中规定了“水泥强度等级值的富余系数(γc)”,42.5 52.5 水泥的强度富余系数分别为 1.16 1.10,也就是说,这两个强度等级水泥的 28 天胶砂强度至少应该大于 49.3MPa 57.75MPa,但实际上能够达到此强度的水泥已经不多了。再看看对水泥细度的规定:“硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的细度以比表面积表示,其比表面积不小于300m2/kg……”,但多家商品混凝土企业的试验室反映,大部分水泥的比表面积已达到 370380m2/kg,超过 400m2/kg 的也不少见,而现行“标准”中,对水泥细度也没有上限的规定,是否认为水泥颗粒粉磨得越细越好?

 

笔者以一个混凝土技术工作者的身份曾和一位国内名牌水泥企业的技术负责人交换过意见,他也认为高早强高细度的水泥不利于混凝土的耐久性,但是水泥生产出来是要卖出去的,而如今的销售市场是需要高早强,因为开发商和施工方很少有不赶工期的,如果水泥的早期强度低就卖不出去。是的,产品应该适应市场、满足市场这是天经地义的,生产厂有何过错?也许这才是问题的真正根源。发展要快,要讲究效益,但必须尊重科学,牺牲质量的高速度应尽量避免。这个问题恐怕已经超过我们的讨论范围,还是请各地的建设行政主管部门去认真研究吧。

 

张盛(江苏和天下节能科技股份有限公司,工程师)

 

从学习到工作至今接触混凝土十余年,浅谈一下笔者理解的混凝土。好多从事混凝土行业的人都把预拌混凝土比喻成炒菜,而笔者则 更喜欢把混凝土比喻成人,因为混凝土出现好多的问题都能从“人”的成长中找出类似象。“混”字,普意混合,还有混沌、模糊的意思;“凝”字,液体变为固体,五行属水;“土”,五行属土。由于混沌的存在,“混凝土”三个字从字面上理解即为水土混合的模糊物,合在一起混凝土已跳出五行。这就和刚出生的婴儿一样,长大了能变成什么样的“人”,有不可预测的地方,就像蒙上了一层面纱。

 

普通混凝土中水泥组分与细度同 30 年代的快硬水泥的组分与细度相当。而 1937 年采用当时的快硬水泥的混凝土 10 年后强度开始倒缩;混凝土强度倒缩现象近些年来出现的频次越来越多,好多搅拌站生产的混凝土 7d 强度达到 100%,而 28d 强度基本不再增长甚至还下降……针对混凝土强度倒缩的现象,如果从“人”的角度看,就跟早熟、早发育一样,到后面反而不长了,人的骨骼一般三十岁以后才停止增长,早熟的人可能20 岁就停止骨骼增长甚至开始萎缩了,这是因为事物都有其自身的成长规律,违反或扰乱了其规律,会影响质量,甚至会发生更严重的问题。

 

透过现象看本质,排除外界因素,单从混凝土自身角度出发,笔者认为混凝土强度倒缩,是由于混凝土内部整体结构被“破坏”导致的:混凝土内部结构被破坏,主要是由于现在的胶结石出现了问题;胶结石由于前期强度增长过快,水化产物填实了后期本该供应强度的胶结颗粒的空间,而随着这些剩余胶结颗粒物理化学的变化及发展,不但没有使原体系致密,强度提高,反而破坏了原先密实的胶结石体系,导致胶结石内部变得酥松或出现了微观的裂缝,从而产生混凝土强度倒缩现象。

 

现实中水泥厂家往往将水泥颗粒磨细作为提高其早期强度的主要手段,有超过 66 项的研究都表明:任何提高水泥水化速度的因素,都会消弱混凝土的耐久性。为什么水泥颗粒越来越细?GB175《通用硅酸盐水泥》从 1999 2007 中均规定普通硅酸盐水泥 42.5(该品种用量较多)中 3d 抗压强度大于 17.0 MPa,虽然这是强制性指标,但这个技术指标对很多正规水泥企业都容易达到。二十年的标准对 3d 抗压强度未进行改变,而现实中水泥的细度在不断变细,3d 抗压强度都在不断提高。促使这一现象产生的原因是利益!一水泥粉磨站董事长亲口对笔者讲,42.5 普通硅酸盐水泥熟料只能用65% 左右,否则亏本,那这么低的熟料用量怎么保证强度呢?通过改变助磨剂配方和粉磨水泥颗粒细度来控制水泥强度指标。

 

上述仅代表个人观点(浅谈水泥材料),但混凝土强度的倒缩现象是偶然更是必然。怎么去改变或遏制此类现象是所有砼行努力的共同目标,笔者建议:

 

一、技术人员在生产中遇到类似问题如对某一材料持怀疑态度,可委托第三方进行相关检测,同时配合比中可降低其用量或更换厂家;

 

二、搅拌站生产中尽量选取能自行生产熟料的正规水泥厂家;

 

三、现行水泥标准体系缺陷明显,应尽快修改完善水泥规范技术指标,如氧化钙与二氧化硅的最低含量要求、比表面积应该有上限、水泥3d 抗压强度上限等;

 

四、水泥合格证上应明确矿物组成尤其是 C3A 含量,同时出台相应的处罚措施,保证水泥行业及混凝土行业的健康发展。

 

封培然(四川鑫统领混凝土有限公司,高工)

 

目前还没有看到由于混凝土强度倒缩导致工程质量事故的相关公开报道,而混凝土常见的长期强度倒缩主要发生在实验室,可能的原因是浇筑的混凝土形成工程实体之后,经过竣工验收阶段的绝大多数工程,没有持续的数据追踪混凝土的耐久性,另一方面即使服役数年的工程出现质量问题,也很难将外界环境因素与混凝土自身强度收缩区分开,而国内大部分混凝土建筑物使用年限较短也是事实,这也导致许多隐藏的问题不能暴露或者故意不能暴露,复杂的原因往往不是技术单方的作用。

 

混凝土强度的倒缩本质上是混凝土的耐久性问题,根据混凝土耐久性的定义:“在使用过程中,正常维护下,经受气候变化、化学侵蚀、磨蚀等各种因素的作用而能保持其使用功能的能力”[1],混凝土强度是其基本性能之一,保持混凝土强度持续发展,满足工程使用功能也是其可以作为建筑材料的基本要求。

 

混凝土强度倒缩的表征可以描述为混凝土后期强度小于规定时间的初始强度,一般以混凝土达到初始设计强度为基础,常见的工业民用建筑以该强度等级混凝土的 28d 龄期为准。混凝土强度倒缩产生的机理从范围上可以大致分为内部、外部和由外部正常养护引发的内部劣化原因三大类。

 

混凝土自身原因产生的倒缩主要源于内部化学反应,其中水泥和掺合料最为重要。水泥作为最活跃组分,其化学反应能力决定了未来提供胶凝材料的数量。自水泥产生以来始终围绕着降低生产能耗和提高水泥反应活性两方面进行了大量的研究,其中后者通过改进熟料矿物组成和增加与水接触面积的工作取得了较好成绩,满足了人类对快速建设的期望。另外改变水泥水化温度,增加矿物晶格缺陷,使用其它辅助化学物质激活反应也有了一定的进步,在经济可控的条件下尽最大可能释放水泥反应能力,以最快速度获得期望的强度是进一步研究的动力,然而无限制地去接近极限反应活性,可能是百米赛跑。作为人类长期生存的可靠空间,长期性往往被短期利益所掩蔽,水泥活性的提升需要更多早强矿物,如 C3S C3A,其中 C3A 水化产物长期强度存在倒缩,资料显示 1999 年以前国内C3A含量基本在 5%7%,而其后基本超过 8%[2],部分地区高达12%13%。而早在 1934 Lawton 在检查 443 个道路工程的混凝土状况时发现:维持尽可能低的 C3A 是必要的;而一个实验性的结论是:C3A 增加时,C3S 应该减少[3]

 

有关 C3S 对混凝土强度的影响的研究更加广泛,工程实践结论也比较一致,目前没有看到由于 C3S 含量增加导致混凝土强度的下降现象,更广泛存在的问题是水化热放热量的增加、收缩的增加以及后期强度增长率的减缓,试验表明 C3S 含量为 53.22%67.33% 78.79%的水泥熟料在 7d 龄期的孔隙率为 21.49%22.66% 26.29%,随着龄期的延长,最高的硅酸三钙的水泥收缩明显超出其它两种[4]。也就是说在没有其他混合材存在的条件下,宏观强度指标是:随着 C3S 含量增加,水泥 28d 抗压强度是降低的。混凝土要求的早期强度越高,为了保证施工性能必须增加水泥用量,也就意味着C3S 含量的增加,集聚的放热量和体积收缩产生的裂纹在混凝土内部早期存在并在载荷作用下进一步延展,强度倒缩的风险更加明显。即使增加掺合料用量,混凝土后期强度增长基本停滞就是一个明显的证明。

 

实际上,最早发现引起水泥风险的并不是 C3A C3S,而是水泥中的碱以及随后发生的碱集料反应。碱对工程的破坏更多的是崩溃式膨胀,其危害也在混凝土工程中人人皆知,严格上讲这也是一种剧烈的强度倒缩,倒缩至混凝土抗压强度彻底为零,这其中的碱不仅仅是水泥中的可溶性碱,也包括了混合材、掺合料、骨料等所有材料的可溶性碱。当然除去混凝土内部碱集料反应外,对于惰性骨料而言,混凝土内部的碱对促进水泥早期水化依然有贡献,各种塑性状态的开裂在适当碱含量时更为普遍。

 

水泥化学组分含量的高低,有时危害并不明显,原因在于这些组分暴露在体系中的数量,也就是说水泥的比表面积或者细度才是组分发生作用的根源。水泥细度的变化在历次国家标准修订中表现明显,有人专门总结了水泥细度降低的变化趋势[5]。实际上水泥细度对混凝土抗压强度的影响表现为:比表面积较低的水泥早期强度增加缓慢,后期强度不断增加;比表面积较大的水泥则相反。这源于水泥颗粒持续水化受到水化产物的隔离,水的扩散作用得到限制,但混凝土没有强度倒缩,而是不再明显增加。但是在干湿变化的环境12.076μm 13.145μm 的水泥在 60 个循环后,强度倒缩 5%,而 14.958μm 的水泥则强度增加 15%[6],这表明较低细度的水泥细度对环境变化的敏感性强,同样掺合料,如粉煤灰、矿渣粉等细度降低导致混凝土后期强度增高缓慢都与水泥类似,只是相对于水泥来说,变化更弱一点[7]

 

外部因素作用于混凝土内部最常见的是养护和使用外加剂。蒸汽养护对水泥制品构件来说是一种常见的养护方式,实验表明混凝土经过 (80±2)℃ 恒温 6h1014℃ 水养至 28d 龄期,混凝土的强度是倒缩的,并且脱模强度越高的混凝土强度倒缩越明显。原因就是Aft 的分解并在高温时重新形成 AFm[8],这对管桩混凝土来说是不利的,同样 90℃ 热养护 3d RPC 混凝土强度也是降低的[9],也有研究指出处于隧道干热环境下喷射混凝土的粘结强度也是倒缩[10],由此可知养护制度中的高温对混凝土的早期强度是有利的,但是长期来看其对后期强度发展没有可靠贡献,尤其是一些特殊领域应用的混凝土。水泥的水化本身是一种化学反应的放热过程,提高水泥反应温度可以一定程度上提高水泥的反应速率,但是水泥水化产物的结构与形貌发生了变化,混凝土强度作为整体性能的反映,仅仅增加水化产物数量,而内部密实度没有增加,同样也是空中楼阁。

 

外加剂中早强剂、抗冻剂、膨胀剂是几类特别需要注意的成分,因为其往往含有碱、Cl-SO42- 等成分,碱对混凝土后期强度倒缩贡献明显,与不掺加碱的混凝土相比,掺加 0.8% 碱的混凝土 90d 强度倒缩15MPa[7],并且水泥比表面积越大,混凝土强度倒缩越明显。氯离子除了引起钢筋锈蚀,更导致混凝土 28d 抗压强度倒缩[11],而硫酸根对混凝土的作用更是尽人皆知,甚至混凝土周围的高硫酸根环境都可以对混凝土产生腐蚀。

 

外部环境对混凝土强度的作用包括各种温度、湿度、酸碱盐腐蚀、载荷等及各种因素的耦合[12],处于干燥、冻融、干湿交替、海水、酸雨、碳化、氯盐、载荷等各种劣化环境,即使混凝土初始保持较好的强度,随着环境作用的长时间积累,混凝土强度也可能倒缩,这些特殊环境使用的混凝土必须采取针对性的措施,保证强度增长的可靠性,虽然长期积累的结果也是混凝土强度的降低,但与一般意义的混凝土强度倒缩有所区别。

 

除以上分析之外,随着混凝土行业之间竞争的加剧,使用未经验证的新材料,降低水泥使用量,原材料质量自身的波动,施工过程的不严格等均与管理不善有关,也极可能引发混凝土强度的倒缩,但这些本身与技术无关。

 

针对混凝土强度倒缩的各种原因分析,可以采取的措施有以下几个方面:

 

材料方面:严格控制水泥细度,适当放宽水泥早期强度,以搅拌站常用的 42.5R 水泥为例,可以要求 3d抗压强度不低于 28MPa28d 抗压强度不低于 50MPa。严格控制水泥水化热和碱含量,由于搅拌站的检测条件限制,碱含量的控制往往困难,但是可以按照规定时间检测可溶性碱,控制可溶性碱不超过 0.2%

 

掺合料的活性是混凝土搅拌站的常见检测项目,追求过高的活性必然带来细度的提升,以非活性掺合料控制细度,以活性掺合料控制比表面积更为合适;而对于使用高钙粉煤灰作为掺合料的企业,检测 f-CaO 非常必要,游离氧化钙与水反应膨胀于混凝土内部导致强度倒缩已经有所报道[13],烧失量也是使用粉煤灰的重要检测项目,这源于施工过程未燃尽碳的浮浆导致混凝土结构的不均匀。最近随着环保标准的提升,粉煤灰内的SO3NH4NO3 的含量也在增加,使用前判断粉煤灰酸碱性也非常必要,而对更加复杂方式获得的所谓粉磨粉煤灰,源头控制往往无能为力,更侧重的是使用前的了解,变更的告知义务。

 

外加剂的使用要谨慎,特殊外加剂必须事前试验,外加剂的稳定性和水泥、掺合料的稳定性一样重要。

 

质量控制方面:质量控制是混凝土产品最重要的短板,塑性阶段的混凝土是构筑物质量的一部分,但不是全部。混凝土强度是整个体系的表征,是从水泥加水起至规定龄期的发展史。混凝土质量控制的时间长加上中间物权的分割以及中间指标确立困难,因此实际工程质量距离理想状态尚有差距。

 

控制混凝土强度倒缩首先必须摒弃偷工减料,水泥价格的上涨造成混凝土成本上升,对于签订固定合同价的卖方来说,降低水泥用量是最直接的降本措施,这也是导致混凝土前期水化快,后期强度不足的重要原因,越细的水泥,越要保证掺加量。大部分技术人员都认可过高的水泥用量导致开裂,而水泥数量的不足同样会在碳化下失去强度[14]

 

控制材料的均匀性和稳定性同样可以避免混凝土强度的倒缩。纵向要均匀,横向要稳定。进场使用的材料在仓内不发生变化,保证了每车混凝土的稳定,而单车混凝土搅拌均匀保证每方混凝土的稳定,每批次原材料质量的均匀保证了今天与明天混凝土质量的稳定。控制的方式必须将时间与空间结合起来,例如仓内水泥结块就是空间的不均匀,运输车辆中间的停滞就是时间的不稳定。建立时间历程的控制指标变化曲线,而不仅仅是坍落度损失。

 

控制施工过程的热环境依然是必要的。从前面的分析可知,温度对混凝土强度的消极作用,尤其是对高强的混凝土。夏季是混凝土施工的高峰季节,也是遭受热伤害的季节。降低施工环境温度,首先应降低材料温度,尤其是水泥温度,尽管这往往是困难的,但相对于要求降低水泥比表面积也许是可以接受的。实践表明,控制普通硅酸盐 42.5R 水泥比表面积至 330m2/kg 以下是合适的,并同步增加掺合料用量。另外使用施工现场地下冷水也被认为是一种经济的降温措施。

 

混凝土整体的致密性是避免混凝土强度倒缩的最佳物理措施。浇筑阶段每一级小颗粒都能够进入上一级颗粒的空隙是混凝土致密的基本原理。致密性阻止了各种有害空隙的产生,也为浆体均匀性打下了基础,高塑性混凝土保证了混凝土的流动性,但是后期多余水分的存在对混凝土整体不利,高粘度的混凝土损失了部分流动性而减少残余水分,但施工方并不喜欢高粘度混凝土,原因是增加了施工难度,因此研发触变性强的外加剂和发明更先进的振捣工具一样重要。实践中,物理方式增加致密性,比化学方式带来的副作用小。外界有害物质的侵入往往是从混凝土质量的薄弱位置开始,整体振捣、表面压实都是处置方式之一,至规定龄期后混凝土内部不再发生有害变化,保证了混凝土强度的稳定。

 

总之,许多经济条件下的措施需要辅助有效的质量管理手段,而对其他非技术因素导致的混凝土强度倒缩并不在本文的讨论范围。建立新的混凝土过程控制指标,比混凝土成型后的质量统计更有创新性,尤其是对过程控制的重视不仅限于坍落度,粗骨料的使用可能也是防止混凝土强度倒缩的方式。
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