影響預拌混凝土質量若干問題的探討（李彥昌）
2023-11-10
影響預拌混凝土質量若干問題的探討
北京市高強混凝土有限責任公司 李彥昌
摘 要：本文通過對影響預拌混凝土質量若干問題的原因分析，探討了目前影響預拌混凝土質量的主要因素，并提出了部分應對措施供參考，希望通過各方的共同努力提高預拌混凝土質量。
關鍵詞：預拌混凝土；質量問題；原因分析；應對措施
前 言
由于混凝土是一種復合材料，其組成材料中砂、石、骨料和粉煤灰、礦渣粉等摻和料均不屬于工業產品，質量穩定性非常差，而屬于產品的水泥和外加劑質量波動也很大，因此，由這些質量穩定性很差的材料組成的普通混凝土，其質量穩定性就可想而知了。預拌混凝土是由攪拌站集中生產供應到建筑施工現場的混凝土，而混凝土質量又與生產、運輸、泵送、澆筑、養護及環境溫濕度有著密切聯系，這就決定了混凝土的最終質量與生產和使用單位(施工單位)均有著直接的關系，同時在生產單位與使用單位交接時，混凝土的很多性能尚無法準確確定，質量確定存在較長一段的滯后期，一旦混凝土出現質量問題，責任劃分就很難進行。本身屬于半成品的預拌混凝土被視作成品(商品)的現實情況，使得預拌混凝土質量的控制更加復雜化。生產質量本身穩定性就差的預拌混凝土，加上使用單位的施工人員錯誤地以為混凝土質量應該是生產單位的事而與自己沒有多大關系，把施工規范的要求放到一邊，隨意加水現象觸目驚心，混凝土養護不到位隨處可見，給混凝土質量構成了極大的威脅。目前，預拌混凝土在全國的發展勢頭非常迅猛，二、三線城市預拌混凝土攪拌站如雨后春筍，甚至在較為發達的鄉、鎮也開始大量涌現。這種現狀首先是我國經濟快速發展的需要，對行業來說不是壞事，但同時我們也應該看到，由于行業門檻低，管理跟不上，人才匱乏等原因造成行業整體質量狀況出現了明顯下滑趨勢。因此，最近幾年，行業同仁們應該專注于提高預拌混凝土質量，作為行業發展較早的地區應該起到引導和示范作用，致力于解決預拌混凝土生產、運輸、泵送、澆筑和養護過程的實際困難和難題，全面提高預拌混凝土行業的整體水平。如果不能盡快提升行業的質量觀念，盡可能減少質量隱患和提高產品質量，如此龐大的混凝土生產量，極有可能給廣大人民群眾造成巨大的生命則產損失。
1 原材料問題
1.1水泥
水泥是混凝土中的重要組成材料，它是混凝土強度的主要來源，其質量對混凝土質量影響很大，研究混凝土質量穩定性首先就涉及到水泥。由于我們國家目前的基礎建設投入巨大，水泥的需要量也日益增加，我國早已是世界水泥產量最大的國家，這也就帶來了很大的CO2排放問題。因此，隨著環保力度的加大，水泥生產受到了限制。同時，水泥生產行業因為利用粉煤灰、粒化高爐礦渣、爐渣等工業廢料，還在享受著國家減免稅待遇，因此水泥行業在生產的產品品種上，仍然以加入—定量的混合材的P·042.5為主要品種。那么，目前水泥到底存在哪些問題呢?筆者認為，目前的問題主要有以下幾方面：
① P·042.5水泥中混合材質量差、品種多、用量超標、比例變化隨意。P·042.5水泥占據了太大的市場，而由于混合材實際的質量差和實際用量超標，使得近一、兩年P·042.5水泥強度下降較大，由原來的55MPa～60MPa降到48MPa～52MPa。圖1是2005年至2010年某攪拌站P·042.5水泥平均強度的變化情況。
可以想象，水泥廠不會傻到去降低水泥熟料強度，因此水泥強度降低主要原因是水泥中加入了大量的混合材。據了解，部分水泥廠P·042.5水泥中混合材的最大摻量已經達到了35％左右，大大超過標準的規定，并且部分混合材的質量非常差。據筆者從粉煤灰運輸商那里了解到的情況，粉煤灰運輸商甚至把分選粉煤灰的下腳料送到水泥廠做混合材用，這就造成經過分選所得的I、Ⅱ級粉煤灰被送到了攪拌站用于混凝土，分選的下腳料被送到水泥廠用作混合材，最終混凝土所用的粉煤灰相當于原狀灰，嚴重影響了混凝土的質量。 ②水泥的細度過大，幾乎沒有比表面積低于350m2／kg的水泥。據我們的試驗結果和了解的情況，水泥的比表面積大都在360m2／kg～420m2／kg，比表面積高的甚至接近500m2／kg，這種高比表面積水泥對混凝土混合料性能影響很大，不但會大量增加混凝土混合料的單方用水量，還經常出現坍落度損失過快、因外加劑用量高而出現對用水量敏感等不良現象，同時也會造成混凝土后期強度增長比例降低等。 ③水泥粉磨過程中增加助磨劑已比較普遍，而預拌混凝土攪拌站無法了解水泥中助磨劑的種類及與混凝土各組分之間的相互影響，因此使用過程中難免出現這樣或那樣的問題。助磨劑的成分比較復雜，通常是由各種有機和無機化合物復合而成，不同組分有著不同作用，助磨機理也比較復雜。少數助磨劑供應商為了迎合水泥廠加大混合材用量的要求，為了在超標使用混合材的情況下水泥強度仍能滿足標準要求，在助磨劑中添加了大量的強度激發劑，有些強度激發劑將會對混凝土耐久性、后期強度的增加、鋼筋銹蝕、表面泛堿、混凝土混合料的工作性等產生不利的影響。 ④水泥供不應求時，水泥廠沒有陳放水泥的時間，運到攪拌站的水泥溫度通常很高，多數情況下在70℃以上，甚至接近100℃，對混凝土拌和物的性能影響很大。進站水泥溫度過高，混凝土坍落度損失加快，嚴重影響混凝土拌和物的性能。這種情況下攪拌站應該采取怎樣的應對措施呢?首先，應該根據不同季節和供應情況對進站水泥逐車測溫，掌握水泥的實際溫度，并根據不同情況建議采取以下措施：①有條件的可以采取一些措施降低水泥溫度。比如：停放等待、水淋水泥罐車的罐體、通過倒倉使用在攪拌站增加陳放時間等，但水泥供應緊張時，沒有足夠的時間采取這些措施，效果較差；②要看配合比的調整空間有多大，如果有足夠的調整空間，可以在保證水膠比不變的情況下適當增加用水量、增加外加劑用量、降低砂率，三項措施并舉加以解決；③如果不能采取上述措施或上述措施效果不佳時，可以通過二次添加外加劑的方法加以解決。 ⑤水泥品種和等級單一化。不知從何時起，預拌混凝土攪拌站所用的水泥品種和等級趨于單一化，幾乎僅有P·042.5水泥一種，這就意味著不管攪拌站生產什么樣的混凝土，都要通過P·042.5水泥來解決，這種情況對預拌混凝土非常不利。作為預拌混凝土企業，最希望使用的水泥應該是P·I和P·Ⅱ硅酸鹽水泥，但為什么水泥廠沒有按照顧客的需要而生產這兩種水泥呢?我認為其主要原因有兩個，其一是如果水泥廠不能利用一定量的混合材，就不能享受優惠的稅收政策；其二是如果水泥廠按照顧客需求生產硅酸鹽水泥，水泥廠的產量要降低20％以上，嚴重影響水泥廠的利潤和業績。然而，有些政策已延續多年，其合理性應當受到質疑，比如稅收優惠政策主要是針對水泥廠利用工業廢料作為混合材，有利于環境保護，應當加以鼓勵，但水泥廠作為排放CO2的大戶，不利于環保，應當加以限制，更不用說稅收優惠了。況且隨著技術的進步，水泥廠所用的混合材完全可以通過其他途徑加以利用。因此，水泥廠應該改變僵化的思維模式，把硅酸鹽水泥作為自己的主流產品，同時針對不同需要增加水泥品種和等級，不去盲目追求生產量，不但更加適應市場需求，有利于混凝土質量，還可以減少因水泥產量虛高造成的排放量而被西方國家詬病。 1.2摻和料 混凝土可用的摻和料種類很多，目前常用的主要是粉煤灰和礦渣粉兩種，硅灰只有在少數情況下用到，其他像火山灰、沸石粉等幾乎很少用到。下面主要談談粉煤灰和礦渣粉方面的問題。 1.2.1粉煤灰 由于預拌混凝土在全國發展勢頭迅猛，粉煤灰特別是優質粉煤灰供不應求，而攪拌站所用粉煤灰幾乎都不直接來自電廠而是來自運輸商。在供應緊張時，對于粉煤灰的來源、質量等情況攪拌站根本無從了解，無法控制，攪拌站粉煤灰倉內粉煤灰五花八門，質量控制難度很大。同時，由于優質粉煤灰的大量缺口，市場上出現了很多磨細粉煤灰，在磨細過程中還加入了助磨劑，有些助磨劑不僅對混凝土質量有不利影響，甚至對人體有害，像尿素等。另外，攪拌站在粉煤灰進站控制上多采用較為簡便易行的測細度方法，而需水量比和燒失量做的較少也給磨細粉煤灰生產和供應提供了可乘之機。 1.2.2礦渣粉 隨著粉煤灰和礦渣粉雙摻技術的大量應用，礦渣粉的用量越來越多，磨細礦渣粉企業也如雨后春筍，帶來礦渣粉質量變化多端，難以控制的局面。大型立磨礦渣粉生產企業，有自己固定的渣源，自動化水平高，產量大，質量穩定，但小型球磨礦渣粉，存在渣源不固定，水渣質量差，自動化水平低，無規范的質量控制體系等問題。同時，部分小廠摻雜使假，在磨細過程中加入質量很次的粉煤灰、爐渣、生石灰等材料，嚴重影響混凝土質量。因此，建議使用球磨礦渣粉的攪拌站應采取有效措施，加強質量控制，保證進站礦渣粉的質量。 1.3骨料 就北京地區情況看，砂石質量是影響混凝土質量的主要原因。雖然砂石料用量很大，對混凝土質量也存在很大影響，但無論是政府管理部門還是行業內部對砂石質量重要性認識卻遠遠不夠。北京市砂石年用量數千萬噸，用量高時超過億噸，全國的用量更是天文數字，但用量如此之大的材料卻難得見到一家正規生產廠家，幾乎是清一色的個體廠商，絕大多數廠家生產規模小、人員素質差、設備落后、生產條件簡陋、對產品質量幾乎實行“零”控制，所有的質量管理職責幾乎全部落到用戶頭上。這種完全靠用戶進行質量管理的現狀，勢必過度依賴市場，總體受市場左右，經常出現“羅卜快了不洗泥”的局面，而用戶的選擇余地很小，只能被動接受。可以毫不夸張地說，如果不加大砂石企業的管理和引導力度，鼓勵大中型企業參與砂石生產，把砂石作為“正規產品”來對待，那么要想全面提高混凝土質量就成了—句空話。下圖是2009年9月份某攪拌站砂含泥量進站日檢結果，砂的含泥量(0.8％～11.3％)波動非常大(圖2)。 1.4外加劑 由于使用聚羧酸外加劑不但可以改善混凝土性能，還可以降低成本的廣泛宣傳，聚羧酸外加劑應用在全國范圍內正快速推進，有些地區甚至出現一哄而上的局面；質量狀況魚龍混雜。聚羧酸系減水劑是一種引氣型減水劑，未進行消泡處理情況下，混凝土含氣量會隨其用量的增加而大幅度提高，且引出的氣泡結構不良，不但會大幅度降低混凝土強度，而且對混凝土耐久性也沒有太大改善。因此聚羧酸系減水劑通常必須首先進行消泡處理，對為改善混凝土和易性和耐久性要求有一定含氣量的混凝土，必須通過在聚羧酸系減水劑中加入—定量的引氣劑來解決。但據筆者了解，很多聚羧酸廠家為了降低成本，不但不采取“先消后引”的技術處理措施，還恰恰利用聚羧酸外加劑的引氣性能來增加減水率和改善混凝土和易性，給混凝土質量帶來很多隱患。下圖是某高速路工程對入圍的13家攪拌站使用的聚羧酸外加劑抽檢項目中含氣量及含氣量經時損失的試驗結果。試驗采用的配合比(見表1、圖3)。 另外，少數聚羧酸外加劑對砂的含泥量和粉煤灰細度波動非常敏感，控制不好很容易出現嚴重的離析泌水和混凝土坍落度突然快速損失現象，造成嚴重的質量問題或事故。因此建議使用聚羧酸類外加劑的攪拌站，應加強混凝土含氣量的檢測與控制。 2 配合比問題 2.1混凝土強度保證率問題 《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55-2000中規定：混凝土配制強度應按下式計算：fcu.o=fcu.k+1.645σ，其中：1.645σ代表混凝土強度保證率為95％，即混凝土強度達不到fcu.k(混凝土立方體抗壓強度標準值)的可能性為5％。混凝土生產量越大，強度試驗組數越多，混凝土的合格率與保證率就越接近，也就是說據此確定的配合比在有較大試驗組數的情況下，合格率不小于95％就可以滿足規范要求。但是，根據預拌混凝土的現實情況，混凝土出站時如果用95％的保證率控制，而運輸、澆筑和養護過程對混凝土強度的保證率也不會超過95％，那么澆筑到結構中的混凝土強度保證率就應該不大于0.954=0.8145，也就是說強度保證率還達不到81.45％，這樣的保證率哪—方可以接受呢?因此，為了保證澆筑到結構的混凝土強度保證率達到95％，預拌混凝土攪拌站確定配合比時，必須充分考慮各種不利因素，提高強度保證率。在此，建議根據攪拌站的實際控制水平按照fcu.k+2.0σ～fcu.k+2.5σ來確定配合比。 2.2摻和料用量問題 隨著預拌混凝土市場競爭的加劇，經營者對降低原材料成本趨之若鶩，不斷要求技術人員降低原材料成本，導致混凝土摻和料用量越來越多，并由此帶來很多質量隱患。殊不知，任何企業要想基業長青，必須強化內部管理，通過精細化管理提高效益，而不是通過犧牲混凝土質量降低原材料成本。當然使用摻和料本身與混凝土質量隱患并沒有直接關系，只是摻和料使用不當，不細分混凝土澆筑部位、運輸時間、結構特點等情況，一味追求大摻量才可能出現不良后果。目前有的攪拌站混凝土摻和料已用到水泥用量的50％以上，常用的C30混凝土中P·042.5水泥用量甚至不到150kg／m3，如果水泥中混合材用量按照30％計算的話，那么單方混凝土中熟料水泥的量還不足105kg／m3，其釋放的Ca(OH)2量也不足105kg／m3，即使加上礦渣所釋放的Ca(OH)2混凝土中Ca(OH)2量也不超過 150kg／m3，因此混凝土中Ca(OH)2的濃度很低，礦物摻和料除了具有一定的物理填充作用外，火山灰效應很難充分發揮。大量使用摻和料的混凝土只要坍落度稍大，在澆筑過程中就很容易出現表面浮漿層，造成表面“粉塵”化，嚴重影響混凝土勻質性，同時在豎向結構模板內側形成富漿層，富集大量粉煤灰和礦渣粉，表面混凝土的密實度和強度短期內與內部差別較大。同時，豎向結構拆模較早，養護不到位，施工方能象征性地澆幾天水就算很不錯了，這樣面層混凝土中水泥因長期處在干燥狀態而近于停止水化，致使Ca(OH)2濃度更低，面層混凝土的密實度更差，混凝土碳化速度更快，在一個月內就能碳化幾毫米，甚至一公分，對混凝土耐久性非常不利。因此攪拌站技術人員應該加強對摻和料混凝土的性能試驗，同時總結在各種情況下摻和料作用的發揮情況，根據實際情況，嚴格控制混凝土摻和料用量，而不能因現有的標準規范對摻和料應用不再限制而盲目提高摻量，也不能迎合經營需要盲目提高摻量來降低成本。建議單摻粉煤灰時取代量不宜超過30％，粉煤灰和礦渣粉雙摻時，總取代量不宜超過50％，以粉煤灰和礦渣粉各取代20％為宜。 2.3混凝土后期強度問題 通常情況下，摻有大量摻和料的混凝土應該有較好的后期強度，但是情況卻不盡相同。從近兩年的試驗和現場取芯實際情況看，經過標養的試件，即使后期直接放到室外，不再養護，經過幾個月后混凝土的強度相當高，C30混凝土試件強度都在50MPa以上。但現場混凝土結構卻遠非如此，經過幾個月時間，混凝土的后期強度與28d強度相比，并沒有多大增長，有的甚至幾乎不增長，這說明如果前期養護不到位，混凝土后期強度也不會有多大增長。目前由于普通民用建筑工程養護情況很差，因此民用建筑工程，特別是上部結構不宜考慮后期強度。下表是幾例混凝土后期強度在不同條件下的增長情況(表2)。 3 混凝土現場交付問題 3.1混凝土和易性問題 眾所周知，現場澆筑混凝土過程中加水現象嚴重，給混凝土質量構成非常大的危害，主要原因是施工人員漠視混凝土質量，片面追求澆筑速度，要求混凝土坍落度越大越好。但是事情都具有兩面性，在目前原材料質量變化很大的情況下，攪拌站出站的混凝土坍落度波動很大也是現場加水的原因之一。如果混凝土坍落度波動很大，一旦到達現場的混凝土坍落度太小而不能滿足現場澆筑需要時，施工人員首先想到的不是將混凝土退回(因為那樣經常會花費很多時間去等待下一車混凝土)，而是選擇加水了之。因此，混凝土和易性控制和現場交付過程如何確認拌合物質量，成了困擾雙方的難題，而—旦因現場加水造成質量事故，攪拌站與施工方很難分清雙方責任，通常情況下處于劣勢的攪拌站常常承擔大部分責任。 3.2混凝土驗收問題 就北京地區的情況而言，混凝土現場驗收沒有統一模式，多數情況下都是現場收料人員在運輸單上簽字即可，這種驗收方式與大家通常理解的質量與數量的驗收完全大相徑庭，不但不確定質量，數量的確定也要等到澆筑后攪拌站定期到施工單位進行簽認，簽認過程攪拌站與施工單位要討價還價，還經常會被無端克扣供應量。因此，混凝土現場驗收問題不能被忽視，從政府主管部門到有關各方都應積極采取措施，盡快實現現場驗收的規范化，不但有利于混凝土質量，有關各方也能達到共贏。 3.3試件質量問題 試件強度是結構混凝土強度的代表，一旦試件的代表性差，并出現強度達不到設計要求時，會帶來很多不必要的麻煩。目前從試件用混凝土的取樣到試件制作、拆模和養護過程都存在很多問題，可以總結為以下幾方面。 ①試件制作人員不具備資格，且經常變動。很多施工項目部為了減少開支，所有試驗項目常常只有一名試驗負責，根本忙不過來，所以像制作混凝土試件這樣的事就隨便抓一個農民工來做，他們對試件的代表性和影響試件強度的因素知之甚少或根本不了解。 ②取樣不規范。為了省事，取樣的時機、數量達不到規定要求。比如：混凝土攪拌車剛一放，混凝土就開始取樣，這對于經長途運輸且運輸量動輒就是十幾立方的混凝土攪拌車來說，混凝土的勻質性很差，這時候取樣，其代表性可想而知；就地制作試件時用鍬直接從混凝土攪拌車下料槽中邊取邊做，混凝土代表性無法得到保證等。 ③制作過程不規范。混凝土澆筑現場通常與試驗室有較長一段距離，造成施工單位試驗人員有兩種嚴重影響混凝土試件質量的制作方法，其一是：用小推車現場取樣后，長距離運輸到試驗室，混凝土嚴重離析，在小推車內已不能將其攪拌均勻，而用離析的混凝土直接制作試件；其二是：在澆筑現場制作好試件，用小推車運到試驗室，試件內的混凝土嚴重分層離析。正確的做法應該是：用小推車按規定在現場取樣，推到試驗室后，把混凝土倒在不吸水的地面上或事先準備好的鐵板上，翻拌均勻，然后裝模制作試件。 ④制作試件的環境達不到要求。現場試件制作環境千差萬別，但多數達不到規定要求，夏天溫度很高，冬天溫度很低，混凝土拆模時間很難掌握。 ⑤拆模不規范。拆模時間通常比較隨意，不是以混凝土強度來確定，而是以拆模人員自己方便來定，只要能拆，哪怕只有1MPa的強度，也勉強拆模，經常造成試件缺棱掉角，特別是冬季或春夏和秋冬季節交替季節，因拆模時間過早、拆模時又不細心等，而極易造成試件混凝土內部損傷，嚴重影響試件強度。另外還有少數項目部因試模少，急需周轉而拆模過早，影響試件強度等。大家可想而知，代表結構的試件如果都是在這種情況下制作出來的，混凝土的強度問題能少嗎? 4 澆筑與養護過程問題 4.1澆筑問題 混凝土澆筑方面最大的問題在于，把混凝土澆筑看成是沒有任何技術含量的工作，隨便什么人都可以干，建筑企業沒有自己的澆筑隊伍，項目經理要聽“民工頭”的，根本談不上什么質量意識，當然也談不上質量。當然，要從根本上解決這樣的問題難度很大，不是近期就能見效的。因此，在此只是希望施工單位更加重視澆筑過程，加強澆筑過程監督和控制，攪拌站技術人員做好延伸服務，雙方共同把好澆筑質量關。 4.2養護問題 目前，規范中要求的混凝土養護問題完全被忽視，很多施工單位把預拌混凝土當成了“免養護產品”，而一旦混凝土出現裂縫等問題，施工單位的一些人還振振有詞地說：“我在干某某工程時，從來不養護，也沒有出現問題啊!為什么你們的混凝土就出了問題了？”，這種倒打—耙的現象屢見不鮮，可見混凝土養護問題已嚴重到何種地步。由于摻和料的大量應用，混凝土養護應該得到進一步加強，只有充分的養護，才能更好地發揮摻和料的作用。正像我們前面談到的混凝土后期強度那樣，只有早期養護到位，混凝土的后期強度才有保證，早期沒有養護好，后期強度也幾乎沒有增長，而后期強度的高低也直接影響混凝土的耐久性，因此，養護問題應該引起有關方面的足夠重視，希望盡可能減少完全不養護和養護不到位情況的發生。 影響預拌混凝土質量的因素非常復雜，很難全面涉及，因此，從事預拌混凝土行業的有關人員必須進一步提高質量意識，重視自身的完善與提高，采取—些可行措施提高產品質量，當混凝土質量與其他任何事情發生沖突時，必須堅持質量第一的觀念，嚴把質量關。同時也呼吁政府主管部門及相關行業的有關人員，要提高預拌混凝土質量，不能只把眼光集中在攪拌站，要分析預拌混凝土質量形成的全過程，全面提升管理力度，才能從根本上提高預拌混凝土質量，為社會提交放心工程。
