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      3. 預拌混凝土原材料檢測與質量管控

        更新時間:2019年12月25日 

        預拌混凝土企業實驗室是混凝土生產企業質量控制的核心部門,它不但具有原材料進廠檢驗、生產過程質量控制、混凝土出廠檢驗、不合格品處置、質量保證資料的出具、整理歸檔等職能,還兼具混凝土企業管理及項目的新工藝、新技術、新材料的推廣工作的職能。實驗室配合比的合理化設計及優化管理,對預拌混凝土企業的高效運營起到了舉足輕重的作用。那么預拌混凝土控制具體包括哪些內容?下面談一下筆者的看法。
        1 混凝土原材料質量控制
        1.1  水泥
        應當結合混凝土工程特點、環境條件及施工條件,合理選擇水泥廠家及品種。
        (1)一般工程項目采用42.5MPa 普通硅酸鹽水泥,預應力高強混凝土或有特殊要求的按設計要求選擇。
        (2)當骨料具有堿—硅酸鹽反應活性時,水泥的堿含量不應超過 0.60%。C40 及以上混凝土用水泥的堿含量不宜超過0.60%。
        (3)應關注水泥的出廠富余系數,可到廠家查看生產廠的生產統計。
        (4)水泥 28 天強度不應小于 46MPa,否則混凝土強度很難控制。
        (5)因水泥廠強化早強指標,水泥磨得很細,比表面積易超標,嚴重影響混凝土的后期強度。
        (6)水泥其它指標按常規進行:如比表面積、安定性、膠砂強度、凝結時間、化學指標勻按常規檢驗,滿足驗標要求。
        1.2  粉煤灰
        合格的粉煤灰具有形態效應,能使水泥漿體的需水量降低,可起減水作用。比水泥熟料粒度更細的、級配連續的粉煤灰微粒均勻地分布在漿體中,會增強保水性和勻質性,改善漿體的初始結構,減小混凝土的早期收縮。
        因為環保對二氧化硫和二氧化碳的排放要求,許多電廠的粉煤灰經過處理,供貨的粉煤灰性質與混凝土用粉煤灰有很大差距,如細度超標、燒失量大、需水量大這三個問題出現較多,嚴重影響混凝土強度與和易性。
        (1)細度:粉煤灰本身是惰性材料,需要激發才能進行水化反應,細度大的粉煤灰火山灰效應不明顯,在混凝土中只起到集料填充作用,影響混凝土實體強度,且實體碳化較大。
        (2)燒失量:粉煤灰中的未燃碳是有害成分,燒失量越大,含碳量越高,混凝土的需水量就越大,從而導致水膠比提高,降低混凝土的抗凍、抗滲性,影響混凝土的耐久性。粉煤灰中未燃燒顆粒對外加劑具有很大的吸附作用,尤其對引氣劑,凍融環境下應嚴格控制粉煤灰中的燒失量。
        (3)需水量比:需水量比是核心,關系到外加劑摻量、水膠比等,直接影響混凝土生產成本。
        (4)色澤外觀:正常的粉煤灰為灰色或深灰色,低燃燒點 900℃的粉煤灰是紅色,基本沒活性,黑色灰是填加助燃劑柴油所造成,生產混凝土有油污條帶,這兩種都影響強度,還將混凝土外觀污染成磚紅色或黑灰色。
        (5)加工磨細灰:隨著建設工程項目的增多以及粉煤灰應用技術的成熟,市場對粉煤灰的需求量驟增,導致對粉煤灰的需求加大,出現了明顯的供不應求的狀況,加之燃煤電廠并不把粉煤灰作為重要的產品售出,只是作為一種廢棄物進行處理,只要滿足環保的要求即可,所以粉煤灰的質量水平很難得到保證。而粉煤灰的供應商(運輸單位)為了滿足供給需求和獲得更大的經濟利益,到處購買,導致料源不固定,甚至出現混裝拼湊的情況,有的上面是好的下面是差的,有的在取料口是合格灰其它部分是不合格灰,弄虛作假手段不斷翻新。而對粉煤灰的二次磨細加工更增加了引入不明雜質的可能性,如有的不法商家摻加磨細石粉,使得粉煤灰的品質變差,細度不超,燒失量不超,需水量不超,但活性低,一天兩天還檢測不出來,遇到這個問題很頭疼。
        (5)粉煤灰的有害物質:電廠在除去三氧化硫時,采用了兩種回收工藝:一種是石灰石法,可反應生成部分石膏,隨著粉煤灰一同排出,粉煤灰具有一定的水硬性;第二種工藝是氨法除硫,水硬性小,反應后生成硫酸銨,硫酸銨和硫代硫酸銨及氨氣或單質鋁,在堿性環境條件下發生劇烈的釋放氣體(氨氣)的反應而對混凝土形成危害。武廣客專時十項目部橋墩曾發生一起順著鋼筋冒泡現象,就是在混凝土水化過程的強堿性環境下,發生釋放大量氣體的反應引起的。
        粉煤灰若用石灰石法除硫,這種灰為灰紅色,具有水硬性,且有較大膨脹性,不能用作混凝土摻合料,因其具有一定的水硬性,可以作為一種一般路基的填料?;鸩宠F路盤錦段就用了大量的粉煤灰填筑路堤。
        (6)粉煤灰有害氣體檢驗方法(簡易判別)
        稱取粉煤灰 50g;燒杯中加入水 100mL,氫氧化鈉 5g,置于電爐上加熱至 60~70℃;將稱量好的粉煤灰倒入燒杯中,用玻璃棒進行攪拌至粉煤灰全部分散;觀察5 分鐘內混合物的狀態。
        結果判定:在規定的時間內,若有大量的氣泡生成,并伴有刺激性氣味,則該批粉煤灰不合格。同時將濕潤的紅色石蕊試紙置于燒杯口處,觀察其是否變色,并作記錄。在規定的時間內,若沒有大量的氣泡生成,則該批粉煤灰合格。
        1.3  河砂
        細骨料應選用級配合理、質地均勻堅固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然中粗河砂,也可選用制砂機生產的人工砂(機制砂),不宜使用山砂,不得使用海砂。
        山砂:山砂是山體經過多年的自然風化,含泥量大、堅固性低,通過清洗的山砂經檢測合格可以用于建筑用砂。
        海砂:海砂里面有氯離子易對鋼筋產生腐蝕,破壞混凝土的鋼筋保護層,從而使鋼筋失去力學性能,只能用于非鋼筋混凝土的素混凝土和砌筑砂漿。
        細集料控制要點:級配、含泥量(石粉含量)、泥塊含量及有害物質含量。
        1.3.1  級配
        泵送混凝土應采用中砂,且 300μm篩孔的顆粒通過量不宜少于15%;對于高強混凝土,砂的細度模數宜控制在 2.6~3.0 范圍之內。砂子過細則比表面積增大,包裹砂及填充砂留下的空隙需要大量膠凝材料,直接增加成本,且混凝土收縮較厲害,養護不及時容易出現收縮裂縫,用細砂混凝土出機發黏,不利于泵送施工,增加施工難度;砂子過粗,則混凝土包裹性差,易離析堵管。
        注:不得單獨采用特細砂作為細骨料配制混凝土。
        1.3.2  含泥量
        (1)集料中含泥會在混凝土中形成不封閉的薄弱空間,而且在凍融情況下,含泥膨脹比、收縮比與混凝土不一樣,含泥量過大影響耐久性。
        (2)集料表面被泥包裹,阻礙了集料與水泥基的粘結,形成強度的薄弱區,降低了水泥基與砂粘結力,導致水泥與集料間內摩擦力減小,內應力增加,產生滑動最終引起開裂,且含泥量過大降低水泥漿對粗骨料的握裹力,這從混凝土破型試驗的試塊破裂面可以看出,砂石沒有破損,破壞的是水泥基和集料的粘結界面。若在混凝土中出現較大的泥團,其受力破壞點就在泥團處。
        (3)隨著含泥量的升高,泥對外加劑及水的吸附越來越大,使得混凝土的用水量和外加劑摻量增加才能保證混凝土流動性和保坍性,因水膠比的增大,為保證混凝土強度,必須提高膠凝材料用量,直接影響混凝土成本。
        1.3.3  有害物質含量危害
        (1)粘土淤泥和云母:粘附于骨料表面或夾雜其中,嚴重降低水泥與骨料的粘結強度,從而降低混凝土的強度、抗滲性和抗凍性,增大伸縮性。
        (2)有機雜質、硫化物及硫酸鹽等:對水泥石有腐蝕作用,從而影響混凝土的性能。
        (3)氯鹽:引起鋼筋銹蝕,破壞鋼筋保護層,導致結構出現安全隱患。
        1.3.4  機制砂石粉含量
        (1)機制砂優缺點
        優點:資源豐富,使用成本低,且砂粒均為破碎面,與水泥水化物膠結狀態好,有利于提高混凝土強度。
        缺點:因生產方式決定機制砂細度模數較大,石粉含量工藝控制比較困難。機制砂混凝土流動性差,且坍損快。
        (2)首先經試驗確定機制砂中的細粉是泥還是石粉,若有含泥量,含泥量是否在規范允許范圍內,檢測方法用亞甲藍試驗,可先由快速法進行定性,合格后再用標準方法進行亞甲藍值測定試驗。
        (3)當機制砂石粉含量較大時,細集料的總比表面積增大,從而增加混凝土單位立方米需水量,在膠凝材料用量一定的情況下,大大降低混凝土強度;石粉含量過高,致使細集料中的粗顆粒偏少,顆粒級配變得不合理,減弱了混凝土的骨架支撐作用,養護不到位易引起收縮開裂;過高的石粉含量大量吸附外加劑,影響外加劑性能發揮,混凝土粘度增大,坍損過快,增加施工難度。
        (4)機制砂經水洗可去掉大部分含泥量,但部分細顆粒會流失,有人發明了細砂回收機來克服洗砂工藝這個缺點,水洗工藝得到完善。
        1.4  粗集料(碎石)
        粗骨料應選用級配合理、粒形良好、質地均勻堅固、 線脹系數小的潔凈碎石,也可采用碎卵石(經檢驗合格,且混凝土低于 C40),不宜采用活性骨料。
        最大粒徑:保護層厚度的 2/3,鋼筋最小間距的3/4。泵送混凝土最大粒徑采用25mm 在二級配情況下較為合理。
        粗骨料為碎石時,碎石的強度用巖石抗壓強度表示,且巖石抗壓強度與混凝土強度等級之比不應小于1.5,預應力梁不應小于 2。
        1.4.1  母材材質
        (1)母材材質:如新建碎石廠,必須對母材進行全項檢測,母材抗壓強度及其他指標必須滿足標準要求,合格后方可建廠;如直接采購碎石,亦必須對母材進行全項檢測,合格后方可進場,如此項工作出現疏忽,出現工程質量問題,無法對成品構件進行修復,經濟損失不可估量。
        (2)利用隧道洞碴新建碎石廠,環保且有利于資源的綜合利用,但風險還是很大,隧道的洞碴質量若參次不齊,尤其是母巖抗壓強度達不到要求,混凝土強度就不能保證。
        1.4.2  針片狀顆粒
        針片狀顆粒的存在,對混凝土拌合物的和易性有明顯的影響,其保水性能、粘聚性能和流動性能變差,易分層離析、泵送堵管,不利于泵送混凝土施工。澆筑后產生缺陷,如不密實、蜂窩麻面、與鋼筋粘接不好等,針片狀顆粒下易富集游離水,在受力情況下造成應力集中,影響混凝土結構強度和耐久性。
        1.4.3  級配
        碎石在生產運輸過程中易發生離析,為保證級配滿足要求,推薦使用二級配或多級配。
        1.4.4  碎石壓碎指標
        碎石壓碎指標,母巖石抗壓強度大于100MPa的碎石試驗,壓碎值大多在 5 以下;母巖石抗壓強度60~90MPa 的碎石,與有些很差的洞碴生產出來的碎石檢測壓碎值也能在 7%~10%,各項指標看來也都合格,這樣以壓碎值代替巖石強度不可全信,只能做一個參考。因此低于100MPa 的碎石還需要做抗壓強度對比試驗,設計配合比時強度富余系數考慮大些。
        1.5  外加劑(聚羧酸高性能減水劑)
        優點:摻量低、高減水率、高增強,優異的保坍性,良好的和易性(不泌水、不離析),氣泡質量好(氣泡間隔系數小,含氣量損失?。?,且含氣量可調,減小混凝土收縮。
        缺點:由于我國的水泥品種太多、摻合料復雜,如與水泥及礦物摻合料相容性不好,易使混凝土坍損過快,摻量稍大就引起泌水。對骨料中的泥及有機質比較敏感,在配制高強高性能混凝土、自密實混凝土過程中存在著混凝土黏性太大、泵壓太高的問題,不利于施工。
        1.5.1  含固量與減水率關系
        含固量與減水率基本成正比,減水率是否合格直接決定混凝土用水量,如減水率不夠則用水量增大,水膠比增大,直接影響就是混凝土結構強度的不合格。
        1.5.2  減水率與用水量關系
        TB 10424—2010《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》規定聚羧酸混凝土減水劑的減水率≥25%,按泵送混凝土不摻減水劑坍落度160~200mm 的對應用水量為 220kg,摻減水劑的每方混凝土用水量為 165kg 才能達到 TB 10424—2010 的減水率≥25% 要求,配合比設計時用水量設定為160~163kg,控制減水率≥26%。
        混凝土配合比試配時應控制減水劑減水率合格時的最低值,不得人為提高減水率,造成實際供貨與試配時減水率不符,混凝土和易性、坍落度不符合要求,無法施工。
        1.5.3  減水率與配合比適配性檢測(膠砂檢測法)
        坍落度倒立膠砂流動度控制范圍:420~430mm,膠砂流動度要求不泌水,不粘板。
        2.1  設計強度、耐久性能、工藝性能、強度與粉煤灰的摻配比的相互關系2  配合比設計要結合施工特性
        配合比的強度、工藝性能及耐久性指標必須符合設計要求,這是混凝土結構實體滿足設計要求的先決條件。
        現在市場的粉煤灰質量差,需水量大、活性低,因此隨著粉煤灰摻量增大,混凝土的早期強度降低,在隧道缺乏養護的條件下,要盡可能提高混凝土的早期強度,粉煤灰摻量不宜大于25%,可有效防止混凝土強度不足的問題。
        粉煤灰摻量大易導致泌水,影響混凝土的工藝性能,出現泵送困難等問題。
        2.2  生產使用的原材料應與配合比設計一致
        碎石和粉煤灰供應變化較多,如碎石比重與原配合比差別大,母巖強度降低,吸水率增大,粉煤灰材性變化明顯,所以任何一種原材料發生變化,必須重新對混凝土配合比進行試配調整。
        2.3  強度標準差選取與現場混凝土生產控制水平相匹配
        配合比計算標準差的選取必須與混凝土現場施工水平相匹配,試驗室須及時統計標準差,根據標準差對配合比進行調整,避免實體不合格情況發生。
        2.4  水膠比及用水量要求
        水膠比要符合各項耐久性要求,在滿足各項技術要求的情況下,盡量采用低水膠比。低水膠比混凝土節約成本,耐久性好,同等膠凝材料用量下混凝土強度高。
        低水膠比配合比要嚴格控制混凝土外加劑的減水率、保水性、泵送性。
        2.5  砂率滿足施工工藝要求
        砂率不足,混凝土的粘聚性和保水性均下降,易產生泌水、離析和流漿現象。但砂率超過合理范圍隨著砂率增加,粗細骨料的總比表積增大,在水泥漿用量一定的條件下,骨料表面包裹的漿量減薄,潤滑作用下降,混凝土流動性也開始降低。在強度、和易性滿足要求的情況下,配合比設計取較大砂率質量通病少。
        砂率對強度影響也非常顯著。在一定范圍內隨著砂率的提高,空隙率減少,混凝土更加密實,使強度得到提高;但隨著砂率的提高,粗骨料的用量相對降低,粗骨料在混凝土中骨架作用被破壞,以懸浮狀態而存在,導致混凝土穩定性降低,強度反而下降。不得為方便施工盲目改變砂率,留下質量隱患。
        2.6  配合比的試拌調整
        現在都采用聚羧酸減水劑,減水劑性能與混凝土和易性密切相關,試配時由外加劑廠家參與調整,有針對性地摻加一些小料,將混凝土調整到最佳狀態。
        根據初步計算配合比配成混凝土拌合物,先測定混凝土坍落度,同時觀察粘聚性和保水性。按下列原則調整外加劑:
        外加劑摻量 1% 時,控制樁基自流平混凝土坍落度不小于 220mm,泵送混凝土坍落度不小于 200mm。梁體混凝土,外加劑摻量1.2%,混凝土坍落度不小于220mm?;炷梁鸵仔詽M足施工工藝要求,坍落度在200mm 時,一小時損失后坍落度保持在 180mm 以上。樁基混凝土初凝時間不少于6 小時。
        3  混凝土攪拌站生產、運輸控制
        3.1  混凝土生產控制
        (1)原材料進場:各種原材料按驗標要求,做好進場驗收,并對各種原材料易發生不合格的關鍵控制點做好防范,如水泥 28 天強度偏低、粉煤灰細度或需水量比超標、砂石含泥量超標,機制砂亞甲藍或壓碎值超標、碎石針片狀超標或級配不良、減水劑減水率不夠或和易性不好。
        (2)計量:混凝土攪拌站每周應按使用量程自檢1 次,一個月全量程校準一次。每一工作班開始前,應對計量設備進行零點校準,原材料計量允許偏差符合規定。
        注:攪拌站必須備有全量程質量的校準砝碼,并經計量部門校準。
        (3)出廠前檢驗:混凝土出廠前必須對混凝土拌合物進行檢驗,含氣量、坍落度及和易性符合要求方可出廠。
        炎熱季節攪拌混凝土時,采取在骨料堆場搭設遮陽棚、采用低溫水攪拌混凝土等措施降低混凝土拌合物的溫度,或盡可能在傍晚和晚上攪拌混凝土,以保證混凝土的入模溫度不宜大于30℃(大體積混凝土入模溫度不大于 25℃)。
        3.2  運輸控制
        當采用攪拌罐車運送混凝土拌合物時,裝料前,混凝土運輸車必須倒轉 1 分鐘將罐體內積水排出,在運輸途中必須保證罐體不停轉動,防止混凝土泌水或離析,此項工作必須嚴格監控。卸料前正轉2 分鐘,使混凝土拌和均勻才放料。
        攪拌罐在冬期應有保溫措施,確?;炷寥肽囟?,保證水化反應正常進行(混凝土溫度低于 5℃時水化反應停止)。
        因運距過遠、交通或現場等問題造成坍落度損失較大而卸料困難時,可采用在混凝土拌合物中摻入適量(每方混凝土約 0.5kg)減水劑并快檔旋轉,減水劑摻量經試驗確定,不足可再加。
        4  施工控制(模板、布料、振搗、養護)符合要求
        4.1  模板符合要求
        模板表面的平整度要符合要求,應清除模板上的雜物,并涂刷潔凈的礦物油,嚴禁使用廢機油。
        模板必須具有足夠的承載力、剛度及穩定性,確保模板在混凝土施工中不變形,防止跑模、錯臺出現,應保證模板在混凝土澆筑過程中不失穩、不跑模和不漏漿。
        4.2  混凝土布料
        當混凝土自由傾落高度大于 3.0m 時,宜采用串筒、溜管或振動溜管等輔助設備。澆筑豎向尺寸較大的結構物時,應分層澆筑,每層澆筑厚度宜控制在300~350mm;大體積混凝土宜采用分層澆筑方法,可利用自然流淌形成斜坡沿高度均勻上升,分層厚度不應大于500mm;對于清水混凝土澆筑,可多安排振搗棒,應邊澆筑混凝土邊振搗,宜連續成型。自密實混凝土澆筑布料點應結合拌合物特性選擇適宜的間距,必要時可以通過試驗確定混凝土布料點下料間距。
        混凝土入倉嚴禁施工隊私自加水。
        4.3  混凝土振搗
        應根據混凝土拌合物特性及混凝土結構、構件或制品的制作方式選擇適當的振搗方式和振搗時間。
        采用振搗棒進行搗實,插入間距不應大于振搗棒振動作用半徑的一倍,連續多層澆筑時,振搗棒應插入下層拌合物約 50mm 進行振搗,振搗時間宜按拌合物稠度和振搗部位等不同情況,控制在10~30s 內,當混凝土拌合物表面出現泛漿,基本無氣泡逸出,可視為搗實。
        現在隧道施工中仰拱、填充混凝土有些施工隊靠自流平,不進行認真振搗,有的采用拖著振一下,這樣施工混凝土質量堪憂。
        4.4  拆模符合規范要求
        不同混凝土構件的拆模時間及拆模溫度要符合規范,確保結構物的安全性。
        混凝土強度尚未達到規范要求的強度即拆除模板,混凝土結構會因過早受荷和拆模擾動而受損,輕者會造成混凝土外形的損傷,重者會破壞其內在結構產生裂縫,給工程帶來隱患,成為混凝土的終身缺陷,影響混凝土的使用壽命,特別是違規拆除底模的,嚴重的會造成垮塌,釀成惡性責任事故。
        混凝土未達拆模強度,過早拆除模板,會使壓力大的混凝土墩柱產生裂縫,還影響到混凝土強度的正常增長。澆筑后的第 2、3 天混凝土溫升達到高峰,是強度增長的關鍵時期,模板不僅起支撐的作用,還起著對初期混凝土結構保水養生的作用。在風大干燥的季節里,一旦模板被拆除會使混凝土結構迅速失水,如不能及時覆蓋養護,給混凝土帶來的強度損失將是永久的。這點在墩柱及涵洞施工必須引起重視。
        冬期施工,模板還起到對新澆混凝土的保溫御寒的作用。如果混凝土尚未達到臨界強度前即拆除模板,又不能及時保溫覆蓋,會給混凝土結構帶來凍害,特別是對那些保溫難度較大的豎向結構如墩柱,和表面系數較大的板類結構,模板對結構的保溫作用更尤顯重要了。
        4.5  養護符合規范要求
        采用塑料薄膜覆蓋養護時,混凝土全部表面應覆蓋嚴密,并應保持膜內有凝結水;采用養護劑養護時,應通過試驗檢驗養護劑的保濕效果。
        對于混凝土澆筑面,尤其是平面結構,宜邊澆筑成型邊采用塑料薄膜覆蓋保濕。
        混凝土施工養護時間應符合下列規定:對于采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥配制的混凝土,采用澆水和潮濕覆蓋的養護時間不得少于7d;對于豎向混凝土結構,養護時間宜適當延長。
        對于冬期施工的混凝土,養護應符合下列規定:日均氣溫低于 5℃時,不得采用澆水自然養護方法;混凝土受凍前的強度不得低于5MPa。
        5  小結
        (1)只有在原材料合格的前提下才能滿足混凝土設計、生產和施工要求。
        (2)混凝土配合比設計要結合工程特性,才能滿足工程需求。
        (3)后續的生產控制,混凝土運輸,入模布料,分層澆筑,分層振搗,灑水養護這些關鍵工序要認真落實。
         
        參考文獻
        [1] 鐵建設 [2010]241號.鐵路混凝土工程技術施工指南[S].
        [2] 葛兆明,余成行,魏群,等.混凝土外加劑[M].北京:化學工業出版社,2012:118-127.

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