混凝土經(jīng)過近幾十年的發(fā)展,無論是配合比還是生產(chǎn)工藝都較為成熟,但原材料的良莠不齊、波動頻繁而混凝土配合比調(diào)整不及時或不到位引起混凝土質(zhì)量問題頻發(fā),是當(dāng)前混凝土質(zhì)量控制的難點(diǎn)。例如,混凝土拌合物骨料包裹性差、離析、泌水或坍落度經(jīng)時損失大等原因造成的堵管現(xiàn)象層出不窮。原材料波動造成的混凝土試塊強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)要求或者強(qiáng)度離散大等問題引起工程質(zhì)量不合格的問題屢見不鮮。隨著環(huán)保力度加大,原材料質(zhì)量不穩(wěn)定已成為常態(tài),了解當(dāng)前混凝土原材料現(xiàn)狀,實(shí)現(xiàn)混凝土生產(chǎn)適應(yīng)原材料性質(zhì)波動、提高混凝土質(zhì)量具有重要的顯示意義。
(一)水泥 現(xiàn)今,混凝土企業(yè)對生產(chǎn)混凝土所用的水泥反映的問題只要集中在水泥細(xì)度細(xì)(比表面積大),熟料中中C3A和C3S含量偏高,早期強(qiáng)度高,堿含量高,混合材添加混亂、超摻、品種不明等現(xiàn)象。 (1)水泥混合材摻加混亂 混凝土生產(chǎn)企業(yè)使用多的水泥是普通硅酸鹽水泥(P·O42.5),《通用硅酸鹽水泥》(GB175-2007)為了抑制水泥中混合材超摻規(guī)定普通硅酸鹽水泥中混合材的摻量限值不超過20%,并規(guī)定了混合材的品種。但水泥企業(yè)處于經(jīng)濟(jì)性考慮,在早強(qiáng)組分或堿激發(fā)礦渣組分外加劑作用下,混合材摻量超過現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的范圍,混合材品種更是五花八門,成分與礦物組成混凝土企業(yè)無從知曉。如果水泥生產(chǎn)企業(yè)能夠告知混凝土企業(yè)技術(shù)人員水泥混合材的品種及摻量,混凝土技術(shù)人員通過調(diào)整配合比完全可以配制出滿足工程要求的混凝土,并不會對工程質(zhì)量造成不良影響?,F(xiàn)今的實(shí)際情況是水泥企業(yè)技術(shù)人員不告知水泥中混合材的品種及摻量,混凝土企業(yè)技術(shù)人員無法采取針對性措施,這是混凝土企業(yè)對水泥品質(zhì)不滿意的重要原因之一。 (2)水泥早期強(qiáng)度高 混凝土技術(shù)人員對水泥企業(yè)不滿的另一個原因是,水泥早期強(qiáng)度高,后期強(qiáng)度增長率不高、停滯增長,甚至強(qiáng)度出現(xiàn)倒縮現(xiàn)象。其實(shí),水泥和混凝土的唯強(qiáng)度論是施工企業(yè)為縮短拆模周期,提高模板周轉(zhuǎn)率,片面追求高早期強(qiáng)度,使得這一錯誤觀念由施工單位傳遞到混凝土企業(yè)再傳遞給水泥生產(chǎn)企業(yè)。水泥企業(yè)為了滿足工程這一要求,采用添加早強(qiáng)劑、堿激發(fā)、磨細(xì)等手段提高早期強(qiáng)度。早期強(qiáng)度偏高的水泥有以下共同點(diǎn):①熟料早期水化速率(強(qiáng)度)高;②水泥熟料中含偏細(xì)(<3μm)顆粒含量高;③水泥中石膏的形態(tài)和數(shù)量沒有很好與熟料礦物成分匹配;④水泥中堿含量高。水泥早期強(qiáng)度強(qiáng)度高,造成水泥早期水化快,水化熱集中釋放,增加早期收縮、提高減水劑摻量、增加坍落度損失。毋庸置疑,半個多世紀(jì)以來混凝土耐久性劣化,很大一部分原因源于水泥強(qiáng)度特別是早期強(qiáng)度提高、細(xì)度變細(xì)。 (3)水泥早期水化速率快 水泥技術(shù)的發(fā)展顯著提高熟料的煅燒強(qiáng)度,使得熟料中C3S含量超過60%,使得熟料水化反應(yīng)速率增加。這些都使熟料早期水化速率顯著加快。粉磨技術(shù)的進(jìn)步以及助磨劑的使用,使得水泥中熟料的比表面積增加,水化速率難以降低。 (4)水泥堿含量高 環(huán)保壓力作用下,窯系統(tǒng)粉塵排放量顯著減少,使得水泥燒制過程中燃料帶入的堿無法排出,幾乎全部留在熟料中。 (5)其他 由于天然石膏的短缺,很多水泥廠家使用脫硫石膏代替天然石膏,導(dǎo)致水泥與外加劑相容性變差。水泥供應(yīng)緊張,許多企業(yè)生產(chǎn)的水泥陳化時間短,水泥表面溫度高,活性大,使用時用水量增加,外加劑用量大,有時混凝土坍落度損失亦增大等。 混凝土企業(yè)技術(shù)人員在選擇水泥品牌時盡量選擇大廠水泥,避開粉磨站。加強(qiáng)水泥批量檢測,對水泥強(qiáng)度穩(wěn)定性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,設(shè)計(jì)配合比時采取“就低不就高”的原則設(shè)計(jì)配合比,降低混凝土質(zhì)量風(fēng)險。 (二)粉煤灰 粉煤灰是一種被廣泛使用的礦物摻合料,但目前市場上品質(zhì)優(yōu)良且穩(wěn)定的Ⅰ級原狀灰并不多見。不僅如此,II級灰也時常出現(xiàn)這樣那樣的質(zhì)量問題,如假粉煤灰、脫硫灰、脫硝灰、浮黑灰等。 (1)假粉煤灰 隨著粉煤灰的廣泛應(yīng)用,及供應(yīng)緊張的影響,價格一再上漲,常常會遇到“假粉煤灰”。所謂的“假粉煤灰”有兩種,一種是質(zhì)量造假,以次充好;另一種是成分造假,即:一些供應(yīng)商將石灰石、煤矸石、爐渣等材料粉磨摻入粉煤灰中或直接冒充粉煤灰銷售。這種“假粉煤灰”由于成分復(fù)雜,對混凝土質(zhì)量的影響很難評估。對于“假粉煤灰”的分辨,有時很難依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測,有經(jīng)驗(yàn)的混凝土企業(yè)根據(jù)實(shí)踐情況總結(jié)一些方法,如利用顯微鏡看顆粒形狀、顏色,配合燒失量、需水量比以及活性等進(jìn)行判斷。 (2)脫硝灰、脫硫灰 環(huán)保壓力下,電廠采用脫硫、脫硝方法減少廢氣排放,脫硫、脫硝工藝的殘留物遺留在粉煤灰表面或混雜在粉煤灰中,給粉煤灰的使用帶來一些問題。如混凝土拌合物中含有刺激性氨味,氣泡增多,含氣量增加,體積膨脹,混凝土緩凝等一系列問題。對于脫硫灰、脫硝灰的使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺乏相應(yīng)的指導(dǎo),使用方法以及對混凝土耐久性的影響缺少。 脫硫灰中的殘留物多以硫酸鹽和亞硫酸鹽的形式存在,有時游離氧化鈣含量偏高,加水?dāng)嚢韬?,滴加酚酞試劑呈現(xiàn)紅色。使用時應(yīng)注意脫硫灰中的硫酸鹽和亞硫酸鹽對外加劑的影響,同時觀察混凝土的凝結(jié)時間是否有緩凝現(xiàn)象。脫硫灰中游離氧化鈣含量超標(biāo)容易引起安定性不良,導(dǎo)致混凝土膨脹、開裂,應(yīng)注意安定性檢測。 脫硝灰中的殘留物注意是銨鹽如NH4HCO3和(NH4)2SO4,這兩種物質(zhì)溶于水,在堿性環(huán)境下產(chǎn)生刺鼻的氣味(NH3),檢測時可以利用這一點(diǎn)進(jìn)行檢測。脫硫灰中銨鹽含量小時,在混凝土施工過程中可以釋放完全,對混凝土影響不大。但銨鹽殘留較大時,產(chǎn)生的NH3不能完全釋放,混凝土硬化后表面有黃斑和泡眼,且有可能影響后期強(qiáng)度。 (3)浮黑灰 有些電廠在燃煤時添加助燃油脂以提高燃煤效率,添加的油脂如果燃燒不完全,將會殘留在粉煤灰中,嚴(yán)重時粉煤灰顏色發(fā)黑,甚至可以聞到異味。使用這種粉煤灰生產(chǎn)混凝土?xí)r,黑色油狀物會漂浮在拌合物表面,混凝土技術(shù)人員把這種粉煤灰稱為浮黑灰。實(shí)踐中,可以取適量的粉煤灰放進(jìn)水中快速攪拌,看水面上是否浮有黑色油狀物來判定是否是浮黑灰。如果混凝土公司誤進(jìn)“浮黑灰”,使用時,應(yīng)盡量防止泌水,減少黑色物質(zhì)上浮。 (三)外加劑 外加劑已是混凝土中重要組分,但外加劑種類繁多,性能各異,攪拌站使用的外加劑多是以減水劑為主,再根據(jù)需要復(fù)配有緩凝劑、引氣劑、早強(qiáng)劑、防凍劑等產(chǎn)品。外加劑在使用中的適應(yīng)性問題已經(jīng)不再單單指與水泥的適應(yīng)性,現(xiàn)已包括與礦物摻合料、骨料等所有原材料的適應(yīng)性問題。外加劑的種類不同性能不同,即使種類相同,批次不同也存在不同程度的差異。此外,原材料的品種改變或質(zhì)量波動,也會外加劑與之適應(yīng)性變化,如水泥品種變化,同一外加劑的減水率及保坍性能都有差別。外加劑復(fù)配過程中也存在各組分之間的不相容現(xiàn)象,主要表現(xiàn)在有的分層,有的發(fā)生反應(yīng)降低各自性能,如萘系與聚羧酸減水劑,兩種不能復(fù)合使用。生產(chǎn)過程中應(yīng)注意檢查外加劑與原材料的適應(yīng)性波動情況,并通過試驗(yàn)找出波動引起的差距,以便及時調(diào)整。 (四)骨料 目前,骨料質(zhì)量問題是混凝土原材料中一個十分重要的問題,可謂骨料品種繁多,亂象叢生,嚴(yán)重影響到混凝土質(zhì)量的安全。歸根結(jié)底骨料供應(yīng)緊張只是其中的一方面,主要原因是管理人員對骨料質(zhì)量不重視,或者混凝土企業(yè)管理人員對骨料干涉過多,“重水泥、輕骨料”的思想根深蒂固。有些管理人員粗暴地認(rèn)為只有水泥質(zhì)量不出問題,混凝土質(zhì)量就有保障,在這種思維的支配下,無底線地采取低價采購骨料,以為買著便宜成本就低,事實(shí)上往往事與愿違。重視砂石骨料質(zhì)量的混凝土企業(yè),原材料供應(yīng)緊張時依然有不錯的骨料供應(yīng),不重視砂石骨料的企業(yè),即使原材料供應(yīng)充足也是使用較差的原材料。 砂石骨料質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在以下幾方面: (1)骨料含泥量大。目前,多地禁止開采河砂,即使有河砂供應(yīng),也是含泥量偏大質(zhì)量較差。很多混凝土企業(yè)采用石子下腳料——石屑作為細(xì)骨料使用,有時石粉中含泥量驚人。 (2)骨料級配差。主要表現(xiàn)在石子廠將石子篩分成5~10mm、10~25mm以及20~31.5mm等粒級銷售,混凝土企業(yè)單獨(dú)使用造成級配差。此外,石子廠的小角料石屑,往往被當(dāng)作所謂的“機(jī)制砂”銷售給混凝土企業(yè),石屑的級配大多“兩頭顆粒含量大,中間顆粒不足”,給配制混凝土帶來困難。 (3)細(xì)骨料砂細(xì)度模數(shù)變化大。細(xì)骨料來源和材質(zhì)不同,造成細(xì)度模數(shù)差異很大,混凝土公司細(xì)骨料供應(yīng)商往往有多個,來料交叉進(jìn)行,加劇了細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)波動。 (4)骨料材質(zhì)差。骨料中含有大量的風(fēng)化軟弱顆粒,造成壓碎值低,吸水率偏高,一方面造成混凝土拌合物工作性能變差,另一方面造成混凝土強(qiáng)度偏低,耐久性變差。 (5)骨料粒形差。受骨料母巖材質(zhì)和生產(chǎn)工藝影響,造成骨料針片狀顆粒含量偏高,有些顆粒雖然不符合針片狀規(guī)格,但不規(guī)則的粒形導(dǎo)致混凝土工作性、力學(xué)性能變差。 加強(qiáng)砂石骨料檢測是控制骨料質(zhì)量的關(guān)鍵。初步判定細(xì)骨料的質(zhì)量好壞采取“經(jīng)驗(yàn)+試驗(yàn)”的方法進(jìn)行,經(jīng)驗(yàn)為輔,試驗(yàn)為主。細(xì)骨料的檢測經(jīng)驗(yàn)方法采取“看、捏、搓、拋和洗”等方法:“看”,即看級配,估計(jì)粗細(xì)程度,抓一把砂攤在手心,細(xì)看粗細(xì)砂粒是否分布均勻,各級顆粒級配分布越均勻級配越好;“抓”,用手抓一把砂估計(jì)含水率的高低,抓一下看砂團(tuán)的狀態(tài),砂團(tuán)越緊證明含水率越高,反之越低;“搓”,抓一把砂在手心,用兩手掌搓后,輕輕拍手,看手心上粘附的泥層,泥層越多且黃則證明砂含泥高,反之含泥低;“拋”,砂握成團(tuán)后在手心拋一拋,若砂團(tuán)不松散,可以判定出砂細(xì)、含泥或含水較高;“洗”,抓一把砂在水中洗一下,看看渾水的程度判定含泥量,還可以看看洗后砂顆粒的材質(zhì)、粒形。粗骨料的經(jīng)驗(yàn)檢測主要靠“看和磨”等直觀方法?!翱础保纯搭w粒級配,看粗骨料粒形,看表面雜質(zhì)及含泥量,看風(fēng)化軟顆粒含量;然后再結(jié)合“磨”,即兩個或多個粗骨料顆粒在手中磨,判定粗骨料的堅(jiān)硬程度。 經(jīng)過初步判定的骨料,如果對質(zhì)量產(chǎn)生懷疑,應(yīng)立即試驗(yàn)驗(yàn)證,以便定量分析。 結(jié)論 當(dāng)前,混凝土原材料存在的問題,導(dǎo)致混凝土質(zhì)量出現(xiàn)很多不確定因素,混凝土質(zhì)量控制難度加大。面對新挑戰(zhàn),混凝土技術(shù)人員應(yīng)引起足夠的重視,改變傳統(tǒng)配制思路,多做試驗(yàn)分析,適應(yīng)新變化?;炷良夹g(shù)人員,選擇原材料配制混凝土應(yīng)“以試驗(yàn)為依據(jù),質(zhì)量保證為目標(biāo)”,嚴(yán)控混凝土質(zhì)量。