1、研究的意義
高性能混凝土在工程中應(yīng)用達(dá)到了空前的規(guī)模,混凝土中的某些原材料在供應(yīng)上存在了問(wèn)題,質(zhì)量波動(dòng)較大,甚至出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。在配合比設(shè)計(jì)時(shí)原材料的過(guò)分理想化,忽視施工過(guò)程中材料質(zhì)量的波動(dòng)情況,導(dǎo)致施工配合比與理論配合比產(chǎn)生過(guò)大的差異。再加上部分混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工人員固有的錯(cuò)誤操作理念與方法,以及管理人員混凝土知識(shí)的欠缺與質(zhì)量意識(shí)的淡薄等一系列存在的問(wèn)題在很大程度上影響了高性能混凝土質(zhì)量。對(duì)混凝土構(gòu)件回彈測(cè)強(qiáng),混凝土碳化深度會(huì)達(dá)到3~4mm,按照《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJT23-2011)測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算表,強(qiáng)度折減近10MPa,很難滿足設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度要求?;炷脸掷m(xù)碳化可能會(huì)導(dǎo)致鋼筋銹蝕,鋼筋混凝土構(gòu)件因受拉強(qiáng)度不足,使工程過(guò)早報(bào)廢。
為減小混凝土碳化深度,使混凝土真正具有較高的性能,就必須重視全面質(zhì)量控制,特別是原材料質(zhì)量控制,認(rèn)真總結(jié)混凝土碳化數(shù)據(jù),在工程施工中對(duì)諸類問(wèn)題加以關(guān)注,共同努力,讓未來(lái)混凝土邁向更高的性能。
2、混凝土碳化的成因分析
2.1、粉煤灰的硫化
摻入合格的粉煤灰主要有兩個(gè)作用,一是降低水化熱,提高混凝土耐久性,二是滾珠效應(yīng),提高混凝土工作性。水泥在水化過(guò)程中生成大量的氫氧化鈣,使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液,其堿性介質(zhì)對(duì)鋼筋有良好的保護(hù)作用,使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4,稱為鈍化膜(堿性氧化膜)。有的進(jìn)場(chǎng)粉煤灰有一股濃烈的刺鼻氣味,應(yīng)該是電廠脫硫不凈或者沒(méi)有采取脫硫措施,經(jīng)過(guò)吸收、中和、氧化、結(jié)晶形成CaSO4·2H2O,再次結(jié)晶形成鈣礬石3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O,容易致使硬化混凝土硫化深度加大和膨脹破壞。
用酚酞試劑測(cè)碳化也是在測(cè)堿性,粉煤灰硫化后使混凝土的堿度降低,間接導(dǎo)致碳化深度過(guò)大。超過(guò)混凝土的保護(hù)層時(shí),在水與空氣存在的條件下,就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用,鋼筋開(kāi)始生銹。
2.2、礦物摻和料摻量
粉煤灰為F類I級(jí),磨細(xì)礦渣粉為S95級(jí),水膠比為0.38。礦物摻和料摻量、養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)混凝土抗碳化性能影響明顯,礦物摻合料的種類對(duì)混凝土抗碳化性能影響不明顯。隨著混凝土的齡期增長(zhǎng),碳化速率變緩。
2.3、機(jī)制砂
機(jī)制砂顆粒尖銳,多棱角,表面粗糙,細(xì)度模數(shù)多為3.0以上,與天然河砂相比,機(jī)制砂的顆粒級(jí)配稍差,大于2.5mm和小于0.08mm的顆粒偏多,導(dǎo)致混凝土的和易性較差,混凝土不密實(shí)??諝庵蠧O2滲透到混凝土內(nèi),與其堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水,使混凝土堿度降低的過(guò)程稱為混凝土碳化,其化學(xué)反應(yīng)為:Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。
2.4減水劑
減水劑行業(yè)目前競(jìng)爭(zhēng)較為激烈,為了中標(biāo)壓低價(jià)格。實(shí)際供應(yīng)中為了利益最大化,成本會(huì)不斷的降低。從最早的樣品與早期的材料供應(yīng)逐漸的降低的減水率,也就是說(shuō),可能從早期30%的減水率降至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的25%。材料合格,而對(duì)混凝土用水量的影響卻是巨大的,就算增加摻量保證減水率,但保證不了坍落度損失。對(duì)某工程C30和C35配合比試拌,記錄見(jiàn)下表,減水劑保坍性極差,半小時(shí)后無(wú)工作性,這樣的混凝土在施工中和易性差,容易出現(xiàn)混凝土不密實(shí),導(dǎo)致2.3中描述結(jié)果。
配合比的設(shè)計(jì)實(shí)際上是比較復(fù)雜的,并不是使用樣品原材料,按照某種計(jì)算方法,遵循相關(guān)規(guī)范,滿足設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)要求就可以得出的合理的配合比。要使配合比順利的實(shí)施就需要充分考慮原材料質(zhì)量波動(dòng)的因素,這些因素對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能,甚至耐久性造成不同程度影響。否則,再完美的配合比也只能算是室內(nèi)以供觀賞的展覽品,無(wú)法在工程中得到實(shí)施。
3、改善混凝土碳化深度的措施
3.1、全面質(zhì)量控制
認(rèn)真執(zhí)行有關(guān)規(guī)范和有關(guān)技術(shù)規(guī)定,把好原材料質(zhì)量檢測(cè)關(guān),嚴(yán)格控制施工的每道工序,以保證混凝土具有良好的勻質(zhì)性與體積的穩(wěn)定性,不論混凝土強(qiáng)度高低均應(yīng)在所使用的環(huán)境下是耐久性的。
3.2、控制礦物摻合料摻量
全國(guó)各地原材料資源差異較大,邊界地區(qū)或旅游城市礦物摻合料很少,且質(zhì)量不高,但價(jià)格較高,對(duì)高性能混凝土而言,礦物摻合料不摻又不行,耐久性中的抗?jié)B和電通量指標(biāo)不能滿足設(shè)計(jì)要求,所以礦物摻合料摻量多少是個(gè)問(wèn)題。在滿足《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》(TB10424-2010)情況下,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙地質(zhì)條件的說(shuō)明,明確環(huán)境作用等級(jí),查表使用最低摻量。如遇特殊情況,可以低于表中最低摻量,因表中說(shuō)明是建議“適宜摻量”,但強(qiáng)制性的指標(biāo)是混凝土的耐久性指標(biāo)和長(zhǎng)期性能要求,礦物摻合料摻量能滿足混凝土耐久性指標(biāo)即可。
3.3、控制砂細(xì)度模數(shù)
同一河流,不同的地段、水流速度、挖掘深度的河砂,細(xì)度模數(shù)都會(huì)不同,其波動(dòng)范圍可能在2.2~3.2之間,甚至更大,對(duì)混凝土的和易性與用水量產(chǎn)生影響。經(jīng)過(guò)多年施工經(jīng)驗(yàn),無(wú)論是河砂還是機(jī)制砂以控制在2.6~3.0為宜。
3.4、控制減水劑質(zhì)量
現(xiàn)場(chǎng)的混凝土嚴(yán)禁采取加水重塑的方法來(lái)提高混凝土的流動(dòng)性,這樣將大大降低混凝土的力學(xué)性能與耐久性。對(duì)需要相對(duì)較長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)幕炷?、澆筑部位尺寸較大的混凝土配合比,應(yīng)作減水劑重塑試驗(yàn),在配合比試配時(shí),選代表性原材料,配制出混凝土,坍落度經(jīng)時(shí)損失之后滿足施工時(shí)所需的坍落度,然后加入減水劑提高混凝土流動(dòng)性。對(duì)不同減水劑摻量的混凝土進(jìn)行力學(xué)性能與耐久性測(cè)試,選取兩者均符合設(shè)計(jì)要求的減水劑摻量,建立減水劑摻量與所提高的流動(dòng)性關(guān)系。施工現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)測(cè)坍落度情況加入相應(yīng)的減水劑達(dá)到增加混凝土流動(dòng)性的目的。
3.5、施工配合比的調(diào)整
混凝土是由多種材料組合而成的,無(wú)論是加工材料或非加工材料性能受各種因素的影響,產(chǎn)品性能也不可能極其穩(wěn)定,因此混凝土生產(chǎn)時(shí),其配合比也不可能與理論配合比一成不變。為避免或減少混凝土質(zhì)量下降,應(yīng)預(yù)留一定的安全性系數(shù),且混凝土便于施工,抗干擾性強(qiáng),生產(chǎn)成本相對(duì)較低,強(qiáng)度等級(jí)和耐久性也滿足設(shè)計(jì)要求,以最少的成本換取極大的使用功能和壽命周期?!陡咝阅芑炷恋闹苽浞椒ā钒l(fā)明專利技術(shù)與價(jià)值混凝土相匹配,過(guò)去十年間在黑龍江、北京、河北、山西、貴州、江西等地積累數(shù)據(jù)并應(yīng)用,通過(guò)配合比成本理論確定膠材比、減膠比、砂率和級(jí)配比,再通過(guò)體積增量模型將整個(gè)配合比設(shè)計(jì)串聯(lián),形成完整體系,使混凝土具有較高的工作性能,強(qiáng)度和耐久性既滿足設(shè)計(jì)要求,又與原配合比設(shè)計(jì)等同,生產(chǎn)成本也達(dá)到了最低。
4、結(jié)論
必要的原材料質(zhì)量控制,適當(dāng)?shù)倪x擇礦物摻合料摻量。在特殊情況下,以滿足耐久性指標(biāo)為原則,礦物摻合料低摻量能降低混凝土碳化深度。控制砂細(xì)度模數(shù)和減水劑質(zhì)量,使混凝土具有良好的工作性和密實(shí)性,阻擋CO2侵入降低混凝土碳化深度。 受氣候和原材料質(zhì)量波動(dòng)影響,配合比不是一成不變的,合理的調(diào)整施工配合比,利用前人的研究成果并結(jié)合實(shí)際情況應(yīng)用。