中圖分類號: TQ172.71 文獻標識碼: B 文章編號: 1002- 9877( 2007) 12- 0017- 04
1 出現(xiàn)的問題
某抽水站站身為鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu), 長34.6m, 寬27m, 共四孔, 分進水流道、出水流道、電動機層。進水流道頂板平均厚度1m, C25 混凝土約1 000m3, 采用泵送混凝土施工, 混凝土澆筑后18～20h 收面壓光, 但有兩處約60m2 混凝土出現(xiàn)超時緩凝(見圖1), 圖中A、B 兩個區(qū)域混凝土初凝時間30～35h, 終凝時間40～45h, A 區(qū)混凝土澆筑后24h 手指可直接插入混凝土中, D 區(qū)約8m2 混凝土初凝時間48h、終凝時間62h。
2 施工情況
頂板混凝土澆筑時間為2002 年6 月26～27 日,采用2 臺攪拌機, 澆筑順序由西向東, 澆筑時混凝土斜面分層。因頂板圓孔四周斷面呈圓弧形, 最大厚度達1.4m, 混凝土體積大, 為防止出現(xiàn)溫度裂縫和沉降收縮縫, 2 號攪拌機用袋裝水泥提前1～3h 澆筑頂板圓孔四周的下部、隔墩及其以北的頂板, 1 號攪拌機用散裝水泥澆筑頂板其余部位。澆筑期間氣溫25～32℃。6 月27 日16: 00～28 日8: 00 下雨, 雨量31mm,澆筑A、B 區(qū)域時雨量最大, 使用袋裝水泥、散裝水泥攪拌的混凝土入倉溫度分別為26～27℃、31～32℃。
水泥為A 廠生產(chǎn)的P·O32.5 水泥; 砂為長江中砂, 碎石采用16～31.5mm 單粒級和5～16mm 連續(xù)粒級兩種級配, 針片狀含量7%～12.5%、壓碎值7%～9.2%、泥含量0.3%～0.6%; 水為深井水, 符合配制混凝土的技術(shù)要求; 減水劑為木鈣(下稱M), 抽檢3 次質(zhì)量符合國家標準要求。
混凝土計量系統(tǒng)經(jīng)計量部門檢驗認可, 散裝水泥、砂、石、水為自動計量, M由人工固定容器專人添加, 袋裝水泥、粉煤灰按袋計量, 由2 名操作工人負責計量。
混凝土配合比中水泥∶砂∶石子∶粉煤灰=1∶2.18∶3.28∶0.281, 水泥用量320kg/m3, 外摻90kg/m3Ⅰ級粉煤灰, 水膠比0.46, 砂率40%, M 摻量為膠凝材料總量的0.3%, 大小石子質(zhì)量比例為4∶1, 配合比設(shè)計時混凝土初凝時間9h( 30℃) , 采用該配合比先期澆筑的5 000m3 混凝土共15 組試塊的28d 抗壓強度為29.9～35.7MPa,平均值為31.7MPa。
3 頂板混凝土質(zhì)量檢測
為評價頂板混凝土強度與均質(zhì)性, 了解頂板內(nèi)部混凝土質(zhì)量情況, 采用鉆芯法、回彈法和超聲法檢測頂板混凝土質(zhì)量。
3.1 鉆芯法檢測混凝土強度與內(nèi)部質(zhì)量情況
混凝土澆筑自然斜面分層, 用鉆機自頂板表面垂直向下鉆取混凝土芯樣( 直徑10cm、深度55～65cm) ,以了解不同澆筑層混凝土凝結(jié)硬化情況。共鉆39 個部位, 38 個孔取出完整芯樣, 位于D 區(qū)的1 個孔因混凝土強度低( 齡期9d) 鉆芯時混凝土中石子與砂漿分離。按CECS03: 88 《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》將每孔芯樣分上、中、下三段分別切割成高徑比1∶1 圓柱體試塊, 放入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護, 檢測14d、21d、28d 混凝土抗壓強度, 檢測結(jié)果見表1。96.2%的芯樣混凝土28d 抗壓強度達到20MPa 以上。
3.2 回彈法檢測混凝土強度
回彈儀檢測混凝土6d、11d 強度, 正常凝結(jié)硬化部位混凝土強度推定值分別為13.9MPa、20.5MPa, A區(qū)及B 區(qū)緩凝混凝土分別為5.2MPa、8.5MPa; 28d 齡期正常凝結(jié)部位與A、B 中115 個測區(qū), 混凝土強度推定值23.9MPa, D 區(qū)7d 回彈儀檢測讀不出回彈值,28d 強度推定值為17.5MPa。
3.3 混凝土超聲- 鉆芯檢驗
以D 區(qū)未取出芯樣部位為中心, 對周圍2.5m×2.5m 混凝土采用超聲法和鉆芯法相結(jié)合重點檢測。檢測結(jié)果D 區(qū)聲速平均值(齡期30d)4 584m/s, 標準差67.86m/s, 離散系數(shù)0.015; 混凝土芯樣(直徑8cm)12只平均抗壓強度28MPa(齡期35d)、均方差6.22MPa,其中上段混凝土平均強度23MPa, 下段平均強度31.6MPa。同時在正常凝結(jié)硬化的頂板E 區(qū)布置3 個測點, 聲速平均值4 649m/s, 標準差33.52m/s, 離散系數(shù)0.007, 芯樣平均強度31.0MPa ,均方差1.91MPa。檢測結(jié)果說明, 凝結(jié)緩慢部位混凝土強度與均質(zhì)性略差于正?；炷?。
通過檢測認為, 頂板混凝土、特別是表層混凝土均質(zhì)性較差, 96.2%芯樣混凝土抗壓強度達到20MPa以上, 中下層混凝土強度高于上層混凝土, 頂板混凝土強度總體上達到C20 強度等級, 可按C20 混凝土對頂板進行復(fù)核。
4 頂板局部混凝土超時緩凝原因分析
混凝土超時緩凝原因需要從人、機械、材料、施工方法和環(huán)境因素等方面進行綜合分析。頂板混凝土澆筑過程中施工機械、施工工藝相同, 施工機械未出現(xiàn)故障, 施工工人未更換, 外加劑、砂、石均為同一批, 拌和水為地下水, 上述材料事發(fā)前后檢驗均合格, 質(zhì)量的波動對混凝土凝結(jié)基本無影響,混凝土施工過程無過錯出現(xiàn), 唯一變化的是散裝水泥的批次, 因為工地散裝水泥罐容量為100t , 澆筑需使用散裝水泥220t。專家論證會認為主要原因可能與外加劑的摻量和水泥質(zhì)量的波動較大有關(guān), 我們進行下述試驗幫助論證分析。
4.1 M 超摻
M屬普通型減水劑, 對混凝土具有緩凝作用, 超摻會引起混凝土凝結(jié)時間延長、強度降低。試驗以頂板混凝土配合比為基準, 檢驗M摻量對混凝土強度和凝結(jié)時間的影響。由表2 試驗結(jié)果可見, M摻量達到1%以上, 混凝土28d 強度極低, 同時混凝土表面呈黃色, 但實際施工的混凝土表面顏色正常, 混凝土28d 強度達到20MPa 以上, 對比試驗和現(xiàn)場情況認為不是由于M超摻引起混凝土緩凝。
注: ①M5- 0 為基準組, 混凝土水膠比0.46, 砂率40%; ②混凝土凝結(jié)時間測試溫度23～28℃; ③混凝土試塊標準養(yǎng)護; ④試驗用水泥為A 廠P·O32.5 水泥, 標準稠度用水量27.8%、初凝時間3h45min、終凝時間4h50min、3d 和28d 抗壓強度分別為20.2MPa 和37.8MPa (本文中試驗除特別注明外, 均使用A 廠水泥) 。
4.2 施工下雨對混凝土性能的影響
試驗假設(shè)雨水浸入表層20cm 混凝土中, 每隔20min 向混凝土拌合物(配合比同頂板混凝土) 加入200～300ml 水, 直至加完相應(yīng)雨量的水, 測試混凝土初凝時間, 結(jié)果見表3。
表3 試驗結(jié)果說明, 雨水浸入混凝土中使混凝土初凝時間延長。頂板施工過程中下雨前搭設(shè)雨棚, 對比現(xiàn)場混凝土凝結(jié)情況, 下雨對混凝土凝結(jié)時間有影響, 但構(gòu)不成主要因素。
4.3 水泥質(zhì)量的影響
4.3.1 水泥質(zhì)量抽檢情況
表4 為該工程水泥質(zhì)量抽檢結(jié)果( 時間跨度15個月) , 抽檢結(jié)果表明水泥質(zhì)量波動較大, 說明水泥中混合材的摻量波動較大。
4.3.2 水泥初凝時間對混凝土初凝時間影響試驗
頂板澆筑前3 個月抽檢14 批水泥的初凝時間基本在2h 左右, 混凝土初凝時間基本在10h 以內(nèi)。頂板袋裝水泥初凝時間3h12min ,混凝土初凝時間18h 左右, 說明水泥凝結(jié)時間的變化對混凝土凝結(jié)時間有較大影響。水泥初凝時間對混凝土凝結(jié)時間影響試驗結(jié)果見表5, 與文獻[1]的試驗結(jié)果基本吻合, 這說明水泥與混凝土初凝時間的比例, 不摻緩凝劑的混凝土在1∶2 左右, 摻入緩凝劑后在1∶4～1∶5 之間。
注: ①混凝土配合比及砂、石等材料同底板混凝土; ②1～4 號水泥為A廠P·O32.5 水泥, 5 號水泥為B 廠P·O32.5 水泥。
4.3.3 混凝土中熟料含量對混凝土凝結(jié)硬化影響
試驗?zāi)M檢驗混凝土中水泥熟料含量對混凝土強度與凝結(jié)時間的影響, 以頂板混凝土配合比為基準, 混凝土中膠凝材料總量均為410kg/m3,試驗結(jié)果見表6, 可見混凝土中水泥熟料含量越低, 混凝土凝結(jié)時間越長, 強度降低越大。
注: 混凝土凝結(jié)時間測試溫度23～28℃, 混凝土標準養(yǎng)護。
4.3.4 樣品化學成分分析
有關(guān)樣品化學成分測試結(jié)果見表7。國家標準要求普通水泥中熟料含量大于80%, 按廠方介紹水泥中摻入8%礦渣、7%粉煤灰和5%石膏計算, 水泥中CaO含量在55%左右。按水泥中摻入8%礦渣, 其余摻粉煤灰混合材, 推算03 號袋裝水泥中粉煤灰摻量為21.6%, 熟料含量65.4%; 01 號水泥中粉煤灰摻量31.3%,熟料含量55.7%; 如果水泥中礦渣摻量較多,則熟料含量更低。通過樣品化學分析認為水泥中混合材的摻量偏大, 水泥初凝時間偏長, 引起混凝土超時緩凝。
通過上述試驗, 分析導(dǎo)致頂板局部混凝土超時緩凝的主要原因是水泥質(zhì)量波動大, 水泥混合材摻量偏多, 由于水泥中熟料少了, M摻量相對于混凝土中熟料的比例增大( 本工程正?；炷翞?lt;0.48%) ; 水泥中混合材含量多勢必凝結(jié)時間較長, 使混凝土凝結(jié)時間被“放大”4～5 倍。次要原因是緩凝部位澆筑過程中恰遇下雨, 雨水浸入尚未凝結(jié)硬化的混凝土中既延長混凝土凝結(jié)時間, 又增加混凝土水膠比; 泵送混凝土坍落度16～18cm, 混凝土振搗過程中易產(chǎn)生分層, 粉煤灰密度低, 易上浮, 外加劑亦易上浮。上述次要原因在影響混凝土凝結(jié)時間的同時, 使同一部位上層混凝土強度低于中下部混凝土。由于摻粉煤灰等混合材的混凝土具有后期強度增長率大的特點, 頂板局部緩凝部位混凝土后期強度逐漸增長, 能接近正常混凝土。
5 處理
根據(jù)頂板混凝土質(zhì)量檢測結(jié)果, 設(shè)計單位按C20混凝土強度等級驗算頂板可以滿足安全使用要求。處理時鑿除表層低于C25 強度值85%的部位混凝土共8m2, 鑿除深度0.3m, 新老混凝土植筋錨固, 鑿除面清理干凈、涂刷水泥凈漿后澆筑摻入補償收縮劑的C30混凝土補強。頂板處于最大受力狀態(tài)的完建期4 個月未發(fā)現(xiàn)異常。
6 建議
1) 水泥企業(yè)應(yīng)加強水泥均化處理, 減少水泥質(zhì)量波動, 加強水泥質(zhì)量控制, 提高水泥的真實質(zhì)量, 做好散裝水泥發(fā)庫, 應(yīng)將混合材品種與摻量等真實地告訴用戶。
2) 建議限制P·O32.5 水泥的生產(chǎn), 鼓勵水泥企業(yè)生產(chǎn)P·O42.5 水泥, 由用戶現(xiàn)場根據(jù)混凝土的要求確定粉煤灰等摻合料的摻量。
水泥企業(yè)、特別是大中型水泥企業(yè)水泥熟料強度均較高, 往往通過調(diào)整混合材的摻量等方法用同種熟料同時生產(chǎn)P·O32.5 和P·O42.5 水泥, 部分水泥廠只要水泥強度合格, 將摻20%以上粉煤灰的水泥仍以普通水泥出售, 混合材摻量嚴重超標。施工中為改善混凝土性能, 再摻入粉煤灰等摻合料, 造成混凝土凝結(jié)時間延長、早期強度偏低。
3)用戶應(yīng)加強水泥質(zhì)量檢測與控制, 特別是對散裝水泥的質(zhì)量控制, 提高對水泥等原材料質(zhì)量波動的預(yù)知能力, 建議檢測水泥中CaO 等化學成分, 及時調(diào)整混凝土配合比。施工過程中要嚴格控制, 對澆筑平面結(jié)構(gòu)混凝土要盡量避免雨天澆筑, 或采取防雨措施。
參考文獻:
[1] 林永權(quán).水泥質(zhì)量波動對預(yù)拌混凝土性能的影響[J].水泥, 2003,( 1) : 20- 25.
