把控混凝土原材料的复试质量是结构安全保证

引言

近十年不断发生建筑工程混凝土结构实际检测强度(芯样法)不能满足设计强度等级的事例,只有采取拆除的方式来消除隐患。综合分析,这些现状都是预拌混凝土企业没有按照国家标准开展原材料检测,没有重视进场复试检测这一重要性,存在原材料主要参数试验不严谨的现象,甚至出现复试数据报告作假编写,以致使实际生产配合比数据不能如实反应原材料使用前的性能,不能进行必要的生产配合比调整,如果生产过程时对拌和物出机质量失控,没有在拌和物交付验收环节严格把关,最终导致混凝土结构发生质量问题。在长沙“拓宇案”的司法判定有这样的结论:“造成结构混凝土强度不合格的原因之一是云母含量过高导致了混凝土强度不达标;在一个具有检测资质的机构出具的鉴定报告中,对混凝土部分钻芯强度低于设计强度值的原因认为有4个因素:

一是混凝土粗细骨料分离、筛分试验及显微硬度观察综合结果表明,混凝土中粗骨料颗粒颜色多样,不同类型的碎石混杂在一起,粗骨料相对用量偏少,细骨料相对用量偏多,且存在部分粗骨料显微硬度偏低的现象。

二是电镜观察结果综合表明,混凝土中胶凝材料质量较差,含有多的黏土矿物和云母,且未见球状粉煤灰。

三是混凝土容重、吸水率试验综合表明,实体混凝土外观多呈泥灰色,内部水泥石结构较为疏松,与骨料界面的胶粘较差,孔隙率较大,表明水胶比较大。

四是现场部分混凝土浇筑时间过长,对延时浇筑部分混凝土强度有影响等。”

对于上述结论,我们且先不去考虑文字其准确性和科学性,仅就应该具有事实性(司法结论),从预拌混凝土整体加工流程中,完全可以通过材料进站复试检测环节过程中发现问题,当然也能避免实际混凝土结构不合格的结果。以建筑结构在施工过程中的质量安全保证,一定要先从使用材料进场复试取样的代表性、试验的规范性和结果的准确性,以及生产过程有效控制开始,直至到建筑结构验收合格为止,做到所有过程都能具有可溯源性,而不是“臆想”。

1.有害物质云母

天然砂是混凝土中使用的主要材料之一,会因各种因素含有一些有害物质,如贝壳、云母等。云母含量试验检测方法需要借助放大镜或显微镜进行剥离挑出,在规定的试验样品质量中的含量不得大于1%。云母是一种轻物质,且呈层状,需水率大。质量轻且数量大于1%时,如有可能都集聚在一起的位置,会影响压力承载力,也会因层状造成吸水率偏高和吸附外加剂的结果。水灰比的大小直接影响着混凝土的强度,总水量多水灰比大一定会使混凝土的强度降低,吸附也会使外加剂失去某些必要的功效,如减水效果差则会增加用水量;保坍效果差会造成经时损失大。只有云母含量超过临界值即1%时,且再出现如前所说的叠加后效应时(骨料强度),才有可能影响结构的力学性能和耐久性能。如果判定书中鉴定数据属实(整体结构中数量多的云母且超出规定值1%),一定会在砂进场复试过程中被发现,因为云母的外观很典型也很容易被看到。云母岩颗粒和散在砂子里面的光滑片状物(如图所示)。

如果溯源试验复试记录中没有云母检测的数据或记录,至少说明材料复试试验不规范或不真实,甚至是弄虚作假。《建筑工程质量管理条例》第29条和住建部[]84号文中都明确规定预拌混凝土使用的材料要先试后用,不合格的材料不得用于商品混凝土的生产。由于自然资源的日益匮乏供应紧张,预拌混凝土中使用的材料供应中存在着不稳定性,所以对实际进场的材料按照要求取样并进行复试规范检测是必须的质量过程控制手段,同时也是生产配合比实时调整的必然依据。

2.粉煤灰中的微珠颗粒

在判定书中对在检测胶凝材料中(严格讲是砂浆混合体)未检测到粉煤灰的微珠颗粒的结论。粉煤灰是燃煤在燃烧过程中当燃烧温度大于℃后,燃煤被充分燃烧后,灰烬经过烟道向大气排放的过程中,利用电极收尘的方式将高温燃烧后的灰烬在烟道快速降温后形成的玻璃体状物质收集下来,这些细小的颗粒呈微珠形态,在泵送混凝土中具有“滚珠”效应,这是现在粉煤灰使用的主要功能。粉煤灰属于火山灰性质的材料,在混凝土中与水泥水化后的物质氢氧化钙发生反应,从而激发颗粒细的粉煤灰产生生成水化硅酸钙而形成一定的强度,而其他的颗粒会在水泥水化胶凝体中起到一定的堆积结构作用。也就是说质量好的粉煤灰作用是综合的。粉煤灰不是水硬性材料,其活性产生是需要外因的,即足够的碱性物质和时间反应、足够的温度和湿度的保证,当然还有与碱性物质接触的有效性(均匀)等,所以粉煤灰强度贡献需要前提条件的保证,不能仅以是否由微珠颗粒形貌而定的效果。由于国家对资源和环境保护管理要求的日益提升,电厂排放的“烟灰”趋于紧张,很多供应商为了获得一些小利而采取以次充好或弄虚作假,为及时了解粉煤灰的质量,一般搅拌站都配备了一定倍率的显微镜,以做好粉煤灰进站快速检测“真假”粉煤灰的复试参数。采用电收尘的灰均为微珠形态(如图所示),而经过球磨机磨细的颗粒一般会呈“石子状”的多菱角体(非燃煤收集灰)。

自然粉煤灰的活性也一定会降低。年粉煤灰标准中针对烟灰收集存在的若干现实问题,增加了对应的技术参数检测指标,而很多人还以过去所谓的必试参数为要求进行检测,这样就很容易忽视现在材料的一些“问题”,如颗粒是否是微珠?脱硫或脱硝工艺后的粉煤灰检测的参数和主要氧化物指标含量百分比要求等。作为搅拌站针对有些参数可能不具备检测的条件,但一定要在采购合同中注明必要的技术参数要求(如氧化物含量和半水亚硫酸钙、氯离子含量等),因为合同是受法律保护的文件。普通混凝土结构用混凝土掺加粉煤灰属于拌和物生产方的责任(除委托方有特殊要求掺加),只要配合比设计能满足对应的标准规范规定要求,生产满足供需合同中的性能技术要求,至于掺加哪类品种粉煤灰?掺加量多少?没有可比性(混凝土属于订单式的生产模式)。如果使用方或监理方想了解实际供应的“真假”(与提供的技术数据相符性),必须要以生产调整配合比数据和实时搅拌记录中计量偏差后的各参数数据为依据,对检测拌和物的质量进行确认;也可以检查硬化后芯样破型后的状态(浆骨分布与粘结密实性)。也就是说不能仅以某种材料看到的某个位置存在量判断混凝土合格性。因为混凝土是一种人工合成的材料,其匀质性是关键的。

3.拌和物中粗细骨料比例或分布及颜色

由于水泥等胶凝材料水化后形成的水化收缩,会影响结构的体积稳定性,而混凝土结构重要的指标是结构的耐久性。无论是塑性混凝土拌和物还是大流动性混凝土拌和物,粗骨料主要起着结构稳定性的作用。水泥和细骨料组成的砂浆体,对塑性混凝土主要是填充作用,通过高频振捣使结构获得密实;大流动性混凝土中的粗骨料处于悬浮状态,所以需要的砂浆量就要比塑性混凝土需求量大,当然相对粗骨料就会少,粗骨料粒径越大其砂率也会随之加大,因为粗骨料颗粒之间的摩擦力使其不具有流动性,必须需要足够量的浆体和细骨料推动拌和物混合体流动。

从材料尺寸效应分析,在水胶比一致的前提下,净浆强度砂浆强度混凝土强度,所以粗骨料少并非会降低混凝土抗压强度。由于混凝土是混沌体系,硬化后的固态、气态、液态各相同时存在,对芯样破型后的材料分布的分析需要有综合性。首先不是看5mm以上粗骨料量的多少,而是要看各个材料之间的粘结状态和分布?气孔的多少和大小以及骨料界面破坏后的形态(粗料断裂或外表剥离)等。对于预拌混凝土这种人工合成的材料,如果看到的芯样断面粗骨料过多,那砂浆粘结体一定会少(单位体积内材料总量不会变的),这种情况一定会降低承载压力。进行试块或芯样破型后的溯源分析一定要和实时提供的生产搅拌配合比数据同时进行,不应该仅以看到的破型试件外表为准,因为成型试件时的拌和物是随机抽取、芯样的钻取也是单一性的。如果仅以芯样的抗压强度定论结构的强度,应该还与钻取芯样的代表性、数量、制样以及受荷位置准确和加载速率等因素都有关系。对骨料颜色问题,我国岩石的性质和分布很广泛,用于预拌混凝土通用品使用的粗骨料有多项技术参数要求,应该没有对颜色要求的指标。由于岩石强度都远高于混凝土设计的强度等级,但由于在加工过程中,材料自身的性质、破碎设备工艺的选型,形成筛后的颗粒存在一定的“缺陷”(如大颗粒的裂隙);针或片状颗粒以及不是针片状的不规则多棱体颗粒,所以在建设工程用石的国标规范中有明确的复试检测指标要求(如针片状含量、压碎指标值、不规则状颗粒检测、骨料吸水率的检测等)。如果粗骨料颗粒有明显的风化石现象(一般以黄色和咖啡色居多),至少可以看出颗粒外观的密实性,如开口孔或裂隙。当然骨料的密度也会降低,吸水率也会增加。所以即使骨料外表颜色不一样,只要复试必试参数满足规定指标就不会影响结构强度。

4.拌和物浇筑结构前的交付验收

混凝土是一种有时间性要求使用的材料,由于不同性能的混凝土所组成的材料比例不一样,其拌和物的可使用时间也不尽相同。《预拌混凝土》规程明确规定预拌混凝土是指运输至使用地点的交货时为拌和物的混凝土。所以使用者应该在规定的时间内有专人验收,并在20min之内对拌和物和易性中的坍落度参数检测,对验收合格的拌和物即合同预定的拌和物技术参数,如坍落度、粘聚性和保水性均满足后,应尽快浇筑到结构中。在《质量管理条例》第二十九条规定,施工单位必须按照工程设计要求、施工技术标准和合同约定,对建筑材料、建筑构配件、设备和商品混凝土进行检验,检验应当有书面记录和专人签字;未经检验或者检验不合格的,不得使用。验收除了对拌和物检验外,还应该按照第三十一条规定,施工人员对涉及结构安全的试块、试件以及有关材料,应当在建设单位或者工程监理单位监督下现场取样,并送具有相应资质等级的质量检测单位进行检测(这是预拌混凝土合格性交付的重要依据和证据)。当因使用方原因超出拌和物的可塑使用时间后是不可以再进行浇筑的,如果拌和物不满足使用要求时,使用方可以拒绝验收使用,此时责任属于拌和物生产方。这也是我们一直在强调的交货验收的重要性与关键性,更是硬化后的混凝土结构出现“问题”的责任区分。

以年上海的倒楼到年北京的拆楼等案件为教训,建设部对建筑结构使用寿命期内的质量规定了五方终身负责,其中结构施工质量责任由施工方承担。《建筑法》第五十八条也规定建筑施工企业对工程的施工质量负责的法律责任;第五十九条建筑施工企业必须按照工程设计要求、施工技术标准和合同的约定,对建筑材料、建筑构配件和设备进行检验,不合格的不得使用等等。预拌混凝土是一种人工合成的结构用材料,其拌和物的质量是建筑结构使用前的重要环节保证,而建筑结构质量又是保证民生居住和使用的前提因素,所以法律法规以及建设部都明文规定了预拌混凝土这种结构材料的生产和使用的重要性,并将其使用不合格的预拌混凝土并造成结构的不合格结果,严重时要追究刑事责任的要求。日本对预拌混凝土生产与施工之间的交货有严格的责任区分,首先搅拌站对出站拌和物有对应的质量检测,如水灰比数据是否满足设计和合同约定要求;拌和物到现场后会与合同方共同对拌和物检测,包括流动性、含气量等,拌和物符合要求后再共同成型试块,并按照规定进行必要的养护,其龄期强度作为预拌混凝土的履约依据;为了对在施结构使用的混凝土质量负责,还有具有检测资质的第三方检测机构,随机到工地抽样检测,并作为公证方的依据。说明先进国家对用于混凝土结构前的拌和物质量检测的重视性以及必要性。

5.把控预拌混凝土生产质量的必要性

这里不想多去论证判定书中的文字结论合适与否或是正确与否,业内人士都可以分析得出结论和“教训”。针对大家对“长沙混凝土事件”各抒己见发表个人看法,无非都是想通过这次事件带来的反思,以提高混凝土工程在使用寿命期的质量保证。混凝土工程质量的保证前提条件之一是通过混凝土质量来保证的,在整体建筑构建中,按照全面质量管理体系要求,混凝土生产方是混凝土使用方的上道工序,混凝土生产方就应该对下道工序的施工使用方负责即提供合格的“产品”即材料。而混凝土生产质量保证的前提因素是由所用的原材料质量保证的,自然预拌混凝土的生产方就是材料供应方的下道工序,同样材料供应方按照合同约定的所有技术要求提供合格的材料即对搅拌站生产负责。预拌混凝土交付施工使用前的验收是必须的,就如同搅拌站对所有进站的材料按照复试参数指标“检查”也是必要的。尤其是现在的材料受资源的匮乏而出现“危机”,以次充好,滥竽充数的现象绝非偶然,所以加强各种材料的进场复试的规范性和准确性是很重要和关键的过程控制。一定要根据实时进场拟使用的材料的复试结果,及时有效的进行生产配合比的调整,再通过生产计量有效地控制保证,以满足结构使用混凝土的指标质量合格。

最近几年我国对应的很多材料产品以及试验方面标准规范都进行了必要的修订和补充,作为预拌混凝土生产方的技术人员一定要与时俱进,及时学习掌握,不能用传统的思维方式只

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