朱效荣  1970出生,教授、研究员级高级工程师,北京城建集团高级顾问,冀东发展集团首席科学家。
       论文
 
 
混凝土的体积稳定与体系平衡
 

混凝土的体积稳定与体系平衡

 

                                     甘昌成

                  (柳州市环波建材有限公司,广西 柳州  545005)

 

 

  要:人们习惯于从材料学的角度研究混凝土的体积稳定性,企图通过适当的原材料组合,科学的配合比,得到无收缩或收缩很小的混凝土,提高它的抗裂性能。实践证明,仅从材料学的角度研究体积稳定性是不够的,它不能从根本上解决混凝土的收缩开裂问题?;炷恋奶寤榷ㄐ?,主要的并不是混凝土本身的材料特性问题,而是它在使用环境中的体系平衡问题。要保持混凝土的体积稳定,必须要保持它在环境中的体系平衡。从混凝土浇筑密实成型开始,乃至其整个生命过程,拌合水是否损失,是混凝土体系能否保持平衡、体积是否稳定的关键因素。

关键词:混凝土收缩;拌合水损失;混凝土缺陷;内应力;高抗渗;体系平衡

 

Balance the volume stability and system of concrete

Gan Changcheng

(Liuzhou city ring wave building materials limited company, Guangxi Liuzhou 545005)

Abstract: the volume stability of people are accustomed to from the viewpoint of material science of concrete, attempts through the combination of raw materialsproper, scientific mixture ratio, no shrinkage or contraction of small concrete,improve crack resistance of it. Practice has proved, only from the view of materialvolume stability research is not enough, it can not solve the problem of shrinkage cracking of concrete fundamentally. The volume stability of concrete,the material properties of concrete itself is not the main problem, but it's in use environment system balance. To keep the volume stability of concrete, the system must maintain its balance in the environment. From the beginning ofconcrete pouring compacting molding, and even the whole life process, whether the loss of mixing water, is the key factor of concrete system can keep balance,volume stability.

Key words: concrete mixing water loss; concrete shrinkage; defect; stress; highimpermeability; system balance

 

0  前言

 

混凝土的体积稳定性因为收缩裂缝长期难以控制而引起学术界的关注。人们从材料学的角度,努力减小混凝土的收缩,提高体积的稳定性。但大量的工程实践表明,减小或补偿收缩并不能根治混凝土工程裂与渗的质量通病,不能解决混凝土的体积稳定性问题?;炷辽唐坊院?,随着大坍落度的泵送混凝土的推广应用,这一发病趋势加剧。频发的早期开裂现象,又传递给人们这样的材料学信息:原材料性能变了,配合比变了,混凝土的收缩变形更大了,体积也更不稳定了。

上世纪九十年代,出现了高性能混凝土。高性能混凝土水胶比小,不泌水,不离析,拌合物匀质性好。与以往的混凝土相比,高性能混凝土的拌合物表现了良好的体积稳定性。但是高性能混凝土使用过程中也容易发生早期开裂,表明拌合物的体积稳定,其硬化混凝土的体积未必稳定。

然而工程中也有大量的混凝土没有开裂,包括泵送混凝土、高性能混凝土。同样的混凝土,有的开裂,有的不裂。人们不免疑惑:这样的混凝土,体积是稳定的呢,还是不稳定的呢?

面对这些现象,混凝土的体积稳定性问题,仅从材料学的角度,很难作出确切的解释。

混凝土的体积稳定性反映混凝土抗体积变形的能力,即抗裂性??沽延肟股罅康墓こ淌导砻?,混凝土的体积稳定性,主要的并不是混凝土本身的材料特性问题,而是它在环境中的体系平衡问题 [1]。

 

1  从几则工程实例说起

 

(1)几个承台

某大厦基础,其中有8个承台为2000年7月29日同一天连续施工。搅拌运输车可以开至承台边,直接卸料。承台高1.5~2m,每个承台混凝土用量20~30m3。有4个承台混凝土表面与地面平,另4个承台的表面低于地面约30cm。承台周边用红砖砌筑,砌体外在混凝土浇筑之前已回填黄土?;炷燎慷鹊燃禖30,泵送型,坍落度160mm,配合比见表1。

作者建议每个承台都采用蓄水养护。其中混凝土表面低于地面的4个承台,因为蓄水比较方便,采纳了作者的建议,混凝土浇筑完成后,采用即时水养护。另4个承台要蓄水,需用黄泥将混凝土表面围起来,因为比较麻烦,未予采纳,遂用麻袋覆盖。作者又建议盖两层湿麻袋,并且要相互衔接。实际只盖一层,也不衔接,相隔甚远。第二天,作者回访,蓄水的承台,未发现任何可见裂缝;覆盖的承台,混凝土表面发白、发干、发烫,出现众多细小裂纹。一星期后再回访,蓄水承台仍未发现裂缝,覆盖承台的裂缝则已扩展。

同样的混凝土,用于同一个工程、同一种构件,同一天施工,有些开裂,有些不裂。仅从材料学的角度,很难判定这种混凝土的体积是稳定还是不稳定。

(2)两块楼面板

这两块楼面板同为2005年7月14日施工,C25混凝土。A楼面板的施工单位为一新入驻单位,未按技术交底施工?;炷两街碧焯艚衔土?,没有进行二次抹压,也没有采取养护措施。采用传统习惯的养护方法,第二天早上才开始浇水养护。结果发生了较为严重的早期开裂。

与A楼面板同时泵送施工的还有B楼面板。B楼面板为某住宅小区的商品房,距A楼面板仅500m左右,与A楼面板的混凝土等级、使用的原材料以及配合比都完全相同,两板的混凝土是同一混凝土,混凝土生产中B板与A板交错出料。负责B板施工质量控制的甲方代表接受了完美湿养护的观点,他要求混凝土二次抹压后立即覆盖浇水养护。结果在A板发生较严重的早期开裂的同时,B板却没有发现任何可见裂缝。

同一种混凝土,试验室里检测的收缩值只能是一个结果,因此两块楼面板混凝土的收缩值是一样的,从材料学的角度看,其体积稳定性也应该是一样的。然而在同样的环境条件下施工,一块严重开裂,一块完全不裂,混凝土的体积稳定性出现了如此强烈的反差。很显然,这已不是原材料和配合比的问题,应用材料收缩理论很难作出合理的解释。

(3)同一块楼面板

如果说两块楼面板的说服力不够,那么再说一说同一块楼面板,也因为不同部位的施工养护工艺不同,混凝土同样出现裂与不裂、体积同样表现出稳定与不稳定强烈反差的工程实例。

某商住楼二层。2004年7月1日施工。据省气象台当晚报道,当地是当天全省最高气温,39.4℃。C30混凝土,拖泵泵送施工,供应混凝土量505m3.早上8:00开始泵送。高气温条件下泵送混凝土的防裂施工,签合同时已有技术交底。作者上午到工地,与施工人员沟通时,也告诫这段时间持续高温,应特别注意防裂。已看到用于覆盖的麻袋堆放在现场。中午11:30,作者回公司中餐。当时最先浇筑的部分尚未二次抹压,对此又特别作了交代。作者饭后乘车立即又返回工地。发现施工现场仅有4名操作工在操作摆动泵送管,其他人员全部吃中午饭去了??醋钕冉街糠?,已经结硬,错过了抹压的适宜时机?;炷烈丫?,最大裂缝宽度已不止1mm。急招施工员,施工员急招抹压工。圆盘式抹光机在混凝土面上跳动。作者说,这部分就不要再抹压了,紧急覆盖,浇足水,防止裂缝扩展。抹压工再不能离开现场,要密切注意已浇筑抹平的混凝土,适时抹压。接下来的工作做得较好,抹压后全部覆盖,麻袋相互衔接,饱水养护3天。

该楼面板是超高气温条件下混凝土防裂施工的典型案例。按照技术交底施工,混凝土没有失水,没有发现任何可见裂缝;没有抹压,没有覆盖,混凝土则失水开裂。这种失水如果得不到及时控制,高温暴晒条件下裂缝扩展将很迅速,后果将很难补救??巡糠植扇×私艏钡母哺谴胧?,防止了混凝土继续失水,结果裂缝没有扩展。

(4)混凝土底板,大体积混凝土

某高层住宅楼,坐落在一水沟边,土层松软且厚,对基础要求较高。其中一大型承台,长30.2m,宽26.4m,高1.3m,C30混凝土,共浇筑1030m3,历时24h。分三段养护。前两段抹压后立即覆盖湿麻袋,并接着浇水,围堰后即蓄水养护。第三段浇筑较快,且为晚上施工,采用即时水养护。7d后拆除模板仔细观察,没有发现任何可见裂缝。该案例作者在《大掺量粉煤灰泵送混凝土的生产与应用》一文中作过报道。

该大型承台周边有12个较小的承台,其中较大的一个长21.7m,宽6.45m,高1.45m,局部(约近一半的面积)高2.7m。这12个承台全部采用即时水养护,没有一个出现可见裂缝。

接着在这些承台上面浇筑混凝土底板。底板长40m,宽35m,高0.6m,使用的混凝土与这些承台相同。如果用与大型承台一样的防止混凝土失水的施工养护方法,有了大承台的经验,底板的防裂应该更没问题。但因为部分麻袋已运往其他工地,底板的养护不再按技术交底的要求做,约三分之一面积的区域是麻袋覆盖养护,但麻袋不衔接,稀稀疏疏;约三分之二面积的区域没有覆盖,只浇水养护。作者1d回访时,混凝土表面发干、发白、发烫,出现众多微细裂纹。

同一配合比,混凝土的水化热峰值取决于混凝土的浇筑厚度。底板的厚度比大型承台小了一半多,因此底板单位面积的发热量和水化热峰值都比大型承台小,但底板开裂了,大型承台却不裂。这说明,厚大结构的大体积混凝土防裂,主要的还是要防止拌合水损失。

 

表1  几则工程实例的混凝土配合比及硬化混凝土的体积稳定性

工程

构件

强度

等级

施工

日期

生产配合比 (kg/m3

水胶

砼量

 /m3

坍落

度/mm

抗压强度(Mpa)

C: F: S: G: W: A

3d

28d

1

①承台

C30

2000.7.29

 

385:70:610:1063:200:5.46

 

0.448

180

160

 

17.0

35.7

②承台

2

①A楼面板

C25

2005.7.14

 

348:62:668:1045:200:5.54

0.497

103.8

180

15.6

30.7

②B楼面板

68

180

16.3

32.1

3

①②C楼面板局部

③C板大部

 

C30

 

2004.7.1

 

370:80:638:1060:195:5.85

 

 

0.442

 

505

 

200

 

 

20.3

 

35.9

4

①大承台

C30

2003.8.20

292:138:665:1086:170:6.45

0.406

1030

160

18.9

40.7

②大底板

2003.8.28

820.2

160

19.6

36.4

续表

混凝土

施工养护概况

混凝土

失水情况

硬化混凝土的

质量表现

混凝土

体积稳定性评定

1

①即时蓄水养护

②间隔覆盖,浇水

  不失水

   失水

未裂

开裂

稳定

不稳定

2

①不抹压不覆盖不浇水

②抹压、覆盖、浇水

   失水

  不失水

严重开裂

未裂

不稳定

稳定

 

 

3

①不抹压不覆盖不浇水

②紧急覆盖,饱水养护

③抹压、覆盖、饱水养护

   失水

  不失水

  不失水

开裂

裂缝未扩展

未裂

不稳定

稳定

稳定

 

4

①抹压后覆盖浇水,紧接着蓄水养护

②抹压后未覆盖只浇水

  不失水

   失水

未裂

开裂

稳定

不稳定

 

注:1.C:F:S:G:W:A=水泥:粉煤灰:河砂:碎石:水:减水剂;

2.水泥皆为P.O32.5水泥;

3.序号1~3为低钙粉煤灰,序号4为高钙粉煤灰,安定性合格;

4.萘系减水剂,含固量30%。

 

表1汇集了上述几个案例的混凝土技术参数及不同的施工养护工艺,硬化混凝土表现了不同的质量结果。从表1明显可以看出,混凝土早期的收缩裂缝是否发生,混凝土的体积是否稳定,主要的并不是混凝土的原材料和配合比的问题,而是混凝土的施工养护工艺是否合理的问题。因此,如果我们仅从材料学的角度研究混凝土的体积稳定性,就不能抓住问题的实质。  

 

 

2  混凝土体积稳定性问题的实质——混凝土的体系平衡问题

 

一种混凝土,在既定的试验条件下检测它的收缩值,只能是一个结果。路面混凝土胶凝材料用量相对较低,骨料用量较高,坍落度较小,检测的收缩值较??;泵送混凝土、高流动性混凝土胶凝材料用量相对较高,骨料用量较低,坍落度较大,同样的试验条件下检测的收缩值较大。但不管收缩值是大是小,同一种混凝土实际工程中都有开裂与不开裂的实例,说明混凝土的收缩开裂,与试验室条件下检测的收缩值的大小并无直接的关系。因此,试验室里检测的混凝土收缩值的大小,并不能作为衡量实际工程混凝土是否容易开裂的指标。

在试验室的试验条件下,收缩大的混凝土,体积变形大,约束条件下的收缩应力也大,混凝土是更容易开裂。这时,收缩值的大小反映了混凝土体积的稳定程度,符合传统理论。但实际施工中的条件并不等同于试验条件,因此试验室里的试验结果严重脱离工程实际,不能反映具体工程的真实情况。试验室里混凝土收缩值的大小,不是实际工程混凝土体积稳定性问题的实质。

大量的工程事实表明,防止拌合水损失,可以显著提高混凝土的体积稳定性,有效控制混凝土的收缩开裂。我们由此开始认识,混凝土的体积稳定性与拌合水密切相关,与混凝土施工养护工艺的合理性密切相关。我们由此也开始认识,混凝土体积稳定性问题的实质,是混凝土在环境中的体系平衡问题。应用混凝土的水化产物填充理论[2]和体系平衡理论[3],可以很好地解释上述这些现象。现以实例1为例,作简要的分析。

实例1的混凝土强度等级为C30,采用P.O32.5水泥。胶凝材料用量较高,水胶比较小。减水剂的掺量较小,萘系减水剂含固量30%,掺量只有1.2%。坍落度也不是很大。这些因素决定了混凝土不泌水、不离析,是高性能的混凝土。试验表明,这种混凝土很容易实现高抗渗。高抗渗高性能的混凝土,充水空间足够小,可以承受体系的自重,故混凝土密实成型后,表面没有出现泌水。由于不泌水,混凝土体内不存在水的迁移,各物料颗粒的位置相对固定,这时的体系没有内应力,是一个很好的平衡体系,拌合物具有良好的体积稳定性。

混凝土表面低于地面的4个承台,采用即时水养护。由于养护水对混凝土表面的?;?,表层混凝土的拌合水不会蒸发损失,保持在原来的充水空间。表层以下混凝土的拌合水也就不会发生迁移,整个混凝土体系保持着原状,保持着平衡状态,混凝土体积仍是稳定的。

随着水泥的水化,水化热开始使混凝土内部的温度上升。由于温差的作用,混凝土内部的水化热逐渐向混凝土表面传递。养护水不断吸收水化热,使混凝土内部的升温速度和水化热峰值都得到有效的降低。养护水的温度逐渐升高,混凝土表面的温度也跟着逐渐升高,这样又有效地降低了混凝土内外的温差。由于养护水的?;ぷ饔?,混凝土内的拌合水仍然没有损失,混凝土的充水空间已逐渐被水化产物填充密实,并将充水空间切断,混凝土实现高抗渗。这时的混凝土体系仍然是良好的平衡体系,没有内应力,或内应力很小,混凝土体积是稳定的。

如果混凝土的胶凝材料用量较低,水胶比较大,减水剂的掺量又高,坍落度也大,这种混凝土很容易泌水离析,拌合物体系是个不稳定的体系。振动密实成型后的一刹那,可以得到极短暂的平衡。之后在自重力的作用下,固体物料发生沉降,将充水空间多余的拌合水挤压排出,混凝土产生泌水?;炷撩谒墓?,就是体系由不平衡向平衡转化的过程,也是体系由不稳定向稳定转化的过程。充水空间不断变小,当充水空间小到可以承受体系的自重时,泌水停止,各物料颗粒的相对位置固定,体系达到平衡。

因为面上有积水,内部有丰富的泌水通道,这种混凝土不宜采用即时水养护。泌水结束后,先将泌水排走,初凝前最好实施二次振动,封闭泌水通道。然后抹压混凝土的表面,提高表面的密实度。二振后的混凝土内部缺陷得到彻底消除,体系没有内应力,成为一个良好的平衡体系。抹压后应立即蓄水养护,防止混凝土失水,就可以保持体系的平衡,保持体积的稳定。

覆盖麻袋的几个承台,与蓄水养护的承台使用的混凝土是一样的,密实成型后的体系,是平衡的体系。但一次抹平后的混凝土表面,没有覆盖,在不利的气候环境(风吹、日晒)影响下,表层混凝土开始失水,形成失水通道,产生内应力。内应力出现在表层,表层混凝土就偏离了原来的平衡,成为不稳定的体系。这种混凝土的水胶比较小,混凝土的充水空间小,水的迁移速度较慢。当表层混凝土因为失水产生应力而收缩时,内层的混凝土没有失水,没有收缩。这样,表层混凝土的收缩受到了内层混凝土的约束,产生应力集中。随着失水的增多,内应力增大,表层混凝土受约束而积蓄的应力也逐渐增大。这时的混凝土还没有抵抗能力,很快产生裂纹。

混凝土虽然开裂了,但还没有凝结。如果没有适当的处理工艺,让混凝土继续失水,裂缝将很快扩展。至凝结时,有可能扩展成较大较深的裂缝。让混凝土带着这样的裂缝进入硬化阶段,将造成难以挽回的后果。应在初凝前对表层混凝土进行二次抹压,消除已经生成的裂缝,消除因失水而生成的连通的孔隙缺陷?;炷帘砻嬉蛭锤茨ㄑ苟俅蚊苁?,所有的充水空间重新被拌合水全部充盈。缺陷被消除了,内应力也消除了,表层混凝土重新建立了体系的平衡,与内层混凝土一起,凝结硬化前实现了混凝土整体的体系平衡。

二次抹压后,如果立即蓄水养护,也会达到即时水养护的几个承台同样的效果。但这几个承台是覆盖养护,而且不是二次抹压后立即覆盖,而是等到混凝土硬化以后。只盖一层麻袋,也不衔接,麻袋之间有较大间隔。从抹压结束至混凝土终凝,历时较长,这时间内因抹压而重新充盈充水空间的拌合水又开始损失。至覆盖时,表层混凝土又形成了新的失水通道,又产生了新的应力。覆盖后,浇在承台面上的水,流走的流走,蒸发的蒸发。养护水在承台面上滞留的时间并不长,承台表层混凝土长时间处于失水状态。水泥细度较细,水化快,混凝土发热也快。在热应力和不利气候环境的内外夹攻下,混凝土体内的拌合水损失更快。失水通道向深处发展,表层积蓄的应力不断加大,裂缝也不断扩展,表层混凝土再次成为不稳定的体系。

对薄壁构件而言,表层混凝土的拌合水损失后,底层混凝土的拌合水逐渐向上迁移补充。表层开裂后,内层失水加快,失水通道很容易贯通至底面。因此裂缝很容易贯穿薄壁构件。厚大体积的构件则不同。内层深处的拌合水向上迁移需要一定的时间。如果硬化温度正常,这时间内底层的混凝土已硬化。由于硬化期间不失水,底层的混凝土可以实现高抗渗。实现了高抗渗的混凝土,可以减缓拌合水的损失。因此厚大结构的混凝土,即使表层开裂,但因为中下层的混凝土实现了高抗渗没有裂缝而保证了整体的防水功能。至于厚大结构的混凝土底板同样因为裂缝贯穿而丧失了防水功能,应该甚为少见,表明混凝土在凝结之前以及硬化的过程中,失水都是非常严重的了。

这种在不长的时间内让裂缝贯穿的构件,从混凝土密实成型之时开始,体系就一直处于不稳定的状态,体积也一直不稳定。密实成型结束时,体系有短暂的平衡,接着体系失水,由于应力的作用,体系很快偏离平衡。随着失水增多,内应力积蓄增大。内应力越大,体系偏离平衡越严重,体系越不稳定。当体系维持平衡的能力达到了极限(此时的混凝土抗拉极限)的时候,原有的平衡就被打破,混凝土开裂,内应力积蓄的能量得到释放??蚜说幕炷撂逑?,建立了新的平衡。这时如果能够加强养护,混凝土不再失水,不再产生新的应力,体系就可以保持这种平衡,保持体积的稳定(如实例3之②)。但是,裂穿了混凝土,往往是在整个裂穿的过程中,都没有得到有效的养护。这种平衡仍然是短暂的。由于体系继续失水,又产生了新的应力,体系很快又偏离了刚建立的平衡。如此连续失水,平衡与不平衡不断地相互转换,平衡周期很短,混凝土反复开裂,裂缝不断扩展,直至贯穿。

由以上分析我们不难理解,混凝土的体积稳定性问题,主要的并不是混凝土本身的材料特性问题。试验室里的研究,只符合试验室里所给定的试验条件。在该条件下它的结论是正确的,但并不符合工程实际。实际工程中的施工环境条件与试验条件有很大的出入。条件变化了,结果也不一样。因此,从材料学的角度,企图通过减小或补偿混凝土的收缩,提高它的体积稳定性,并没有抓住问题的实质,因而也就不可能使混凝土工程裂与渗的质量通病得到根治?;炷恋奶寤榷ㄎ侍?,实质是混凝土在环境中的体系平衡问题。体系平衡则体系稳定,混凝土体积也稳定;体系不平衡则体系不稳定,混凝土体积也不稳定。

不管混凝土处于生命过程的哪一个阶段,要保持体积的稳定,必须要保持混凝土在环境中的体系平衡。因此,在施工过程中,为硬化混凝土建立一个高平衡度的平衡体系,在之后的受役期间,采取有效措施保持体系的平衡,这对于提高硬化混凝土的体积稳定,提高它的抗裂能力,提高混凝土工程的耐久性,非常重要。

 

3  混凝土的拌合水是维持体系平衡、保持体积稳定的关键因素

 

由以上对工程实例的分析,可以得出结论,混凝土配合比的拌合用水,在混凝土密实成型以后,是维持体系平衡、保持体积稳定的关键因素。拌合水损失,失水通道构成连通的毛细孔隙缺陷,不但使混凝土的抗渗性能降低,由于这些缺陷产生内应力,还会造成混凝土的开裂。拌合水不损失,能够保持在混凝土密实成型后的原位,充水空间不形成水的迁移通道,水化产物就可以将充水空间完全填充密实,混凝土中的孔隙得到充分的细化,成为对外封闭且相互独立的孔,混凝土因此实现了高抗渗。由于不存在连通的孔隙缺陷,最大限度地消除或减小了收缩内应力产生的条件。高抗渗的混凝土体系,是平衡性良好的体系,体积稳定的体系。这也就是混凝土实现高抗渗后能够防裂的道理。

我们必须从理论上树立混凝土配合比的拌合用水在混凝土密实成型后不可以损失的观念。防止拌合水损失,只能通过养护工艺得到实现。这是养护工艺的真正目的?;炷琳穸苁党尚秃?,其所有充水空间均被拌合水充盈,拌合水不损失,保证了胶凝材料早期的水化硬化是在充水空间被拌合水全部充盈的条件下进行的。只有在这样的条件下,水化产物才可以将充水空间完全填充密实。这种不失水的养护(完美湿养护)是我们为硬化混凝土建立良好平衡体系的保证条件。实现了高抗渗的混凝土,还需要继续防止拌合水损失,才可以继续维持体系的平衡。所以,在混凝土生命过程的各个阶段,要有效防止它的变形开裂,都要防止拌合水的损失。拌合水是保持混凝土体积稳定的关键因素。

A.M.内维尔在《混凝土的性能》一书中,对混凝土养护的目的是这样表述的:“养护的目的是保持混凝土饱和或尽可能饱和,直到新拌水泥浆体中最初由水填充的空间被水泥水化产物填充到所期望的程度?!?SUP>[4]这里,“所期望的程度”就是一个模糊的概念。

什么叫“混凝土饱和”?书中没有直接解释。如果“混凝土的所有充水空间均被拌合水充盈” [2]即是混凝土饱和,那么这种对养护目的的表述是正确的,也是准确的。但该书下文接着说:“为了保证混凝土水化持续进行,混凝土内相对湿度应不低于80%,当周围空气相对湿度不低于此值时,混凝土与周围空气之间基本不发生水分迁移,不需要有效养护来保证后续水化?!?SUP>[4]上下文对照,可以理解为,所谓的混凝土饱和,并不是“所有充水空间均被拌合水充盈”,而是保持混凝土内相对湿度不低于80%。

该书在混凝土学术领域权威性极高,代表了以往混凝土理论关于混凝土养护目的的表述。按照以往的理论,养护是为了满足胶凝材料达到一定程度(所期望的)水化的需要。因此,只要相对湿度不低于80%,可以不需要有效的养护,也就是可以允许混凝土中的拌合水部分损失。结合实际工程普遍存在的放任失水现象,结合长期以来难以根治的混凝土工程裂与渗的质量通病,说明从理论到实际,对于拌合水损失对硬化混凝土质量的不利影响,尤其是对抗渗抗裂性能的不利影响,认识还有待提高。

实际上,只要空气相对湿度低于100%,混凝土就会失水。不管失水多少,混凝土都会产生缺陷,产生内应力。我们不能因为缺陷小而从心理上接受这些缺陷。缺陷的“小”与“大”并没有严格的界限,小缺陷在没有严格控制的情况下很容易变成大缺陷。实际施工中还没有见到有施工单位在施工方案中严格规定了相对湿度80%的养护界限,也很难见到有施工单位在施工现场严格检测环境的相对湿度。实际情况是,不管相对湿度多少,混凝土普遍存在放任失水的现象,导致长期以来混凝土裂与渗的质量问题多多,耐久性问题多多。

为了得到“无裂缝”、“零缺陷”的质量优良的硬化混凝土,我们必须要从理论上树立“混凝土配合比的拌合用水在混凝土密实成型以后不可以损失”的观念,实际施工中要严防或最大限度地减少拌合水损失,保证胶凝材料的水化硬化是在“所有充水空间均被拌合水充盈”的条件下进行的。因此,从严格意义上说,只要空气相对湿度低于100%,混凝土都应养护,防止失水。只有当空气相对湿度长时间达到100%(如南方有时出现连续数天的连绵不断的雾雨天气)时,混凝土才可以不需要有效养护。

混凝土配合比的拌合用水是维持体系平衡、保持体积稳定的关键因素,理论上明确了它在混凝土成型后不可以损失。这一理论观点可为我们提高工程施工质量提供一个明确的准则,帮助我们正确地制定施工方案。根据工程的重要程度,耐久性的要求,防止拌合水损失要控制到什么程度;根据施工现场的条件,人员、设备、环境条件等,控制拌合水损失可控制到什么程度,后者的能力必须达到前者的要求,达不到时需要补充或增加什么条件等。这样,我们工作的目的性更强,针对性更强,很多工作细节也更明朗化。比如,剪力墙、结构柱、结构梁等构件,失水的主要方式为模板吸水和重力失水,应采用吸水性较小的钢质模板或胶合模板,浇筑前应充分润湿模板;应采用不泌水、不离析的坍落度较低的混凝土,以减少重力失水;当发现混凝土由于模板吸水或重力失水较多时,应想法在混凝土初凝前采用二振工艺予以补救。这些施工方案如果得到认真落实,将大大提高混凝土的抗渗抗裂性,提高体系的平衡能力,提高其体积稳定性。

混凝土配合比的拌合用水维持体系平衡、保持体积稳定的重要作用,贯穿于混凝土生命过程的始终。从理论上说,混凝土的整个生命过程,其拌合水都不可以损失?;炷脸嗽缙谑嵋鹂股阅芙档秃褪账蹩淹?,中后期损失的拌合水为混凝土内部的附着水、层间水和结晶水,同样会引起充水空间变形,造成混凝土的收缩开裂。这部分拌合水损失的过程,也是收缩内应力产生的过程,也是中后期混凝土抗渗性能继续降低的过程。由于抗渗性能进一步变差,环境有害介质容易侵入混凝土,侵蚀水化产物,产生膨胀应力,迫使充水空间发生膨胀。这种收缩变形和膨胀变形,都源于混凝土拌合水的损失。所以,混凝土的整个生命过程,都应防止拌合水的损失。只有防止拌合水损失,混凝土才能保持高抗渗,才能维持体系的平衡,保持体积的稳定。提倡对耐久性要求高的混凝土,采取?;ご胧?,外加?;げ?,避免直接暴露在大气中?;虿捎蒙感院芮康奶刂纸耗牧?,对表层混凝土孔隙作封闭处理,提高表层混凝土的致密程度。这样,可以进一步提高混凝土的抗渗透能力,有效防止拌合水损失,防止环境有害介质侵入混凝土,提高其抗不平衡因素干扰的能力,以长时间地维持体系的平衡(延长体系的平衡周期),保持体积的稳定。

 

4  结论

 

(1)混凝土的体积稳定性反映了混凝土抗体积变形的能力。研究混凝土的体积稳定性,对于提高混凝土的抗裂性能、提高硬化混凝土的质量、提高建筑工程的耐久性、推动混凝土的技术进步,有重要意义。

(2)混凝土商品化以后,早期开裂频频发生,表明混凝土的体积很不稳定。工程实践证明,这主要不是混凝土的材料特性问题,而是我们对混凝土的生长发育规律和硬化规律认知不够。实际施工中普遍存在放任失水的现象,背离了混凝土正常生长发育的规律,混凝土体内因失水而产生应力,混凝土得不到正常的生长发育,体积就难以稳定。

(3)传统的收缩理论未能对混凝土的体积稳定性作出确切的解释,我们的防裂工作因此常常陷于被动,混凝土工程裂与渗的质量通病难以根治。大量的工程实践证明,仅从材料学的角度研究混凝土的体积稳定性是不够的?;炷恋挠不桃约坝不蟮氖芤劢锥?,无时不受环境因素的影响。离开环境因素研究混凝土的体积稳定性,就不能抓住问题的实质。

(4)混凝土体积稳定性问题的实质,是混凝土在环境中的体系平衡问题。体系平衡则体系稳定,混凝土体积也稳定;体系不平衡则体系不稳定,混凝土体积也不稳定。因此,不管混凝土处于生命过程的任何阶段,要保持它的体积稳定,首先要保持它在环境中的体系平衡。

(5)如果不考虑外力的作用,破坏混凝土的体系平衡、造成体积不稳定的主要因素是混凝土体内滋生的应力,包括收缩应力和膨胀应力。收缩应力是由于拌合水损失而产生的,这一过程伴随着混凝土生命的始终,尤以凝结硬化阶段最为剧烈。连续的失水形成失水通道,这些失水通道就成为收缩内应力产生的母体。连通的毛细孔隙缺陷同时造成了混凝土抗渗性能的降低。膨胀应力则主要产生在混凝土的中后期,环境有害介质侵入混凝土内部,水化产物受蚀变质,发生膨胀,产生应力。这两种应力的产生都与混凝土的抗渗性能降低密切相关。因此,利用高抗渗切断毛细孔通道,防止形成连通的孔隙缺陷,防止外界有害介质的侵入,是预防或减小应力的产生,保持混凝土的体系平衡、保持体积稳定的有效方法。

(6)在混凝土的凝结硬化阶段,为硬化混凝土建立一个稳定性好的平衡体系,对于提高硬化混凝土质量、提高混凝土的工程质量非常重要。如果混凝土在凝结之前或硬化过程中失水过多,其体系就已经是不稳定的体系??稍诔跄岸员砻娼卸文ㄑ?,或对混凝土实施二次振动工艺,消除失水通道,消除内应力。抹压后立即养护,防止混凝土继续失水,混凝土因此可以实现高抗渗。高抗渗的混凝土体系,内部应力小,平衡度高,抗不平衡因素干扰能力强,体系稳定,混凝土的体积也就稳定。通观混凝土的整个生命过程,要实现和保持混凝土的高抗渗,就必须防止拌合水损失。因此,混凝土的拌合水就成为维持混凝土的体系平衡、保持体积稳定的关键因素。不管是理论还是实际,我们都必须树立“混凝土配合比的拌合用水在混凝土密实成型以后不可以损失”的防裂新观念。

 

参考文献:

[1] 甘昌成. 混凝土收缩裂缝控制及提高硬化混凝土质量的若干新观点[A]. 2011’中国与亚洲混凝土可持续发展论坛暨第八届全国商品混凝土技术与管理交流大会论文集[C]. 南宁,2011,11:184~203

[2] 甘昌成. 混凝土的充水空间与水化产物填充理论[J]. 混凝土技术,2011(2):4~11

[3] 甘昌成. 混凝土的体系平衡理论[J]. 商品混凝土,2011(6):22~25

[4] A.M.内维尔著;刘数华,冷发光,李新宇等译. 混凝土的性能[M]. 中国建筑工业出版社,2011

 

 

[作者简介]甘昌成(1950-),男,建材专业,高级工程师。曾经工作单位:重庆建筑大学,广东省鹤山市建力混凝土有限公司。长期从事建材科研、实验教学、质量检测以及混凝土的生产质量控制和应用研究。已退休,现为环波公司技术顾问。

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