混凝土强度不足与原因分析

应用预拌混凝土的工程，当需方向供方反映现场成型的试件抗压强度或非破损、半破损检测强度不合格时，供方如何说明或证明所供应的混凝土是合格的，是一件很麻烦的事。实际上这是一个存在“真”和“假”的问题。无论真不合格还是假不合格，对于供方来说，都是一件急需处理而又棘手的问题，棘手主要源于弱势地位。真不合格自会经权威专家论证，并作出处理；但“假”不合格的原因也很多，如果处理方法不当，供方就会承受不白之冤。按《预拌混凝土》GB/T14902-2012标准规定，预拌混凝土强度的验收是以标准养护试件为依据。因此，本文中所述的“真不合格”系搅拌站原因造成的，如原材料、配合比及生产等环节控制不严。而“假不合格”则是指新拌混凝土本身无质量问题，是由于浇筑振捣、养护、现场试件管理、检验设备与方法等存在问题而造成的。假不合格虽然不是搅拌站的责任，但一定会受到牵连，所发生的损失往往远比需方还要大。现就造成真不合格和假不合格的原因分析如下：1

混凝土强度“真”不合格原因分析混凝土抗压强度不足必将影响结构的承载能力，如果不进行合理的处理，可能就会影响结构安全。引起真不合格的常见原因有：1.1

原材料质量差1.1.1

水泥质量不良（1）水泥的实际强度。水泥的实际强度不可能很稳定，质量控制得好的生产企业波动小，但质量控制较差的生产企业其28d实际强度波动很大，偶尔会出现相差10MPa以上的情况，直接影响到混凝土强度的稳定性，甚至造成强度不足。（2）水泥的安定性不合格。其主要原因是：水泥熟料中的游离氧化钙（CaO）和氧化镁（MgO）含量过多或掺入的石膏含量过多造成。CaO、MgO经过高温煅烧后均呈现“过烧”状态，水化十分缓慢，严重时能使水泥石开裂。当石膏含量过多时，在水泥已经硬化后，它还会与固体的水泥铝酸钙反应生成高硫型水化硫铝酸钙，体积约增大1.5倍，引起水泥石开裂。需要注意的是有些安定性不合格的水泥所配制的混凝土表面虽无明显裂缝，但强度极度低下。1.1.2

骨料质量不良（1）石子强度低。当石子强度低于混凝土配制强度时，导致混凝土强度不足。（2）人工砂的总压碎值大。人工砂的总压碎值对混凝土强度有明显影响，使用总压碎值在30%和15%的两种人工砂配制混凝土，前者比后者混凝土强度约低3～4MPa。（3）骨料中含泥量大、泥块含量大、有害物质含量高、海砂中贝壳含量多、粗骨料中针片状颗粒含量大等，使混凝土强度下降。（4）石子体积稳定性差。有些由多孔燧石、页岩、带有膨胀粘土的石灰岩等制成的碎石，在干湿交替或冻融循环作用下，常表现为体积稳定性差，而导致混凝土强度下降。1.1.3

拌合水质量不合格拌合水中有机杂质含量高，或者使用污水、工业废水拌制混凝土，都会造成混凝土强度下降。1.1.4

外加剂质量不合格或组成配比不当目前，混凝土外加剂产品市场竞争激烈，价格战的结果就使原材料以次充好的现象时有发生，用户过分追求降低价格也是原因之一。外加剂的组成配比不当：在防冻剂中，防冻组成数量不足；在泵送剂或缓凝减水剂中，缓凝剂的用量过大或羟基羧酸盐缓凝剂未随使用温度的升降而增减；早强剂用量过大，配比不当等，都会造成混凝土强度下降。1.2

混凝土配合比及生产控制不当混凝土配合比是决定强度的重要因素之一，其中水胶比的大小直接影响混凝土强度，其他如用水量、砂率、浆骨比等也影响混凝土的各种性能，从而造成强度不足。（1）用水量加大。未及时测定骨料含水率，并按测定的含水率调整生产配合比。（2）未对配合比进行试验试配验证，随意套用配合比。（3）外加剂超掺严重，会造成混凝土强度永久性不足。同样，掺量少也会降低混凝土强度，特别是有减水功能的外加剂，如泵送剂、减水剂等，由于掺量的减少，往往会增加水的用量，从而造成混凝土强度不足。（4）计量装置失准，生产配合比严重失控，造成混凝土强度不足。（5）搅拌时间太短或过长，造成混凝土不匀。2

造成混凝土强度“假”不合格的原因分析造成混凝土强度“假”不合格的原因主要有：需方方面的、检测设备与方法方面的、抽样代表性方面和思维观念方面的等。2.1

需方原因（1）个别需方动机不纯，拿出不合格虚假报告或根本不出示报告，但以强度不合格作为欠帐的理由，或提出扣除部分货款。（2）浇筑时随意往混凝土中加水、振捣不实、模板漏浆严重等。（3）对浇筑的混凝土养护不当，如早期缺水干燥，受冻等。（4）试块管理不善：1）许多施工现场没有设置标准养护室，或有养护室，但温湿度达不到规定要求。2）有的需方试件成型后露天放置几天后才脱模，或试件脱模后随便找个地方“养护”，有些试件被撞坏，造成强度偏低。3）有的需方试件成型人员不按规定制作试件，振捣不实；有的试模尺寸不符合规定要求。2.2

检测设备与方法2.2.1

采用回弹法检测结构实体混凝土强度近年来，采用回弹法检测结构实体混凝土强度而引发的问题和纠纷越来越多，矛盾十分突出；在多数情况下，主要依靠潜规则解决由回弹法引起的“不合格”，回弹法已成为我国建筑行业的热点问题。回弹法有一定的局限性，精度不高，因此未能成为世界各国公认合理的方法。目前，公认最接近结构实体混凝土强度的是同条件养护试件强度。虽然主编单位已对JGJ/T23-2001标准进行了修订，并经批准发布了新标准JGJ/T23-2011。但是，回弹推定强度偏低误差大现象依然存在，新标准并没有解决根本问题。因此，回弹法仍是公正性极差的检测方法，所带来的矛盾和纠纷必将继续。由于介绍回弹法检测的文章较多，其公正性、科学性和先进性屡遭质疑。因此，本文此处其他方面不再叙述，只重复一下本人对回弹仪精度问题观点：目前，我国常用于检测结构或构件混凝土强度的回弹仪，系标准能量为2.207J，示值系统为指针直读式的中型回弹仪。按规程要求，回弹仪在工程检测前后，应在钢砧上作率定试验，率定时平均值80±2为符合要求。懂回弹检测的技术人员都知道，率定值偏高或偏低将直接影响到结构实体混凝土回弹硬度值，假如使用率定时平均值分别为82和78的两台回弹仪对混凝土结构进行回弹检测，到底回弹硬度值相差有多大？假如相差3个回弹值，其推定强度则相差5～7MPa，如果再加上率定回弹仪用的钢砧（洛氏硬度HRC为60±2）的偏差，两者叠加时，那误差就更大了。因此，回弹仪的精度对推定强度有明显的影响，存在较大的误差，仅回弹仪精度问题，就可造成所谓的“合格”与“不合格”生死之别。2.2.2

钻芯法检测混凝土强度这种方法有一定的可信度，但仍有一定的局限性。芯样强度并不完全代表结构实体中的混凝土强度。因为钻芯过程中会对芯样造成干扰和伤害。这种伤害的积累将降低芯样的实际强度，对高强混凝土尤为明显。此外，钻取的芯样在试验前要磨平端面或进行坐浆处理，操作误差也将影响试验结果，如芯样试件的直径、平整度、垂直度等偏差大，导致芯样抗压强度比实际结构强度低20%～30%很正常；且操作复杂，成本高，伤害结构和芯样试件。因此，钻芯一般仅作复核、校准之用，难以作为普遍推行的方法。2.2.3

试验机对抗压强度的影响长期以来，人们总习惯将影响混凝土强度的不确定因素归结为混凝土本身的离散性，往往忽略了试验机对抗压强度的影响，事实上试验机由于本身各种特征的差异，对于混凝土强度试验结果具有很大影响。质量相同的试件在不同试验机上试验，强度差异有时可达20%

以上；即使是同一台试验机，试验结果也有相当波动，差异不但体现在强度大小上，有时试件的变形破坏模式也有所不同。（1）球座的影响试验机设置球座的目的，在于保证在试验加荷以前，即试件表面和端板逐步接近但还未接触的调整准备期间，有一个端板可以自由旋转，以补偿试件两面不够平行的缺点，均匀地对整个表面加荷。为保证旋转自由，球座一般设置在上承压板上，这样可以减少或消除摩擦力。通常认为，球座的自由旋转只应以初始一段准备期为限。一旦试件受力开始试验，从某一相对低荷开始，球座应被有效制动，不再旋转。此时应要求两端板无旋转地相对平行接近靠拢。在使用某些润滑剂的条件下，早期的摩擦力可能大到足以妨碍自由旋转，而后期有不足以有效地制动，锁住球座。球座对于强度指标及断裂破坏模式具有重大影响，关键问题是球座倾侧、旋转的自由程度如何。球座的表现不但和润滑剂关系密切，并且还和面积大小、接触形式、表面加工抛光、接触面半径等许多因素有关。如果球座旋转的自由程度失常，球座发生一定倾侧不能自动找平，试件的一个侧面出现过度压坏，所产生的试验结果误差较大，且很难确定，这与上、下承压板的平面平行度差距有关。由于试件本身内在不均匀（如沉降分层）的影响，使得这一误差进一步复杂起来。（2）偏心率的影响试件安装时很难做到完全对中，多少总存在一些偏心。即使试件和试验机相对位置能较好对正，而试验机各部件在对中方面也未必十分理想。偏心率产生弯曲力矩，导致应力分布不均匀，使试件一侧压碎，是影响强度的重要因素。对中不良的影响实际上并不单方面由安放试件偏心率决定，而和试验机特点有关。球座经过良好润滑或不加润滑表现不同，会在强度上造成巨大差别。在球座有良好润滑的条件下，当球座中心与试件中和轴重合时，强度最大。2.3

抽样检验为确定产品是否合格，必须进行检验。检验方式可分为逐个检验和抽样检验两种。混凝土拌合物是一种塑性材料，其性能的检验只能采用抽检的方式进行。混凝土的匀质性很差，体系复杂，具有微结构的不确知性和性能的不确定性。因此，欲使抽样更接近于真值，必须增加抽样数量，抽样数量越多，代表性越好。对于某一结构混凝土来讲，为使抽样具有一定的代表性，强度的抽样数量一般不少于10组。过少数量则很难代表混凝土的整体强度，其错判概率相当大。但在实际操作中又不可能抽取大量试样，这就势必影响检验结果的代表性，造成过失误差也就在所难免，特别是同一检验批只成型1组混凝土试件时,更容易造成“假”不合格问题的发生。另须注意的是，在抽样检验制作试件时，应测量试模是否符合《混凝土试模》JG3019标准中技术要求的规定。有些小制造厂生产的试模存在质量问题，根本达不到标准技术指标要求，检测人员在试验前也没有测量试件尺寸的习惯。因此，当发生试件不合格时，无法提供可追溯性的分析依据。2.4

不正确的思维观念根据《混凝土强度检验评定标准》GB/T50107的规定，混凝土强度的验收是按“批”而不是按“组”评定的。但遗憾的是，仍有许多施工单位或工程监理按试件“组”的方式来确定合格与否，因此不允许试件28d强度有低于强度标准值100%的情况出现，甚至要求必须达到115%以上；还有要求7d强度就必须达到100%的情况，否则就要找搅拌站说事。这是一种错误的观念,不仅不符合评定标准要求，而且与JGJ55规程也不相符。无论是GB/T50107标准还是JGJ55规程，所考虑的强度合格概率都是95%，而非100%。有少量试件组的强度代表值小于标准值完全是有可能的，也是正常的。只要其大于最小值的验收界限，该验收批仍可评定为合格。我国现行行业标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55中，规定混凝土的配制强度为：fcu,o

≥

fcu,k+

1.645σ式中

fcu,o——混凝土配制强度（MPa）；fcu,k——混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；σ——混凝土强度标准差（MPa）。式中1.645是与合格概率相对应的系数，即合格概率为95%，这同世界大部分发达国家是一致的。关于系数与合格概率的关系，见表1。从表1中可以看出，几乎不允许一组试件出现不合格的合格概率为99%，相对应的系数为2.33。合格概率的提高将增加混凝土成本，在一般情况下不宜过分提高合格概率。举个例子：混凝土立方体抗压强度标准值为40MPa，强度标准差为4.0MPa，按系数1.645和2.33计算混凝土配制强度可知：系数1.645的配制强度为46.6MPa；系数2.33的配制强度为49.3MPa。后者比前者高2.7MPa，约需提高胶凝材料用量20kg/m3左右，否则必须提高外加剂掺量，适当降低水胶比后才能实现。因此，提高合格概率显然存在“强度第一”的观念，带来的结果则是水化热增大、流变性能变差（和外加剂的相容问题）、抗化学腐蚀性下降、收缩增大、开裂敏感性增加对混凝土耐久性产生不良影响。清华大学廉慧珍教授指出：“大量的科学试验和实践证明，混凝土高强不一定耐久，也不一定安全，抗压强度高其它性能未必也高。好的混凝土应是满足工程的各项性能要求和具有最大匀质性、体积稳定而无有害裂缝、便于施工的高性能混凝土。要转变“强度