混凝土质量控制存在的问题及其对策(课件)

我国混凝土质量控制存在的问题及其对策

背景

近十年来，随着经济建设高速发展和城市化进程的快速推进，我国正在经历着人类历史上空前规模的基础设施建设。作为最重主要的结构材料，2009年我国混凝土产量接近30亿m3。目前大型建设工程项目众多，保证混凝土结构工程质量意义重大。混凝土工程质量是不是无患可忧呢？其实远非如此。

京津地区的城市立交桥,当初设计时没有考虑冬天要在道路上喷洒除冰盐,同样使钢筋腐蚀导致10来年后就要大修甚至不得不拆除。山东有座大桥建在盐碱地上,只用了8年,现已部分拆除并重建。

建成后11年的宁波北仑港码头混凝土梁

在富水压环境的地下工程混凝土溶蚀问题在地下工程、隧道工程中，水泥混凝土在富水压条件下的溶蚀现象是一种特殊的软水侵蚀，应该引起我们的注意。建筑业的科学发展观首先是可持续发展老子在道德经中说：天地所以长且久者,以其不自生,故能长久。与宇宙万物协调发展与存在是我们唯一正确的选择。老子又说：天地不仁，以万物为刍狗。告戒我们应该体恤、敬重世间万物。庄子说：爱人利物之谓仁，也是此理。体现在建筑行业上就是要物尽其用。就是要最大限度地延长建筑物的使用寿命。以减轻对生态与资源的压力。建筑物的质量不仅体现在早期安全性、经济性；更重要地是体现在长龄期安全服役。温室效应—我们必须面对的严峻课题联合国秘书长潘基文2007年11月9日踏足南极大陆，在考察全球变暖对南极的影响后，他在10日发表声明时强调：“南极处在灾难的边缘”，呼吁国际采取措施以防情况进一步恶化。声明同时称：冰块的融化速度远远超过我们的想像。现在不马上采取行动，在不远的将来，冰块可能从南极大陆消失。潘基文说：“情况是紧急的。对紧急的情况，我们需要紧急的行动。”联合国秘书长潘基文当天发出警告：“世界正处于重大灾难的边缘”。他呼吁各国政府付出更大努力对抗全球暖化，并指出南极冰盖融化可能导致海平面上升6公尺，淹没包括纽约、孟买和上海在内的一些沿海城市。潘基文当天在《国际先驱论坛报》发表的评论中说：“我不是吓唬你们，但我确实相信我们已处于临界点”。

制备混凝土的资源并非取之不尽、用之不竭，硅酸盐水泥生产还有污染环境严重的弊病。总之，在21世纪混凝土技术的发展面临新的挑战。

国内建筑“三十而夭”

按照我国《民用建筑设计通则》的规定，重要建筑和高层建筑主体结构的耐久年限为100年，一般性建筑为50-100年。然而，现实生活中，我国相当多建筑的实际寿命与设计通则的要求有相当大的距离。与欧洲住宅平均寿命在80年以上、美国住宅平均使用年限也有44年相比，我国住宅的平均寿命却不过三四十年。观念上轻视混凝土技术，错误地认为混凝土没有什么技术含量，严重影响混凝土技术进步。其实混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂的体系。混凝土质量存在的问题与原因

混凝土质量存在的问题与原因掺入组分太多，管理水平对当代混凝土技术适应性较差，上错料的问题时有发生；搅拌机搅拌时间太短，混凝土的多组分无预均化工序，存在拌和物匀质性的问题混凝土质量存在的问题与原因混凝土原材料品质无法保证混凝土质量，例如我国砂石存在的含泥量过高、无级配可言、粒形差的问题严重。

如果不能用足够包裹骨料的最少量的浆体和最大量的骨料组成具有工程所需要的良好施工性能的拌和物，是不可能得到耐久的混凝土的。混凝土质量存在的问题与原因我国混凝土质量比西方国家的差，主要原因在于骨料的质量；骨料质量首先不是强度，重要的是使用级配和粒形良好的骨料可以得到最小用水量的拌和物。混凝土质量存在的问题与原因

已故我国老专家蔡正咏在上世纪80年代初就说过：我国混凝土质量不如西方国家的，原因就是石子质量太差。但是那时我国石子随机取样的空隙率一般都在40-42%，而理想粒形和级配的石子孔隙是36-38%。现在，我国市售石子空隙率已达45%以上，甚至超过50%！这就使我国混凝土的水泥用量和用水量比西方国家混凝土水泥用量和用水量约多用20%。存在的问题与原因没有把骨料做为一种产业来对待，砂石标准形同虚设，致使石子中泥块等软弱颗粒含量和砂子中的含泥量都大大超标，粒形很差，级配不良。不仅浪费砂石资源，而且也造成用水量很大，严重影响混凝土的体积稳定性，影响混凝土的耐久性。存在的问题与原因混凝土质量控制与检测责任不明，方法不当；施工现代化程度虽然提高，但施工队伍素质差，野蛮施工，不讲职业道德；混凝土结构施工方法不能与当代混凝土相适应，尤其表现在施工养护方面；存在的问题与原因

高质量的混凝土结构是需要混凝土结构设计单位、混凝土原材料供应商、混凝土搅拌站、施工单位、监理单位、检测与建筑质量管理机构共同努力建造的。而目前混凝土结构设计单位、施工单位、监理单位人员总体上对当代混凝土的发展与特点既不了解，也不愿意学习，一有问题就往混凝土搅拌站身上推；

存在的问题与原因施工单位不适当地加快工程进度,追求施工速度。政府建设管理机构对工程进度应符合现代材料制备规律的常识认识不够，没有严格限制和控制过快的工程进度。其实，混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证；高早强有损混凝土长期性能。早产有损生命健康的概念同样适用于混凝土；

建造实践需要进行一些变革

即使正确地限定了原材料和拌和物配合比，并且小心地遵循施工规程，认为可以根据现有的实践建造耐用和持久的混凝土结构仍然是不现实的。这是因为在20世纪里，材料和建造实践首先是为了满足快速建设的需要，事实已经证明：这对暴露于严酷环境条件下运行的混凝土结构耐久性是有害的。我们在建造耐用和环境中持久的混凝土结构时，必须牺牲一些建设速度，显然，这需要政府主管部门、业主、营造商与设计者转变观念。建造实践需要进行一些变革

由于20世纪发生的巨大变化，仍然认为快速施工是有利于社会的概念是成问题的。从全球来看，劳动力不短缺，但是我们面临人为气候变化的严重问题，这使得一些建筑材料，例如钢材和混凝土给环境带来很大代价的产品生产成为引人注目的中心。因此，保护材料的生产，而不是施工速度，应该成为21世纪混凝土业新的关注点。存在的问题与原因由于混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为衡量标准,又倾向于追求高早强，导致水泥工业对水泥强度的不适当追求,使水泥细度增加,早强的矿物成份比例提高,这些都不利于混凝土的耐久性；

存在的问题与原因在20世纪进行大量的现场调查表明：自20世纪30年代以来，无论水泥，还是混凝土的强度都提高了，而这通常伴随着劣化问题相应地加剧。

混凝土自早期强度较低、徐变松弛作用明显向早期强度发展迅速，因变形受约束引起较高的内应力，从而带来混凝土结构易于开裂、过早劣化，造成潜在的耐久性问题，已经日益受到社会的广泛关注。

混凝土的强度等级（龄期28天抗压强度）与耐久性之间并不一定存在相关性，例如掺入粉煤灰后的早期强度往往有所降低（现代的掺粉煤灰技术也可以做到不降低），而抗氯盐侵入的耐久性却能成倍增加；混凝土引气后的强度也会受到影响，但抗冻融等多种耐久性能可有极大改善。

混凝土强度和耐久性具有直接关系的概念，仍然成为配制耐久混凝土的核心思想。许多人认为“混凝土强度愈高，它在严酷环境下就愈耐久”。但这需要一个重要的前提就是混凝土是成型密实的，缺陷尽量少的、体积稳定性的。

认为混凝土强度越高，结构就越耐久的概念没有被现场实际经验所支持。高早强的混凝土更易于开裂，在侵蚀性环境中劣化更迅速；规范应该修正，足够地强调这一点。我们必须认识到一个重要问题是

保证水密性和耐久性起重要作用的，不是在使用条件下混凝土的强度，而是混凝土的坚固性(soundness)(不裂)高强混凝土与高早强混凝土

高早强混凝土从施工速度的观点受到建筑工业的青睐，但更易开裂。按照最近夏比罗(Shapiro)的报告，桥墩墩帽的开裂使台北一座11km长的高架车道延迟了开通，裂缝并不直接对结构的安全造成威胁，但能影响这结构100年的设计寿命。报告说采用高水泥含量的富混凝土是开裂的一个因素。承包者显然想到超过设计强度有助于加快施工。

美国有10万座以上桥面结构甚至在龄期不足一个月时就出现横向裂缝，并作出以下结论:1、温度收缩和干燥收缩的综合，是产生绝大多数裂缝的原因，而不是混凝土硬固后的交通荷载或振动。2、一般地说桥面梁用高强混凝土，这些混凝土具有早期的高弹性模量。因此，对于某一给定的的温度变化或干燥收缩量，它们就会产生较高的应力，而最重要的是混凝土用来缓解这些应力的徐变却很少。

Rogana等发现我们面临的两种选择:一种是采用通常的材料和配合比，不能在早期产生高强度，但能产生一种坚固的混凝土(soundconerete);另一种是采用昂贵的材料和方法，试图对已透水混凝土中的钢筋提供保护。存在的问题与原因作为现代混凝土重要组成部分的矿物掺和料，没有形成具有规模的、质量稳定的原材料供应产业。优质矿物掺和料供应不足的问题日益显现。使用大掺量矿物掺和料的混凝土SO3不足，致使混凝土早期强度、凝结慢、收缩大，与减水剂相容性差。采取提高比表面积的措施以提高矿渣活性，使混凝土降低温升的效果差，自收缩增大，开裂敏感性增加，早期强度低；存在的问题与原因但坍落度太大时，粉煤灰颗粒易上浮发生泌浆以及由此引起的质量问题；早期孔隙率大，碳化问题较突出；对水敏感，在无保湿的条件下，因内部黏度增加，阻碍持续泌水而会加剧塑性开裂的可能性(需加强保水养护)。胶凝材料一体化的设想国外学者在Cementsofyesterdayandtoday；Concreteoftomorrow一文中提出：明天的混凝土将含有较少的熟料，因此水泥业将成为水硬性胶凝材料业，一种向市场提供与水拌和时能硬化的微细粉末的工业。这种使矿物组分，而不是细磨熟料用量增大的做法，将有助于水泥业向更加符合各国政府提出的可持续发展的目标迈进。今天的水泥业沿着这个方向努力已经是非常必要了。存在的问题与原因不把混凝土质量管理和控制技术提到一定高度来重视，等到我们的建设趋于饱和时再提高质量，那么大量资源和能源将已经浪费，因质量差而提前劣化的结构物拆除、重建，又要耗费大量资源和能源，同时给地球增加大量建筑垃圾。存在的问题与原因目前改善我国混凝土结构质量问题有一个纲必须抓住，这就是必须从寻求有效合理的混凝土质量控制技术与体系上下手，克服和抑制各种不利于混凝土结构质量的源头，压制低品质原材料、不合理配合比以及不规范行为的生存空间。

我国现在对混凝土结构的质量控制仍主要检测坍落度（由现场人员检测的操作也缺乏规范性），同时在现场取样，制作标准养护和“同条件”养护的立方体试件，在规定龄期进行抗压强度和其他有关耐久性指标的检测；当对结构部位或工程进行验收，或者对结构强度有疑义时（试件不具有代表性），先使用回弹法平行对比和判断，再有疑问时，用钻芯法进行校核或其他方法综合评定。这样的质量控制体系不仅对混凝土质量的评定是滞后的，而且一旦出现质量问题，难以定责。

我国混凝土质量控制体系现状质量控制体系存在的问题现场检测坍落度由现场人员检测的操作缺乏规范性，一般只是一种形式而已，而且坍落度只表征流动性，并不能全面反映拌和物的施工性，常有坍落度合格而浇筑后却严重离析、泌水的现象，对混凝土质量有很大影响；混凝土规范中对混凝土标养强度试验有严格的试验规程和统一的养护条件要求，但绝大多数施工单位不具备这些条件。首先，取样不规范。施工单位用未经上岗培训的民工取样，往往混凝土输送车一卸料就在泵送入料处随意取样直接放入试模中，缺乏规范性，也缺乏代表性。质量控制体系存在的问题质量控制体系存在的问题其次,养护条件不符合标准要求（标准养护试件预养护温度应为20±5℃），几乎所有的施工现场都不设标养室（尤其是冬季施工），一般只是拆模后等待试验室将试块取走，由承担检测的单位进行标准养护，现场随意性很大。质量控制体系存在的问题此外，在泵送前任意往混凝土拌和物中加水，有时会在加水后再取样，而使混凝土水胶比改变，强度偏低；如果加水前取样，则试样失去与结构相一致的真实性。标养强度实际上只反映混凝土的相对质量(原材料质量、组成成分、配合比、搅拌工艺)而并不反映现场混凝土结构的真实际情况(施工中浇注、振捣、养护、施工状况等的影响、与试件尺寸差别很大的构件混凝土所处环境温、湿度条件和约束的影响等)。“同条件”养护可以比较接近结构混凝土的真实条件，但实际上其所处条件和构件的并不相同。即使“同条件”养护强度也不是结构的实际强度。而且其结果滞后，无法用于施工的过程控制。质量控制体系存在的问题混凝土结构回弹检测抗压存在的问题与思考问题的提出近年来，越来越多的混凝土搅拌站和施工单位抱怨混凝土回弹检测抗压强度存在的问题，具体说有以下两个方面：1、掺加粉煤灰的泵送混凝土用回弹法测定的强度经常出现不合格，但实际结构中混凝土的强度合格。2、有些地区建筑管理与质量监督部门不按照GB/T50344《建筑结构检测技术标准》规定，明明试块强度合格，抽检组数也够，动不动就回弹测强，一测就不够，然后就钻芯、就走关系。学者质疑回弹法测强清华大学廉慧珍教授2007年在《混凝土》发表学术论文质疑“回弹法检测混凝土抗压强度”。主要观点有以下几个方面：

1、材料的硬度和强度不是同一个概念。同一种匀质材料的硬度和强度之间有一定的相关性,而不同材料的硬度和强度之间不能建立相关的关系;同样水胶比的砂浆和混凝土是不同的材料,砂浆的硬度最多只可能与砂浆强度有一定的联系,而相同水胶比的砂浆强度和混凝土强度的关系却依浆骨比和砂率的不同而异。2、混凝土“碳化层”和该混凝土更是不同的材料,混凝土“碳化层”的硬度和内部混凝土的强度没有关系,再基于“碳化层”的硬度引进“折减系数”来推算混凝土的强度,在概念上是错误的。当前混凝土的这个“碳化层”实际上并非碳酸钙层，而是含有CaCO3、Ca(OH)2、未水化的水泥颗粒、未反应的矿物掺和料以及水泥其他水化物等的复合体，其硬度及厚度和混凝土的强度并没有关系,对混凝土的强度来说是没有意义的。碳化对混凝土的影响主要并不是强度,因为只要在掺用粉煤灰后把混凝土水胶比降低到一定程度,28d抗压强度无疑是会满足设计要求的,而且由于现场浇筑混凝土温度的影响,掺粉煤灰的混凝土实际强度总是会比标准养护的相同掺粉煤灰的混凝土试件强度高,并与碳化无关。碳化本身不会造成混凝土劣化,但是Ca(OH)2碳化后分子体积大约可收缩20%,如果先产生干燥收缩,随后再加上碳化收缩,可能在约束条件下产生开裂;更重要的是,钢筋在碱性环境下的稳定性会因碱度降低而受到破坏,引起锈蚀。3、混凝土是复杂的多相非均质材料,回弹值和抗压强度之间没有唯一的关系;不只是不同强度等级的混凝土没有相同的硬度-抗压强度关系,而且相同强度等级的混凝土也未必相同的组成和微结构;即使给定的混凝土,也会因骨料和基体之间的硬度不同以及骨料在矿物学上的变化而会有不同的回弹值。合理的方法是对每一种混凝土都标定其强度-硬度关系“,……当用回弹值估计现场混凝土的强度时,必须和标定时的试验步骤与环境条件相似”。把定到规范中的回弹值-抗压强度关系表格或公式作为通用标准是欠妥当的。

回弹测强标准编制组成员的回应混凝土的抗压强度与其测区的回弹值（表面硬度）之间有一定的关系，该关系是以大量的试验数据为依据并考虑其他影响因素，通过回归分析而建立的混凝土回弹值与抗压强度之间的数学表达式。回弹法用于检测混凝土的抗压强度已在我国得到了广泛的应用，实践证明，采用回弹法推定的混凝土抗压强值，对于处理工程质量问题具有十分重要的意义。尽管碳化会提高混凝土的抗压强度，但碳化对混凝土表面硬度的影响更大。回弹法是研究混凝土的表面回弹值与混凝土强度之间的关系的，它研究的对象就是混凝土，而不是混凝土中的砂浆。况且《回弹规范》中规定在每个测区选择有效的16个测点，计算时去掉3个最大的和3个最小值剩余10计算平均值，已经考虑了石子和气孔对回弹值的影响。

当检测条件与测强曲线的适用条件有较大差异时，还可采用同条件试件或钻取混凝土芯样进行修正。

廉慧珍教授的答复引用毛泽东的话：时代在变化，过去我们熟悉的东西有些要闲置起来，而有些我们不熟悉的东西要尽快熟悉起来。

引用王宏甲《中国新教育风暴》的话：对一个理论的反驳———即对问题的任何认真的尝试性解决的反驳———始终是我们接近真理的前进一步。“把混凝土当作宏观均质且各向同性的材料”，过去在混凝土组分不是这么多、水灰比比较大、总体强度等级比较低、生产和施工控制也没有现在这样复杂的情况下，还算可以，而现在情况正在起着很大的变化，混凝土的非均质性表现得更加突出。不管发明者是谁，在混凝土中使用回弹法总是从金属材料移植过来的，尽管工业上的金属材料也并不是理想的绝对均匀体，毕竟混凝土和金属材料的力学性质和匀质性相差得太大。连金属的表面硬度都很难测准，何况混凝土？表面硬度的检测在金属工业中主要也是用来评价材料匀质性、加工性，并不用于检测其强度。由于碳化前沿确定的困难，目前现场量测方法实在不能为准。混凝土比砂浆碳化前沿更加曲折，如图3、图4所示。当碳化深度较大时，打磨除去碳化层也不现实。有的工程在剔除表面“碳化层”后再检测回弹值，反而比未剔除时的还要高。更重要的是，“碳化”层确实是与混凝土本体不同的两种材料，“碳化层”的硬度和混凝土强度之间不可能有相关关系。因此用对“碳化层”的回弹值根据“碳化层”厚度修正的强度值的方法是不能用的。这是科学概念问题：不同材料的硬度与强度之间是没有关系的，材料的表面硬度和材料的厚度也是没有关系的。当然，混凝土注意控制好配合比、工作性、振捣、模板、养护等环节，例如加强早期养护，保证足够的养护龄期，控制碳化深度，会有利于混凝土耐久性的实现。

JGJ/T23-2001中用回弹法测得的砼强度换算值、平均值、标准差及强度推定值,均不参加砼抗压强度的评定,只作为处理砼质量问题的依据。既然回弹法测强度不作评定依据,回弹法测强报告也不做评定,那么我们如何评价回弹法测强结果呢?当回弹法测强报告中有关数据不能满足设计要求时,不要轻易进行处理,应当先请设计人员核算或采用其他方法(比如钻芯取样测砼强度)进行检测,的确达不到设计要求,也不能满足使用功能要求时,再请专业人员做出处理。现今因水泥强度高、水化热大、混凝土水胶比较低，即使很薄的构件（例如厚度10cm的楼板）混凝土中的温度都不会是恒定的20℃，不论是高还是低，实验室检测的指标和现场构件中混凝土的性能差别都会较大。例如，当混凝土内部温度较高时，对不用或少用矿物掺和料的混凝土抗压强度，构件中的要低于实验室标准试件的，用实验室指标验收就会不安全；使用矿物掺和料的，则相反。

粉煤灰掺量对回弹测强误差影响

浙江省建筑科学设计研究院徐国孝,丁伟军研究得出结论：其它掺量基本不变,粉煤灰单掺达35%—50%时,制作混凝土立方体试块(粗骨料为碎石)24组,用回弹仪测试、试压、碳化深度测试后,按泵送混凝土测强曲线计算,发现其平均相对误差和相对标准差都很大。而粉煤灰掺量在10%—15%(共计155组数据)以及单掺25%(共计27组数据)时,其平均相对误差和相对标准差在地区测强曲线误差要求范围内。因此粉煤灰单掺超过30%时,泵送混凝土测强曲线已不适用。

质量控制体系存在的问题回弹法测的是混凝土表面硬度;超声和应力波法测的是超声波或应力波的传播速度;拔出法测的是表层混凝土的抗拉强度等。这些方法很多是基于上一个世纪对当时混凝土的试验统计资料建立对应关系而确定的。至今有些己很难适应不断发展变化的实际情况了。

质量控制体系存在的问题近年混凝土为适应泵送、免振等施工工艺，组成成分有了很大的变化。粗骨料(石子)的含量及粒径大幅度减小;还掺入了大量粉煤灰或其它掺合料。因此，混凝土强度增长滞后;硬度显著变“软”;传播波速也减小;碳化速度的发展也有很大变化。

在结构实体中钻芯取样而进行芯样的抗压试验，可以直接测得混凝土的强度。与各种形式的推定强度比较，钻芯强度更接近工程实际。但是钻芯强度也方法也有它的局限性，主要原因是试验芯样处理复杂，对试件混凝土扰动引起的累积损伤，对于较为脆性的高强混凝土，这种影响尤为明显，同时，对结构伤害太大，因此很难成为一种普查的手段。

质量控制体系存在的问题即使钻芯的试样抗压强度是合格的，拌和物质量也不一定合格；许多情况都是强度报告单的结论会达到设计值120%以上，而结构构件中的外观缺陷却较为严重（蜂窝、麻面、砂线等），凡是在这些部位钻取的芯样抗压强度都不满足设计要求；而拌和物质量符合配合比要求的，则抗压强度一定会合格。同时这些缺陷的存在会给结构的耐久性带来致命的隐患。质量控制体系存在的问题关于推定值公式的合理性等的不断探索和更正。标准是人定的，和人的认识水平有关；参与制定标准的各个人会因其经历和认识的差异，但是作为标准规范的管理和执行者，却应当有“天变不足畏，祖训不足法，人言不足恤”（温家宝总理谈改革、创新时引用王安石语）的精神。

解决问题的途径传统质量控制技术与体系的问题正说明不变的方法和指标不能适应变化了的材料,我们如何改变呢？那就要看看什么对混凝土质量控制最重要。强度当然仍然重要，但首先要看看是什么龄期的强度，是28天吗？水泥混凝土的强度以28天计,是基于传统水泥混凝土强度发展规律统计的。在传统上,标准养护的普通混凝土强度发展以28天为100%,大体是3天约30%,7天约60%,三个月不到120%。质量控制体系和关键技术的发展方向硅酸盐水泥掺粉煤灰与否当28天强度相同时,则掺粉煤灰的后期强度增长率大得多。掺和料掺量越大,后期强度增长率越大,在现今掺和料使用较普遍的情况下,仍用28天作为验收龄期显然有悖于按照混凝土强度发展规律确定标准龄期的初衷。质量控制体系和关键技术的发展