蘭州地區(qū)預拌混凝土耐久性現(xiàn)狀

黃 華 王惠玲 胡堅虹（甘肅土木工程科學研究院，甘肅 蘭州730020）

1 概況

蘭州地區(qū)大概在1996年左右使用預拌混凝土，此后商品混凝土公司逐步增加，到現(xiàn)在增加到了36家（含分站，指有資質的，還有一些未取得資質掛靠生產的），其中城關區(qū)10家，七里河區(qū)10家，西固區(qū)7家，安寧區(qū)5家，榆中2家，蘭州新區(qū)2家。

為了進一步加強預拌混凝土質量的監(jiān)督管理，確保工程結構質量，依據(jù)有關法律、法規(guī)及技術標準，結合甘肅省實際，甘肅省建設廳制定了《甘肅省預拌混凝土質量管理辦法（試行）》（以下簡稱《管理辦法》），《管理辦法》在2010年8月17日通過了廳常務會審議，執(zhí)行日期是2011年1月1日。

在《管理辦法》第三十條規(guī)定：監(jiān)督機構以動態(tài)監(jiān)督檢查和強制性監(jiān)督檢測為手段，對預拌混凝土生產和施工質量進行監(jiān)督管理。強制性監(jiān)督檢測的主要內容是：1）抽檢原材料質量；2）抽檢混凝土強度;3）抽檢預拌混凝土氯離子總含量；4）抽檢預拌混凝土放射性核素放射性比活度。蘭州市建設工程質量監(jiān)督站依據(jù)《管理辦法》于2011年9月15日發(fā)文《關于加強預拌混凝土耐久性強制監(jiān)督檢測的通知》[蘭建質監(jiān)（2011）15號]，要求對在蘭各預拌混凝土生產企業(yè)進行與預拌混凝土耐久性相關項目的強制性監(jiān)督檢測。按照蘭建質監(jiān)（2011）15號文的要求，由甘肅土木工程科學研究院具體實施抽樣及檢測工作。

2 檢測內容

2.1 混凝土耐久性定義

混凝土結構物除要求具有設計強度，以保證建筑物能安全承受荷載外，還應具有耐久性，即保證混凝土在長期自然環(huán)境及使用條件下保持其使用性能[1]。耐久性是一個綜合因素，包括：抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、碳化、堿—骨料反應。

2.2 混凝土各組成原材料中各組份對混凝土耐久性的影響

1）骨料（砂、石）：骨料中的有害物質主要指硫化物、硫酸鹽、有機物、云母、氯鹽、粘土、輕物質等[3]。

（1）粘土、云母及輕物質（煤屑、爐渣等）會粘附在骨料表面，影響骨料與水泥石的粘結性，從而降低混凝土的抗凍性及抗?jié)B性；云母一般呈薄片狀，表面光滑，強度很低，且易沿解離面錯裂，因而與水泥漿的粘結很差[3]。

（2）硫化物與硫酸鹽及有機物對水泥有腐蝕性，會降低混凝土的強度及耐久性；

（3）堅固性：是指在自然風化和其他外界物理化學因素作用下，抵抗破裂的能力。按規(guī)定通常采用硫酸鈉溶液檢驗，試樣經5次循環(huán)浸漬后的質量損失[1]。

（4）氯離子含量：氯鹽會對鋼筋產生腐蝕，促使鋼筋混凝土的破壞等。

（5）堿活性：一般來說，集料是不與水泥石中的其他組分及周圍環(huán)境中的物質發(fā)生化學反應的。但是，集料中的某些活性組分可以與堿發(fā)生化學反應，產生膨脹，嚴重時可以導致混凝土開裂，這就是通常所說的堿—集料反應。堿—集料反應有兩種類型：一是堿與集料中的活性二氧化硅反應，生產堿—硅凝膠，這種堿—硅凝膠吸水膨脹，導致混凝土開裂，這一反應稱之為堿—硅酸鹽反應；另一種堿與泥質白云質灰?guī)r或泥質白云巖發(fā)生去白云石化反應，生產水鎂石等產物，其中水鎂石在受限空間內進行晶格重排，產生膨脹，導致混凝土開裂，這一反應稱為堿—碳酸鹽反應。堿—硅酸鹽反應積累期為10-50年，即混凝土工程建成投入使用10-50年就發(fā)生膨脹開裂；堿—碳酸鹽反應發(fā)展速度快，一般混凝土工程建成2-3年即膨脹開裂，幾乎無法修補加固?？傊?，堿骨料反應的病害因素在混凝土內部，即使采取修補加固措施，由于不能根除病害因素，病害還會繼續(xù)發(fā)展[3]。

2）外加劑

（1）膨脹劑

膨脹劑的類型：根據(jù)產生膨脹的組分，主要有三種類型的膨脹劑，即硫鋁酸鹽型膨脹劑、氧化鈣型膨脹劑和氧化鎂型膨脹劑。氧化鈣膨脹劑和氧化鎂膨脹劑性能穩(wěn)定性較差。我國目前最常用的UEA膨脹劑是一種將無水硫鋁酸鹽與明礬石等復合在一起的復合型硫鋁酸鹽膨脹劑[3]。

膨脹劑的作用：在商品混凝土中使用膨脹劑主要是利用膨脹組分的膨脹來補償混凝土的各種收縮，以提高混凝土的抗裂性和抗?jié)B性[3]。

（2）抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑

混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑的主要成份：減水成分、膨脹成分、礦物質摻和料、亞硝酸鹽和三乙醇氨等。

抗硫酸鹽侵蝕性在很大程度上決定于混凝土或水泥漿體的滲透性，一般，在被Ca(OH)2和堿所占有孔隙中形成C-S-H水化物，降低了漿體的滲透性，阻止了硫酸鹽的浸透性。在不同的SO42-離子濃度下，硫酸鹽侵蝕的形式是不同的。當SO42-離子濃度較低（SO42-離子濃度在250～1500mg/L）時,主要生成的是水化硫鋁酸鈣。當SO42-離子濃度較高（SO42-離子濃度在5000～10000mg/L）時,生成的是石膏。這類反應產物使固相體積增大，在硬化水泥石結構中產生內應力，導致硬化水泥石結構破壞，如果溶液中存在硫酸鎂，則生成水化硫鋁酸鈣（或石膏）和Mg(OH)2，這兩者都會產生膨脹，這種雙重腐蝕作用將導致更嚴重的破壞。

3）水泥：水泥熟料中除四種礦物組成外，還存在著其他一些組分，這些組分雖然含量很少，但對水泥的性能有著不可忽視的影響。在水泥中，對水泥和混凝土性能影響較大的其他組分主要有游離CaO、MgO、SO3和堿[1]。

（1）CaO：游離CaO可以與水反應，形成Ca(OH)2，但速度較慢，在水泥凝結硬化后產生膨脹，導致水泥體積不安定。

（2）MgO：當熟料中MgO含量較高時，部分MgO以游離態(tài)存在于熟料礦物中，這種游離態(tài)的MgO水化較慢，一般是在水泥水化凝結以后，當水泥凝結后，MgO與水反應生成Mg(OH)2，與會產生膨脹，導致水泥體積安定性不良[1]。

（3）SO3：在水泥熟料中SO3是極少的，水泥中的SO3主要是來自水泥粉磨時摻入的石膏。在水泥中摻入石膏主要是為了調節(jié)凝結時間。石膏是引起水泥石膨脹的重要組成部分。在水泥的水化過程中，石膏可以與熟料中的鋁酸鹽和鐵鋁酸鹽的水化產物反應，形成鈣礬石。這一反應將會產生體積膨脹[2]。

（4）堿：在水泥熟料中，堿的含量極少，一般不超過1%[3]，一般來說堿含量較高的水泥熟料通常具有較高的活性，而且也是礦渣、粉煤灰等一些活性混合材的強激發(fā)劑，因此，含堿量較高的水泥，通常水化較快。也正是這一特性，使得用高堿水泥配制的混凝土塌落度損失可能較快。堿可以與集料中的一些活性組分發(fā)生反應，產生膨脹，嚴重時可能導致混凝土的開裂，甚至破壞。游離狀態(tài)的堿還可能與一些外加劑作用，影響水泥與外加劑的適應性。另一方面，即便水泥中的堿存在于水化產物中，不釋放出來，它對水泥石的性能也有一定的影響，一些研究表明，水化產物中堿的含量對硬化水泥石的干縮有著顯著的影響，堿增大硬化水泥石的收縮，因而有可能影響混凝土的抗裂性能。

（5）C3A：如果混凝土處在硫酸鹽含量比較高的水或土壤中，環(huán)境中的硫酸鹽會和混凝土中C3A的水化產物水化鋁酸鈣反應，形成鈣礬石。這一反應將會產生體積膨脹[2]。

4)摻合料：摻合料已經成為商品混凝土中不可缺少的一個組分，摻合料的種類很多，其組成和性能有很大差異，并各具特點。摻合料主要有粉煤灰、硅灰、磨細礦粉等。摻合料中使用最多的是粉煤灰[4]。

粉煤灰：SiO2+Al2O3+Fe2O3含量不小于70%[3]。

（1）CaO在高鈣粉煤灰中，CaO除大部分被結合外，還有一部分是游離的，游離CaO具有有利于激發(fā)活性和不利于安定性的雙重作用。

（2）燒失量：碳粒被認為是對混凝土有害的物質，碳分的穩(wěn)定性不好。惰性碳分增多，將導致粉煤灰的活性成分減少。更為嚴重的是，它能使混凝土的用水量增加，密實度降低，還會明顯地影響引氣劑、減水劑等外加劑的摻量[4]。

（3）SO3含量：SO3過高會生成破壞性的鈣礬石[3]。

（4）MgO含量：MgO可能以方鎂石的形態(tài)出現(xiàn)，它水化緩慢，會引起膨脹破壞[3]。

（5）有效堿（Na2O、K2O）含量：在粉煤灰-水泥系統(tǒng)中，堿具有兩重性，有有益的一面，也有有害的一面。從有益的一面看，堿可以激發(fā)粉煤灰的活性，促進粉煤灰與Ca(OH)2的火山灰反應。不利的影響表現(xiàn)在兩個反面：①堿是堿-集料反應發(fā)生的一個重要方面。②較高的堿含量使得硬化水泥石的干縮變形較大。這對混凝土的抗裂性是不利的[3]。

表1 預拌混凝土用材料強制性監(jiān)督檢測項目

2.3 檢測的項目

根據(jù)省建設廳《關于印發(fā)〈甘肅省預拌混凝土質量管理辦法（試行）〉》（甘建工［2010］620號）精神，蘭州市建設工程質量監(jiān)督站針對預拌混凝土耐久性確定了以下強制性監(jiān)督檢測項目見表1。

3 檢測依據(jù)

1）《普通混凝土用砂、石質量標準及檢測方法》（JGJ52-2006）；

2）《混凝土膨脹劑》（GB23439-2009）；

3）《混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑》（JC/T1011-2006）；

4）《建筑材料放射性核素限量》（GB6566-2010）。

4 檢測結果統(tǒng)計

我院建材試驗室依據(jù)國家及行業(yè)相關標準的要求，于2011年9月26日至2011年12月底，對所抽檢的各類樣品進行了試驗檢測。

1）砂：抽檢總數(shù)17家，5家堿活性試驗（快速法）14d限制膨脹率在0.1～0.2%之間，需采用砂漿長度法重新試驗，其余檢測項目均符合標準要求；

2）石：抽檢總數(shù)17家，6家堿活性試驗（快速法）14d限制膨脹率在0.1～0.2%之間，需采用砂漿長度法重新試驗，其余檢測項目均符合標準要求；

3）膨脹劑：抽檢總數(shù)18家，其中2家3天抗壓強度、3家28天抗壓強度、6家限制膨脹率（水中7天）、5家堿含量均不符合標準要求；其余檢測項目符合標準要求；

4）抗硫酸鹽防腐劑：抽檢總數(shù)11家，其中5家28天抗壓強度比、3家限制膨脹率（1天）、2家膨脹系數(shù)和4家氯離子含量均不符合標準要求；其余檢測項目符合標準要求；

5）混凝土：氯離子和放射性均符合標準要求。

5 結果評價

通過試驗結果分析，依據(jù)相關國際標準、行業(yè)標準要求，抽檢的砂、石、混凝土外加劑存在不同程度的問題，特別是混凝土所使用的外加劑質量參差不齊，應加強對預拌混凝土所用原材料質量的控制，尤其是混凝土外加劑的質量控制，以保證預拌混凝土的質量。

[1]張海梅.建筑材料.北京：科學出版社，2001.31-62

[2]王華生，趙慧如.混凝土技術禁忌手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2002.4-11

[3]張承志.商品混凝土.北京：化學工業(yè)出版社，2006.11-303

[4]楊文科.現(xiàn)代混凝土科學的問題與研究.北京：清華大學出版社，2012.17-150