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    详细内容

    一個試驗人就是“老中醫”,下面教你給混凝土號脈

    在現今的混凝土行業中,由于部分原材料供貨商質量意識淡薄和缺乏誠信以及資源的匱乏等原因,造成原材料質量不穩定,并由此帶來混凝土質量不穩定。


    在來不及進行試驗檢測和試配調整的情況下,施工一線的工程師們應該如何作為,進而最大可能地保證混凝土質量?


    這是一個似乎“不便于”討論,但又客觀存在、經常發生、急需解決的問題。


    作者認為,在沒有條件進行精確的試驗驗證的情況下,工程師們應有能力通過觀感對已發生的變化做出準確的判斷,并對配合比作出適當調整,以適應這種變化,就像中醫一樣,對病人“望、聞、問、切”后便能開出藥方。


    一、案例分析:


    在施工現場打出完美的混凝土狀態是求之不得的事情,但是實際情況卻是總會遇到各種各樣的問題。


    從下面這些案例的混凝土狀態可以看出哪些問題?


    (一)案例分析


    image.png


    從圖上直觀看:(“望、聞、問、切”)


    (1)四周泌的厲害,細看小碎石也不少,說明砂率偏小


    (2)凸起的大碎石表面無漿,包裹差,一方面和泌有關,再次證明砂率小


    (3)泌漿和包裹性差,也說明含氣偏小


    (4)雖然砼泌漿,但放大照片,砼表面無氣泡,也說明含氣偏小


    (5)砼包裹差,也說明提漿不夠


    (6)砼顏色雖然不發青,但發黃不明顯,說明減水劑敏感性不算強,適應性還可以。


    (二)案例分析


    image.png


    從圖上直觀看:(“望、聞、問、切”)


    (1)有很多粗顆顆粒。


    (2)由于砂石都差,比表面積大,需要包裹的漿多,顯得膠材遠不足。


    (3)放大圖片看,上面有少許黑班,這是外加劑敏感或外加劑摻量已過的表現,可砼沒打開,無漿,證明碎片比表面積大,或堤漿不足,也說明外加劑敏感。


    (4)圖中部有發黃,泌幾個點,說明葡加的有點多,砼鏟起來困難。


    (5)砼表面無氣泡,而且周的碎石不裹漿,說明氣不足,或增稠多。


    (三)案例分析


    image.png


    從圖上直觀看:(“望、聞、問、切”)


    (1)砼無粘性,鏟起來很輕松。


    (2)氣加的多,砼都堆起來了,導致無流動性。


    (3)增稠加的太多,漿是死的,里面的氣出不來,表面也無氣泡。


    (4)右下角有些漿發光,是葡鈉加多了,有點泌。


    (5)右下角有點泌,左下角大碎石的,兩者說明碎石級配不好,大碎石多,小石少。


    (6)因為氣大,增稠多,砼坍損大,砼顏色變的很深。


    (7)因為氣大,增稠也多,看似包裹還可以,好施工,但強度低的很。


    (8)因氣大,增稠多,無法確定砂率大還是小。


    (9)總體分析,外加劑低價中標,很敏感,為了便于施工,降敏感,采用了幾個沒有辦法的辦法,而且很便宜,但都有害,如:加大氣泡,加葡鈉,加大量糊精。


    (10)加了氣和增稠,砼好像加了氣一樣,而且里面的氣也無法排出,容重輕的很,自然強度也很低。


    二、混凝土質量控制的“望、聞、問、切”


    (一)工程師應該力求成為一個“經驗豐富的中醫”


    為什么要把工程師比作中醫呢?


    研究對象的相似性。


    同是一種病,甚至是同一人患了同一種病,中醫開出的藥方都是不一樣的,否則病人只需拜訪醫生一次,將中藥拿回家分開稱量,以后得了同樣的病,按配方到藥店抓藥就行了,或者國家只需公布不同疾病所對應的配方,患者查表抓藥就可以了。


    然而事實并不是這樣。中醫開處方前要看氣色、聞氣味、問病情,還要把脈,準確了解病人疾病的嚴重程度、身體素質、精神狀態、營養條件后,結合自己手中中藥的品質,合理配藥,才能藥到病除。


    沒有完全一樣的病人,更沒有完全一樣的病情,當然也就不可能有完全一樣的藥方。


    混凝土也是如此,不同的工程,混凝土服役的環境不同,受力特點不同,原材料質量不同,施工方法不同,操作工人不同,所以,混凝土的配方也不能相同。


    沒有完全一樣的工程,也就沒有完全一樣的配合比,否則,國家只需頒布配合比速查表,大家查表使用,而無需進行配合比設計。


    研究手段的相似性。中醫在診斷病情時采用的手段是“望、聞、問、切”。


    一個經驗豐富的混凝土材料工程師,可以使用“看、問、聽劃、摸、捻、抹”等簡易快捷的手段感知混凝土質量,二者都不借助于檢測儀器,快速做出判斷并及時處置。


    思想方法的一致性。原材料不可提純且組成復雜、化學反應復雜等因素,決定了混凝土具有微結構和性能不確定性與不確知性,是一個非線性的混沌體系,必須用“整體論”的思想方法進行研究。


    “整體論”是東方科學文化傳統的思想方法,它主張從整體著眼,注意事物之間的聯系,更合乎辯證法,它相對于西方近代科學常用的“還原論”思想方法,在混凝土研究上有明顯的優越性。


    中醫使用的“陰”、“陽”、“氣”、“脈絡”、“內病外治”等理論是典型的“整體論”的思想成果,它將人體看成一個有機的整體,考慮到各器官相互之間的影響,在思想方法上和混凝土研究是一致的。


    (二)要用中醫“變化的”的眼光看待混凝土


    我們不能希望一個配合比通過試驗室試配和現場驗證后使用一個月,甚至一年,這是不符合邏輯的。


    作者的體會是,一個配合比能使用三天就很意外了,如果我們力求完美,一個工班幾次調整配合比是常有的事,其主要原因是原材波動太大。


    例如砂子,即便是質量還算穩定的河砂,連續10車質量基本穩定便是奇跡,裝載機上料的時候,連續三鏟,鏟鏟不一樣的情況也不鮮見。


    原材料質量的波動引起混凝土質量的波動后果不可小視。商品混凝土行業情況可能要好一些,因為在商品混凝土攪拌站,混凝土采用罐車運輸,是幾盤料混為一車,混凝土質量的波動有個沖銷的機會,且由于運輸罐車有攪拌的功能,混凝土的質量偏差可以方便地進行調整。


    但若是使用吊斗運輸的混凝土預制構件生產,情況就嚴重了,特別是高強度等級的混凝土預制構件生產,由于減水劑用量較大,原材料含水量不大的變化就會引起混凝土坍落度的大幅度波動,造成混凝土干硬無法振搗密實或者嚴重離析泌水的后果。


    以上提到的僅僅是混凝土工作性能的波動,原材料波動當然還會引起耐久性和力學性能的波動,這里不做具體討論。


    (三)用中醫“望、聞、問、切”的方法診斷原材料和混凝土質量


    (1)“望”,“望”就是觀察,是混凝土質量控制四個手段中獲取信息量最大的一個。


    “望”要從原材料質量檢查開始,例如若粉煤灰顏色過深則燒失量很有可能超標,砂子聚集成團則含泥量可能超標等等。


    在混凝土拌和階段,“望”的主要任務是觀察混凝土在攪拌筒里的運動狀態、看電流表。


    對低流動性的混凝土,若攪拌機葉片將混凝土“犁”起較高且散成多塊,筒壁無泌漿,則坍落度偏小,反之則偏大;


    對高流動性的混凝土,若攪拌機葉片將混凝土“帶”起的高度較大,混凝土在攪拌筒內蕩漾的幅度較小,筒壁附近泌漿區的寬度較小,則坍落度偏小,反之則偏大。


    攪拌混凝土時,攪拌機的電流強度與混凝土的坍落度密切相關,電流強度大,說明坍落度小,電流強度小,說明坍落度大,此時若能確定原材料質量無變化,攪拌機稱量系統數據可靠,則可斷定混凝土坍落度的變化是砂石料含水率波動引起的,我們可以直接根據電流強度的變化調整用水量,為澆注現場提供工作性穩定的混凝土。


    若用吊斗運輸混凝土,工程師們就多了一個觀察坍落度的絕佳機會;炷翉臄嚢铏C放入吊斗時會堆積成一座“山峰”,然后慢慢坍塌,根據“山峰”的初始高度、坍塌的速度、坍塌結果的平坦程度,可以準確地判斷混凝土的流動性能,這種判斷甚至比坍落度試驗的結果還可靠,因為坍落度檢測畢竟是小樣本試驗,人為因素影響很大。


    在混凝土澆注階段,“望”的主要任務是觀察混凝土是否便于振搗密實,是否泌漿、泌水,是否便于抹平收光。


    例如,砂率過小會使混凝土粘度增加,振搗棒插入困難,返漿困難;砂率過大時混凝土氣泡難以排出,易密性差。


    用水量大和減水劑摻量大會引起泌漿、泌水,用水量過小混凝土會發粘,如此等等,只要找到混凝土表現與配合比之間的規律,就能及時發現問題,及時調整。


    凝土脫模后,“望”的主要任務是觀察混凝土的外觀質量,從而推測內在質量。


    例如,在相同的材料,相同的澆筑工藝,相同的養護條件下獲得的混凝土結構,通過比較顏色深淺,可以粗略估計混凝土強度的高低。


    規律是:若顏色異常偏淺,則極有可能用水超量,混凝土強度不夠;若顏色異常偏深,則極有可能是因為減水劑超量,用水量大幅度減少,混凝土強度過高。


    機理如下:


    心理物理學的研究表明,人們對亮度的感覺,主要與物體表面對光的漫反射有關。


    當人們觀察某一平面時,若該平面漫反射光所占的份額愈小,則平面愈黑,這也說明物體的表面愈光滑。


    水灰比大的混凝土結構相對不夠密實,其表面凸起尺寸大部分大于可見光的波長(380μm~750μm),光的反射方式主要是漫反射,因此表現為淺色;


    水灰比小的混凝土結構密實,其表面凸起尺寸大部分小于可見光的波長,光的反射方式主要是鏡面反射,漫反射所占比例很小,因此表現為深色。


    “望”在中醫里指聞氣味,在混凝土質量控制中,作者還沒有聞氣味的經驗,這里我們可以通感地指利用面部來感知混凝土的溫度。


    原材料質量檢查階段,“望”在感知水泥溫度上頗為有效。水泥到場后不要立即泵入儲存罐,工程師應揭開罐車頂蓋,用面部感知水泥是否過熱,有經驗的工程師對水泥溫度的估計,誤差能達到5℃以內。


    若水泥溫度過高,可采取降溫待用,或采取新抽地下涼水拌制混凝土等措施減弱其不良影響。


    在混凝土拌和階段,“望”的意義在于感知混凝土拌和時的溫度;炷涟韬蜁r,打開攪拌機觀察孔,用面部感知混凝土溫度。


    在冬季,我們關心入模溫度是否過低;在夏季,我們關心入模溫度是否過高。


    通過對混凝土溫度的簡單判斷,我們可以立即采取對原材料加溫或降溫、調整熱養護制度等應對措施。


    (2)“聞”,混凝土脫模后,“聞”的工作是感知混凝土構件的溫度,從而決定能不能立即撒水養護,是否需要繼續覆蓋保溫,這對避免構件因溫度應力而開裂意義重大。


    (3)“問”,“問”是詢問,指向工人和其他人員了解施工現場的發現。在施工過程中,身處一線的操作工人對混凝土的表現有切身的感受,就像病人對自己身體的感受一樣,因此,他們的描述有重要的參考價值。


    “切”在中醫中指摸脈搏,這里指用手捻、用鍬拌、用抹刀抹等動手方式了解混凝土的質量。


    (4)“切”,“切”對了解粉煤灰的質量很有效。抓一把粉煤灰,先用“望”的手段判斷燒失量,然后用手捻,感知粉煤灰的細膩程度,可粗判其細度是否合格。


    沒有經驗的工程師可以先做個估計,然后進行檢測,將估計值和和檢測結果進行比對,幾次訓練就可掌握這門技巧。


    在混凝土澆注階段,“切”的主要手段是用手捏,用鍬拌,用抹刀抹,主要目的是了解混凝土的流動性、粘聚性、粘度等各項工作性能。


    如抓起一把混凝土,用手揉捏一下,可了解砂漿是否飽滿,砂率是否適中,進而判斷混凝土離析和泌水的可能性;用鍬翻拌混凝土,可以了解混凝土的粘度;


    用抹刀在混凝土表面試抹幾下,了解混凝土是否便于抹平收光。


    通過“切”的“診斷”,混凝土的工作性表露無遺,相比坍落度試驗,既方便,又全面。


    在混凝土脫模后,“切”主要是指用手撫摸混凝土表面,配合“聞”判斷混凝土的脫模溫度,若溫度過高,則應延長降溫時間,避免混凝土因急冷而開裂。


    (四)用中醫“綜合的、整體論”的思想方法調整混凝土質量


    用“望、聞、問、切”的手段了解原材料和混凝土質量后,便可以用中醫常用的“整體論”的思想方法調整混凝土質量,這里舉幾個例子說明。


    例1:某預制構件工程,混凝土強度等級C65,坍落度180mm,使用5mm~10mm和10mm~20mm兩級配石灰巖碎石,要求碎石必須水洗,以降低含泥量(實際主要是石粉)。


    冬季霜凍期,水洗碎石無法操作,偶有幾車5mm~10mm碎石石粉含量很高,若測含泥量,估計在2.5%左右。


    另外,本工程每方混凝土5mm~10mm碎石用量為320kg。


    綜合分析并處置:


    許多人持一種“活性”至上的觀點,認為粉狀材料必須要有活性,否則是有害的。


    事實上我們沒有必要一味強調“活性”,我們不妨把石粉理解成一種微骨料,其中較粗的顆?商畛渖傲ig的空隙,較細的顆?商畛渌嚅g的空隙,適量的石粉對改善混凝土材料的級配是有益的;


    細粒的石粉還可以為水泥水化的產物提供晶核,加速水化產物從水溶液中析出凝結,從而促進水泥的水化;何況石灰石粉末也不完全是“惰性”的,它可以參與化學反應,生成水化碳鋁酸鹽。


    可見,適量的石粉對混凝土質量有正面的影響。本工程碎石帶入的粒徑小于80um的石粉約8kg,數量較小,負面影響可忽略。


    但引入8kg的粉料會使混凝土坍落度稍有下降,粘度稍有上升,因此工程師通知攪拌站每方混凝土加水2kg。


    做出這種調整后混凝土坍落度略有上升,粘度略有下降、保水性等無明顯變化,后來發現28d的抗壓強度也無異常,說明工程師的處置很恰當。


    例2:某預制構件工程,混凝土強度等級C50,坍落度50mm,每方混凝土摻Ⅱ級粉煤灰60kg。


    和大多數攪拌站一樣,該攪拌站的儲存能力無法保證原材料先檢后用。生產過程中攪拌機操作工發現攪拌機電流強度突然上升,打開觀察孔查看,發現被葉片“犁”起的混凝土由正常的連續的整塊狀變為破碎狀,坍落度明顯降低,攪拌機運轉系統和攪拌站計量系統無異常。


    得到報告后值班工程師趕到現場詢問情況,得知半小時前材料部門向粉煤灰罐打入50噸粉煤灰。


    值班工程師查看材料樣品發現:粉煤灰顏色偏深,用手捻時感覺粗糙。


    值班工程師認為混凝土坍落度異常是粉煤灰細度和燒失量不合格引起的,由于某些原因,工程不能停工,粉煤灰也不能及時退換。


    工程師分析認為,粉煤灰偏粗影響不大,但燒失量大說明粉煤灰含碳量大,吸水能力強,粉煤灰顆粒軟弱且喪失了大部分活性。


    工程師采取了如下應對措施:①降低用水量2kg,通過降低水膠比的方式彌補粉煤灰顆粒軟弱且喪失活性對混凝土力學性能的影響;②增加減水劑用量,保證坍落度不變。


    調整配合比后混凝土現場表現略粘,但能正常使用,28d抗壓強度降低2MPa,混凝土質量可以接受。


    例3:某立交橋工程,橋墩混凝土強度等級C30,摻Ⅱ級粉煤灰,摻量80kg/m3,使用某廠P·O42.5水泥,用量300kg/m3,水泥比表面積在380m2/kg至400m2/kg之間,發現水泥與減水劑相溶性時好時壞,且已查明責任在水泥生產廠。


    工程師雖與水泥廠多次交涉,但無法改變現狀。某日現場反映混凝土坍落度劇降,工程師采取三項措施維持質量穩定:


    ①提高粉煤灰用量到110kg/m3,降低水泥用量至270kg/m3;②用水量不變,調整減水劑用量,以維持混凝土坍落度不變;③脫模后保濕養護時間由原來的3天延長至5天。


    采取這三項措施的理由有四點:①該工程原配比粉煤灰摻量為21%,偏低,可提高到29%,降低水泥用量可部分緩解水泥與減水劑相溶性不好帶來的危害。


    ②水泥用量下降,粉煤灰用量上升后混凝土早期強度會有所降低,但該橋墩服役時間在4個月之后,屆時粉煤灰對強度的貢獻已顯現,故無須擔心因混凝土強度不夠而危害橋梁安全。


    何況用強度至上的觀點評價結構安全性本來就不一定科學,茅以升用結構吸收能量后的變形大小來評價結構的安全性似乎更加合理。


    ③用水量不變,通過調整減水劑用量來維持混凝土坍落度對混凝土無害。


    ④摻粉煤灰后混凝土早期孔隙率較大,碳化速度較快,延長養護時間可降低混凝土表面的孔隙率,降低混凝土早期碳化速度。


    三、結束語


    需要特別說明的是,作者在此介紹不使用儀器檢測的方法判斷質量,不經試配就進行配合比調整,不是為了鼓吹經驗至上,否定儀器檢測和試驗室試配的必要性,而是建議大家正視施工現場復雜多變的現實和不良條件,積極積累經驗,綜合地判斷各種變化因素對混凝土質量造成的影響,以便及時采取措施,盡最大可能保證混凝土質量,這比那些奉行“鴕鳥政策”,回避現實的態度要積極得多。


    作者還認為,由于原材料波動較大,試驗室試配的結果不可能直接用于施工,即便經過了現場驗證,也不可能長時間適用,試驗室試配的意義僅在于為我們日后的配合比調整提供一個參比的基點。


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