對現(xiàn)代混凝土質(zhì)量問題的反思及對策

  自1824年水泥誕生至今已有近200年的歷史，經(jīng)前人的不懈努力，混凝土技術(shù)已是日臻完善，各種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也是應(yīng)有盡有，但是,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，我們身邊的混凝土質(zhì)量問題不是越來越少,反而是越來越多，比如說,強(qiáng)度偏低的問題、裂縫的問題、滲漏的問題、耐磨性差的問題等等時(shí)有發(fā)生，特別是近些年來一些鋼筋混凝土橋梁、高架橋等重大質(zhì)量事故不時(shí)地撞擊人們的眼球，不得不讓人從新思考現(xiàn)代混凝土技術(shù)到底還存在什么難解之謎、還有什么死角和盲區(qū)等待我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)和解決、難道說質(zhì)量問題和質(zhì)量事故的發(fā)生都是現(xiàn)場施工管理者的責(zé)任嗎？這些問題值得我們認(rèn)真思考和反思。

  經(jīng)過多年的應(yīng)用比對分析，筆者認(rèn)為，大量質(zhì)量問題和質(zhì)量事故的發(fā)生除了與現(xiàn)場的施工管理有關(guān)外,還與水泥品質(zhì)的高低及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)間的不協(xié)調(diào)有直接的聯(lián)系，也就是說，我們的頂層設(shè)計(jì)還存在著一些急待改進(jìn)和完善的問題，而這些問題過去卻一直被我們所忽視，導(dǎo)致質(zhì)量問題一而再再而三的發(fā)生，且層出不窮。下面,筆者通過旁征側(cè)引和對比分析來進(jìn)一步闡述這些問題，不妥之處懇請指正。

  一、水泥品質(zhì)的差異問題

  眾所周知，現(xiàn)有水泥是以28天強(qiáng)度值作為評定基準(zhǔn)的，至于28天后強(qiáng)度如何發(fā)展，水泥標(biāo)準(zhǔn)并沒有給出明確的規(guī)定和要求，以至于水泥生產(chǎn)企業(yè)只要按保證28天強(qiáng)度進(jìn)行水泥生產(chǎn)就可以了。其實(shí)，混凝土28天以后的強(qiáng)度發(fā)展除了與水泥中的礦物成分比例及后續(xù)的養(yǎng)護(hù)條件有關(guān)外，還與水泥礦物顆粒粒徑的大小有直接的聯(lián)系,以通用硅酸鹽水泥中最大含量的硅酸三鈣礦物為例，28天的水化深度大約是10um,相對于顆粒粒徑絕大多數(shù)在30um以下的水泥而言，28天水化已完成90%以上，也就是說，28天后即使養(yǎng)護(hù)條件再好，混凝土強(qiáng)度也沒有多少增長的余地。

  到目前為止，對混凝土強(qiáng)度長期發(fā)展最有說服力的是日本小樽港持續(xù)長達(dá)百年的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)資料［2］介紹，始建于1897年的小樽港，在建設(shè)初期制作了6萬多個(gè)試件,放在海水中、大氣中、淡水中分別進(jìn)行長期耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，三者的長期強(qiáng)度發(fā)展趨勢是基本一致的，其中，試件在自然的大氣環(huán)境中存放30～40年強(qiáng)度達(dá)到最高，大約提高100%，然后逐年下降，存放95年，強(qiáng)度從最高點(diǎn)下降約40%，但仍高于28天強(qiáng)度約20%，當(dāng)年所用的水泥顆粒粒徑是200um方孔篩篩余量小于10%，其平均粒徑遠(yuǎn)大于目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)使用的80um方孔篩篩余量小于10%的水泥平均粒徑。

  為了與小樽港的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，日本海洋工程研究所也進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在海洋氣候環(huán)境條件下，對于比表面積下限在250㎡/kg的水泥，混凝土存放5年抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高，增長約40%，然后逐年下降，至10年甚至低于原來的28天強(qiáng)度。

  從以上數(shù)據(jù)對比分析可知，水泥顆粒粒徑的大小對混凝土強(qiáng)度的長期發(fā)展起著決定性的作用,當(dāng)水泥顆粒粒徑大于30 um時(shí),粒徑越大,混凝土28天后強(qiáng)度增長的幅度也越大,持續(xù)增長的時(shí)間也越長,而目前的國家標(biāo)準(zhǔn)，將水泥比表面積下限定在相對較大的300㎡/kg，可實(shí)際生產(chǎn)的水泥比表面積多在360～400㎡/kg之間，相應(yīng)的水泥顆粒粒徑絕大多數(shù)都在30 um以下，雖然有利于提高混凝土的早期強(qiáng)度，但是對于混凝土強(qiáng)度的長期發(fā)展卻是不利的，加之有的水泥生產(chǎn)企業(yè)為了追求利潤的最大化，會(huì)將水泥磨得越來越細(xì)，早強(qiáng)特征越來越明顯，在此前提下,期盼通過后期強(qiáng)度的大幅增長來保證混凝土的耐久性幾乎是不可能，而恰恰相反的是，混凝土強(qiáng)度的長期發(fā)展將會(huì)由短期的上升很快轉(zhuǎn)為逐年下降，國內(nèi)多起鋼筋混凝土橋梁、高架橋質(zhì)量事故大都發(fā)生在使用期滿十年這一關(guān)鍵的時(shí)間節(jié)點(diǎn)之后也就不足為奇，因?yàn)橐援?dāng)時(shí)的水泥比表面積標(biāo)準(zhǔn)與資料［2］日本海洋工程研究所的水泥比表面積進(jìn)行對比可以推斷，如果在配合比設(shè)計(jì)時(shí)施工企業(yè)沒有大幅提高混凝土配制強(qiáng)度，實(shí)際結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度已自然下降至設(shè)計(jì)值以下，發(fā)生質(zhì)量事故也就在所難免。由此可見，即使是滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的水泥，由于其顆粒粒徑大小的不同而導(dǎo)致水泥品質(zhì)上存在的差異，對混凝土結(jié)構(gòu)長期使用安全將會(huì)造成直接的影響。

  鑒于目前國內(nèi)混凝土強(qiáng)度在自然環(huán)境中長期發(fā)展的相關(guān)數(shù)據(jù)鮮有見之，更多的是引用實(shí)驗(yàn)室標(biāo)養(yǎng)試件的數(shù)據(jù)而缺乏說服力；另外，對于我們每個(gè)人身邊住用的建筑工程來說，由于結(jié)構(gòu)混凝土表面都進(jìn)行了裝飾裝修，使混凝土與外界環(huán)境隔絕而對其起到了很好的保護(hù)作用，混凝土強(qiáng)度也就不會(huì)因環(huán)境有害介質(zhì)的侵入而大幅降低并發(fā)生質(zhì)量事故，從而也就自覺或不自覺地影響了人們對混凝土強(qiáng)度長期發(fā)展的重視，故這一直是被我們所忽視的問題而鮮見提及。

  二、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)間的不協(xié)調(diào)問題

  與混凝土質(zhì)量相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有材料標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范、施工驗(yàn)收規(guī)范、評定標(biāo)準(zhǔn)和檢測技術(shù)規(guī)程，這些規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是否協(xié)調(diào)統(tǒng)一、如不統(tǒng)一是否會(huì)對工程質(zhì)量帶來不利影響，這是值得我們進(jìn)一步分析和研究的問題。

  首先，設(shè)計(jì)規(guī)范對混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限是有明確界定的，但其相應(yīng)對結(jié)構(gòu)耐久性的要求也僅限于最低混凝土強(qiáng)度等級、最大水膠比、最小膠凝材料用量及對鋼筋的保護(hù)等等，對于如何保證混凝土在其使用年限內(nèi)強(qiáng)度不降低缺乏必要的相應(yīng)條款，而目前的國家水泥標(biāo)準(zhǔn)對混凝土強(qiáng)度的長期發(fā)展又不能提供足夠的信任和保證，這是規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)間的盲區(qū)，導(dǎo)致沒有任何防護(hù)措施的露天結(jié)構(gòu)混凝土因強(qiáng)度的自然下降而引發(fā)質(zhì)量事故也就不可避免，這是其一。

  其二，國家設(shè)計(jì)規(guī)范、施工驗(yàn)收規(guī)范都明確規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度與實(shí)際結(jié)構(gòu)強(qiáng)度之間存在0.88的換算關(guān)系，這一換算關(guān)系美國和德國取0.85，丹麥取0.90，挪威取0.70，也就是說，許多發(fā)達(dá)國家的標(biāo)準(zhǔn)也都認(rèn)為兩者之間由于工作環(huán)境和養(yǎng)護(hù)條件存在明顯差異，需要進(jìn)行換算，所不同的是取值不一,而我國現(xiàn)行的通用檢測技術(shù)規(guī)程卻認(rèn)為不存在這一差異，不能進(jìn)行換算，由此導(dǎo)致檢測技術(shù)規(guī)程僅此就高于國家驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)13.6%。另外，國家評定標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)法要求,標(biāo)養(yǎng)試件的平均強(qiáng)度必須大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度加上0.7倍的標(biāo)準(zhǔn)差，而行業(yè)檢測技術(shù)規(guī)程卻要求,實(shí)際結(jié)構(gòu)強(qiáng)度必須大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度加上1.222～1.478倍的標(biāo)準(zhǔn)差，后者要求明顯高于前者。由此可見，上述兩者疊加,如采用此規(guī)程對實(shí)際結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行檢測而常常出現(xiàn)不合格的現(xiàn)象也就不足為奇，特別是對于那些使用期超過10年且沒有對混凝土采取任何保護(hù)措施的露天結(jié)構(gòu)，由于強(qiáng)度的自然下降,一旦事故發(fā)生而采用此規(guī)程進(jìn)行判定，現(xiàn)場管理者承擔(dān)不該承擔(dān)的責(zé)任也就成為可能,冤案的出現(xiàn)也就難以避免,大量的施工現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)也充分證明了這一點(diǎn)。

  眾所周知，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)是合適的,但是,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為最終質(zhì)量評判的法律依據(jù)高于國家標(biāo)準(zhǔn)那是值得商議的。

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  其三，混凝土路面必須具有良好的耐磨性這是不言而喻的，但設(shè)計(jì)規(guī)范、施工驗(yàn)收規(guī)范對混凝土耐磨性的要求卻沒有明確的量化控制指標(biāo)，雖然道路水泥標(biāo)準(zhǔn)對水泥的耐磨性有相關(guān)的要求，但是，在礦物摻合料大量使用的今天，就耐磨性而言，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對其摻量并沒有給出明確的條款加以限制，導(dǎo)致原有基準(zhǔn)水泥的耐磨性被弱化，這同樣是規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)間的盲區(qū)，由此導(dǎo)致路面起灰起砂的問題時(shí)有發(fā)生，即使對簿公堂，法官也難以依法判定，因?yàn)槟湍バ砸笫请[含的，并非規(guī)范或圖紙明確的，相關(guān)的案例也并不少見。

  另外，大量的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題、樓（屋）面板滲漏問題多是因礦物摻合料不加限制的使用及水泥中混合材用量超標(biāo)而引起，因?yàn)榛旌喜暮蛽胶狭舷鄬τ诨鶞?zhǔn)水泥來說硬化收縮大且比重小，在振搗的過程中，混凝土自然會(huì)出現(xiàn)微觀上的分層離析，均質(zhì)性和密實(shí)性都會(huì)降低而引發(fā)質(zhì)量問題，雖然耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范對其摻量有明確要求，但畢竟是推薦使用的設(shè)計(jì)規(guī)范而非強(qiáng)制執(zhí)行的施工標(biāo)準(zhǔn)，因此，礦物摻合料應(yīng)如何合理使用的問題，必須引起高度重視，不能因?yàn)楣?jié)能環(huán)保或降低成本而隨意擴(kuò)大使用范圍和用量，否則，容易導(dǎo)致上述質(zhì)量問題的發(fā)生而影響結(jié)構(gòu)的正常使用。

  三、解決問題的相應(yīng)對策

  對于上述水泥及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)存在的問題，作為現(xiàn)場施工管理者，雖然我們無法改變現(xiàn)狀，但必須想方設(shè)法規(guī)避其可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)并保證混凝土結(jié)構(gòu)在其使用年限內(nèi)安全可靠的工作。

  一是將水泥比表面積控制在300～350㎡/kg之間，最大限度的保證混凝土28天后強(qiáng)度仍有較大幅度的增長，同時(shí)，適當(dāng)提高混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)的配制強(qiáng)度，以保證實(shí)際結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度經(jīng)得起不同規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的檢查驗(yàn)收，增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

  二是對于露天結(jié)構(gòu)混凝土，為防止雨水沖刷及環(huán)境有害介質(zhì)侵蝕而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的快速降低，應(yīng)有針對性的在混凝土表面采取裝飾裝修措施加以保護(hù)，而對于結(jié)構(gòu)表面無法采取保護(hù)措施的混凝土，可采取上述第一點(diǎn)的辦法來提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

  三是對于混凝土表面有耐磨性要求的路面、碼頭面層、機(jī)場道面等，除按第一點(diǎn)控制比表面積外，應(yīng)優(yōu)先選用道路硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，不宜使用礦渣水泥、粉煤灰水泥或復(fù)合水泥，更不宜在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)摻加礦渣、粉煤灰等礦物摻合料，以確保混凝土在使用年限內(nèi)具有足夠的表面耐磨性。

  四是對于不同環(huán)境、不同結(jié)構(gòu)、不同保護(hù)層厚度的混凝土，其礦物摻合料的最大摻量應(yīng)嚴(yán)格按《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T50476-2008）的條款執(zhí)行，同時(shí)，必須對水泥中的混合材摻量進(jìn)行嚴(yán)格的檢測，以確保施工配合比設(shè)計(jì)時(shí)摻合料用量控制不超標(biāo)。另外,在混凝土施工配合比設(shè)計(jì)完成后,應(yīng)對所選用的膠凝材料組合進(jìn)行安定性檢測，確保膠凝材料組合具有良好的體積穩(wěn)定性。

  四、對現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)修改的幾點(diǎn)建議

  一是對水泥標(biāo)準(zhǔn)修改的建議。應(yīng)將水泥比表面積指標(biāo)下限降至250㎡/kg,上限控制在350㎡/kg以內(nèi),從源頭上安全可靠的通過混凝土后期強(qiáng)度的大幅增長和密實(shí)度的大幅提高來保證混凝土結(jié)構(gòu)長期使用的可靠性,而對于早強(qiáng)水泥及高強(qiáng)水泥,限值可適當(dāng)放寬。另外，應(yīng)將水泥中的混合材參量檢測作為強(qiáng)制性條款列入施工驗(yàn)收規(guī)范，防止水泥中混合材摻量超標(biāo)而影響水泥的品質(zhì)及施工配合比設(shè)計(jì)。

  二是對混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范修改的建議。設(shè)計(jì)規(guī)范僅對鋼筋進(jìn)行保護(hù)是不夠的，混凝土長期強(qiáng)度的降低同樣危及結(jié)構(gòu)的安全，必須根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境及水泥品質(zhì)的不同，分別提出更加具體有效的混凝土強(qiáng)度保證措施，比如說前面提到的對露天結(jié)構(gòu)的混凝土表面進(jìn)行有效的裝飾裝修，防止有害介質(zhì)的侵入而導(dǎo)致混凝土長期強(qiáng)度的降低，為混凝土在使用年限內(nèi)安全可靠的工作提供有效的保障。

  三是對檢測技術(shù)規(guī)程修改的建議。檢測技術(shù)規(guī)程必須與設(shè)計(jì)、施工驗(yàn)收及評定標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一，必須充分考慮上述規(guī)范明確的標(biāo)養(yǎng)試件強(qiáng)度與實(shí)踐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度存在的0.88的換算關(guān)系，不能因?yàn)樽陨碓囼?yàn)結(jié)果的不同而加以否定，有失檢測結(jié)果的公平性與公正性。

  四是對有耐磨性要求的路面、碼頭面及機(jī)場道面等，應(yīng)將耐磨性要求進(jìn)行量化，并明確地編入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及施工驗(yàn)收規(guī)范，做到有章可循，防患未然。

  五、結(jié)語

  對于許多現(xiàn)場的施工管理者來說，人們往往習(xí)慣于并虔誠的把規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)作“圣經(jīng)”來逐字逐句閱讀而從不懷疑其合理性，當(dāng)現(xiàn)場質(zhì)量問題出現(xiàn)后，更多的是從自身管理去查找原因。其實(shí)，隨著科技的不斷進(jìn)步和人們認(rèn)識(shí)的不斷提高，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)是在不斷的變化和發(fā)展的，上述這些問題如果不能及時(shí)得到合理有效的解決，對當(dāng)前混凝土的技術(shù)進(jìn)步和科學(xué)發(fā)展是不利的，同時(shí)，對人民生命財(cái)產(chǎn)安全也將會(huì)造成較大的影響。對于現(xiàn)場管理者，我們必須充分認(rèn)識(shí)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀及可能引發(fā)的質(zhì)量問題，并采取積極有效的措施加以應(yīng)對，只有這樣，才能確保我們的建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)得起時(shí)間的檢驗(yàn)和歷史的考驗(yàn)，履行好我們建設(shè)者應(yīng)盡的責(zé)任和義務(wù)。