混凝土經(jīng)過近幾十年的發(fā)展,無論是配合比還是生產(chǎn)工藝都較為成熟,但原材料的良莠不齊、波動頻繁而混凝土配合比調(diào)整不及時或不到位引起混凝土質(zhì)量問題頻發(fā),是當前混凝土質(zhì)量控制的難點。例如,混凝土拌合物骨料包裹性差、離析、泌水或坍落度經(jīng)時損失大等原因造成的堵管現(xiàn)象層出不窮。原材料波動造成的混凝土試塊強度不能滿足設(shè)計要求或者強度離散大等問題引起工程質(zhì)量不合格的問題屢見不鮮。隨著環(huán)保力度加大,原材料質(zhì)量不穩(wěn)定已成為常態(tài),了解當前混凝土原材料現(xiàn)狀,實現(xiàn)混凝土生產(chǎn)適應(yīng)原材料性質(zhì)波動、提高混凝土質(zhì)量具有重要的顯示意義。
(一) 水泥
現(xiàn)今,混凝土企業(yè)對生產(chǎn)混凝土所用的水泥反映的問題只要集中在水泥細度細(比表面積大),熟料中中C3A和C3S含量偏高,早期強度高,堿含量高,混合材添加混亂、超摻、品種不明等現(xiàn)象。
(1)水泥混合材摻加混亂
混凝土生產(chǎn)企業(yè)使用最多的水泥是普通硅酸鹽水泥(P·O42.5),《通用硅酸鹽水泥》(GB175-2007)為了限制水泥中混合材超摻規(guī)定普通硅酸鹽水泥中混合材的摻量限值不超過20%,并規(guī)定了混合材的品種。但水泥企業(yè)處于經(jīng)濟性考慮,在早強組分或堿激發(fā)礦渣組分外加劑作用下,混合材摻量超過現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的范圍,混合材品種更是五花八門,成分與礦物組成混凝土企業(yè)無從知曉。如果水泥生產(chǎn)企業(yè)能夠告知混凝土企業(yè)技術(shù)人員水泥混合材的品種及摻量,混凝土技術(shù)人員通過調(diào)整配合比完全可以配制出滿足工程要求的混凝土,并不會對工程質(zhì)量造成不良影響。現(xiàn)今的實際情況是水泥企業(yè)技術(shù)人員不告知水泥中混合材的品種及摻量,混凝土企業(yè)技術(shù)人員無法采取針對性措施,這是混凝土企業(yè)對水泥品質(zhì)不滿意的重要原因之一。
(2)水泥早期強度高
混凝土技術(shù)人員對水泥企業(yè)不滿的另一個原因是,水泥早期強度高,后期強度增長率不高、停滯增長,甚至強度出現(xiàn)倒縮現(xiàn)象。其實,水泥和混凝土的唯強度論是施工企業(yè)為縮短拆模周期,提高模板周轉(zhuǎn)率,片面追求高早期強度,使得這一錯誤觀念由施工單位傳遞到混凝土企業(yè)再傳遞給水泥生產(chǎn)企業(yè)。水泥企業(yè)為了滿足工程這一要求,采用添加早強劑、堿激發(fā)、磨細等手段提高早期強度。早期強度偏高的水泥有以下共同點:①熟料早期水化速率(強度)高;②水泥熟料中含偏細(<3μm)顆粒含量高;③水泥中石膏的形態(tài)和數(shù)量沒有很好與熟料礦物成分匹配;④水泥中堿含量高。水泥早期強度強度高,造成水泥早期水化快,水化熱集中釋放,增加早期收縮、提高減水劑摻量、增加坍落度損失。毋庸置疑,半個多世紀以來混凝土耐久性劣化,很大一部分原因源于水泥強度特別是早期強度提高、細度變細。
(3)水泥早期水化速率快
水泥技術(shù)的發(fā)展顯著提高熟料的煅燒強度,使得熟料中C3S含量超過60%,使得熟料水化反應(yīng)速率增加。這些都使熟料早期水化速率顯著加快。粉磨技術(shù)的進步以及助磨劑的使用,使得水泥中熟料的比表面積增加,水化速率難以降低。
(4)水泥堿含量高
環(huán)保壓力作用下,窯系統(tǒng)粉塵排放量顯著減少,使得水泥燒制過程中燃料帶入的堿無法排出,幾乎全部留在熟料中。
(5)其他
由于天然石膏的短缺,很多水泥廠家使用脫硫石膏代替天然石膏,導(dǎo)致水泥與外加劑相容性變差。水泥供應(yīng)緊張,許多企業(yè)生產(chǎn)的水泥陳化時間短,水泥表面溫度高,活性大,使用時用水量增加,外加劑用量大,有時混凝土坍落度損失亦增大等。
混凝土企業(yè)技術(shù)人員在選擇水泥品牌時盡量選擇大廠水泥,避開粉磨站。加強水泥批量檢測,對水泥強度穩(wěn)定性進行統(tǒng)計分析,設(shè)計配合比時采取“就低不就高”的原則設(shè)計配合比,降低混凝土質(zhì)量風險。
(二)粉煤灰
粉煤灰是一種被廣泛使用的礦物摻合料,但目前市場上品質(zhì)優(yōu)良且穩(wěn)定的Ⅰ級原狀灰并不多見。不僅如此,II級灰也時常出現(xiàn)這樣那樣的質(zhì)量問題,如假粉煤灰、脫硫灰、脫硝灰、浮黑灰等。
(1)假粉煤灰
隨著粉煤灰的廣泛應(yīng)用,及供應(yīng)緊張的影響,價格一再上漲,常常會遇到“假粉煤灰”。所謂的“假粉煤灰”有兩種,一種是質(zhì)量造假,以次充好;另一種是成分造假,即:一些供應(yīng)商將石灰石、煤矸石、爐渣等材料粉磨摻入粉煤灰中或直接冒充粉煤灰銷售。這種“假粉煤灰”由于成分復(fù)雜,對混凝土質(zhì)量的影響很難評估。對于“假粉煤灰”的分辨,有時很難依據(jù)標準進行檢測,有經(jīng)驗的混凝土企業(yè)根據(jù)實踐情況總結(jié)一些方法,如利用顯微鏡看顆粒形狀、顏色,配合燒失量、需水量比以及活性等進行判斷。
(2)脫硝灰、脫硫灰
環(huán)保壓力下,電廠采用脫硫、脫硝方法減少廢氣排放,脫硫、脫硝工藝的殘留物遺留在粉煤灰表面或混雜在粉煤灰中,給粉煤灰的使用帶來一些問題。如混凝土拌合物中含有刺激性氨味,氣泡增多,含氣量增加,體積膨脹,混凝土緩凝等一系列問題。對于脫硫灰、脫硝灰的使用標準規(guī)范缺乏相應(yīng)的指導(dǎo),使用方法以及對混凝土耐久性的影響缺少。
脫硫灰中的殘留物多以硫酸鹽和亞硫酸鹽的形式存在,有時游離氧化鈣含量偏高,加水攪拌后,滴加酚酞試劑呈現(xiàn)紅色。使用時應(yīng)注意脫硫灰中的硫酸鹽和亞硫酸鹽對外加劑的影響,同時觀察混凝土的凝結(jié)時間是否有緩凝現(xiàn)象。脫硫灰中游離氧化鈣含量超標容易引起安定性不良,導(dǎo)致混凝土膨脹、開裂,應(yīng)注意安定性檢測。
脫硝灰中的殘留物注意是銨鹽如NH4HCO3和(NH4)2SO4,這兩種物質(zhì)溶于水,在堿性環(huán)境下產(chǎn)生刺鼻的氣味(NH3),檢測時可以利用這一點進行檢測。脫硫灰中銨鹽含量小時,在混凝土施工過程中可以釋放完全,對混凝土影響不大。但銨鹽殘留較大時,產(chǎn)生的NH3不能完全釋放,混凝土硬化后表面有黃斑和泡眼,且有可能影響后期強度。
(3)浮黑灰
有些電廠在燃煤時添加助燃油脂以提高燃煤效率,添加的油脂如果燃燒不完全,將會殘留在粉煤灰中,嚴重時粉煤灰顏色發(fā)黑,甚至可以聞到異味。使用這種粉煤灰生產(chǎn)混凝土時,黑色油狀物會漂浮在拌合物表面,混凝土技術(shù)人員把這種粉煤灰稱為浮黑灰。實踐中,可以取適量的粉煤灰放進水中快速攪拌,看水面上是否浮有黑色油狀物來判定是否是浮黑灰。如果混凝土公司誤進“浮黑灰”,被迫使用時,應(yīng)盡量防止泌水,減少黑色物質(zhì)上浮。
(三)外加劑
外加劑已是混凝土中重要組分,但外加劑種類繁多,性能各異,攪拌站使用的外加劑多是以減水劑為主,再根據(jù)需要復(fù)配有緩凝劑、引氣劑、早強劑、防凍劑等產(chǎn)品。外加劑在使用中的適應(yīng)性問題已經(jīng)不再單單指與水泥的適應(yīng)性,現(xiàn)已包括與礦物摻合料、骨料等所有原材料的適應(yīng)性問題。外加劑的種類不同性能不同,即使種類相同,批次不同也存在不同程度的差異。此外,原材料的品種改變或質(zhì)量波動,也會外加劑與之適應(yīng)性變化,如水泥品種變化,同一外加劑的減水率及保坍性能都有差別。外加劑復(fù)配過程中也存在各組分之間的不相容現(xiàn)象,主要表現(xiàn)在有的分層,有的發(fā)生反應(yīng)降低各自性能,如萘系與聚羧酸減水劑,兩種不能復(fù)合使用。生產(chǎn)過程中應(yīng)注意檢查外加劑與原材料的適應(yīng)性波動情況,并通過試驗找出波動引起的差距,以便及時調(diào)整。
(四)骨料
目前,骨料質(zhì)量問題是混凝土原材料中一個十分重要的問題,可謂骨料品種繁多,亂象叢生,嚴重影響到混凝土質(zhì)量的安全。歸根結(jié)底骨料供應(yīng)緊張只是其中的一方面,主要原因是管理人員對骨料質(zhì)量不重視,或者混凝土企業(yè)管理人員對骨料干涉過多,“重水泥、輕骨料”的思想根深蒂固。有些管理人員粗暴地認為只有水泥質(zhì)量不出問題,混凝土質(zhì)量就有保障,在這種思維的支配下,無底線地采取低價采購骨料,以為買著便宜成本就低,事實上往往事與愿違。重視砂石骨料質(zhì)量的混凝土企業(yè),原材料供應(yīng)緊張時依然有不錯的骨料供應(yīng),不重視砂石骨料的企業(yè),即使原材料供應(yīng)充足也是使用較差的原材料。
砂石骨料質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在以下幾方面:
(1)骨料含泥量大。目前,多地禁止開采河砂,即使有河砂供應(yīng),也是含泥量偏大質(zhì)量較差。很多混凝土企業(yè)采用石子下腳料——石屑作為細骨料使用,有時石粉中含泥量驚人。
(2)骨料級配差。主要表現(xiàn)在石子廠將石子篩分成5~10mm、10~25mm以及20~31.5mm等粒級銷售,混凝土企業(yè)單獨使用造成級配差。此外,石子廠的小角料石屑,往往被當作所謂的“機制砂”銷售給混凝土企業(yè),石屑的級配大多“兩頭顆粒含量大,中間顆粒不足”,給配制混凝土帶來困難。
(3)細骨料砂細度模數(shù)變化大。細骨料來源和材質(zhì)不同,造成細度模數(shù)差異很大,混凝土公司細骨料供應(yīng)商往往有多個,來料交叉進行,加劇了細骨料的細度模數(shù)波動。
(4)骨料材質(zhì)差。骨料中含有大量的風化軟弱顆粒,造成壓碎值低,吸水率偏高,一方面造成混凝土拌合物工作性能變差,另一方面造成混凝土強度偏低,耐久性變差。
(5)骨料粒形差。受骨料母巖材質(zhì)和生產(chǎn)工藝影響,造成骨料針片狀顆粒含量偏高,有些顆粒雖然不符合針片狀規(guī)格,但不規(guī)則的粒形導(dǎo)致混凝土工作性、力學性能變差。
加強砂石骨料檢測是控制骨料質(zhì)量的關(guān)鍵。初步判定細骨料的質(zhì)量好壞采取“經(jīng)驗+試驗”的方法進行,經(jīng)驗為輔,試驗為主。細骨料的檢測經(jīng)驗方法采取“看、捏、搓、拋和洗”等方法:“看”,即看級配,估計粗細程度,抓一把砂攤在手心,細看粗細砂粒是否分布均勻,各級顆粒級配分布越均勻級配越好;“抓”,用手抓一把砂估計含水率的高低,抓一下看砂團的狀態(tài),砂團越緊證明含水率越高,反之越低;“搓”,抓一把砂在手心,用兩手掌搓后,輕輕拍手,看手心上粘附的泥層,泥層越多且黃則證明砂含泥高,反之含泥低;“拋”,砂握成團后在手心拋一拋,若砂團不松散,可以判定出砂細、含泥或含水較高;“洗”,抓一把砂在水中洗一下,看看渾水的程度判定含泥量,還可以看看洗后砂顆粒的材質(zhì)、粒形。粗骨料的經(jīng)驗檢測主要靠“看和磨”等直觀方法。“看”,即看顆粒級配,看粗骨料粒形,看表面雜質(zhì)及含泥量,看風化軟顆粒含量;然后再結(jié)合“磨”,即兩個或多個粗骨料顆粒在手中磨,判定粗骨料的堅硬程度。
經(jīng)過初步判定的骨料,如果對質(zhì)量產(chǎn)生懷疑,應(yīng)立即試驗驗證,以便定量分析。
結(jié)論
當前,混凝土原材料存在的問題,導(dǎo)致混凝土質(zhì)量出現(xiàn)很多不確定因素,混凝土質(zhì)量控制難度加大。面對新挑戰(zhàn),混凝土技術(shù)人員應(yīng)引起足夠的重視,改變傳統(tǒng)配制思路,多做試驗分析,適應(yīng)新變化?;炷良夹g(shù)人員,選擇原材料配制混凝土應(yīng)“以試驗為依據(jù),質(zhì)量保證為目標”,嚴控混凝土質(zhì)量。
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