预拌混凝土的正确使用技术

［摘要］根据作者为客户提供技术服务的经验，向预拌混凝土使用者叙述正确使用预拌混凝土的五项作业，并从理论上说明正确使用的必要性以及在作业中忽视该技术会产生的后果。
 
    在长期为混凝土客户服务时间内，我们深深体会到应向预拌混凝土使用者说明在使用预拌混凝土时需特别注意下列作业。
 
1　从开始卸料至入模的全过程严禁向混凝土中随意加水
    混凝土浇注过程中随意向混凝土（含搅拌车，下同）中添加水，意味着改变了所供混凝土中的水胶比（含水灰比，下同）。此举将降低混凝土的强度、密实性和耐久性，进而影响建筑物的安全度和使用寿命。
    混凝土配合比设计中所确定的水胶比，是根据大量试验数据描绘出胶水比与混凝土抗压强度关系曲线，再从此曲线求出胶水比与抗压强度关系式（即强度计算方程式——需说明的是，掺有矿物外加剂和化学外加剂的混凝土，胶水比与抗压强度仍呈直线关系），最后根据关系式，计算出符合配制强度所需的水胶比（当然在确定配合比时还需遵守规范规定的最大允许值即最大水灰比值）。每m³混凝土中的水泥用量（胶凝材料——含矿物外加剂，下同）是以此值和计算时初定的单位用水量计算求得的（当然还须遵守规范规定的胶凝材料最小用量）。集料等其它材料用量，亦是根据配合比设计计算式求得。然后通过试拌和强度检验，对计算结果进行验证( 通过试拌，验证初定用水量和砂率能否满足和易性的需要，成型时制作试件，为验证初定水胶比能否满足配制强度的需要)，最后确定生产混凝土的配合比。验证确定的配合比在生产过程中原则上是不能变的，特别是水胶比。
    混凝土搅拌站在配料过程中，当原材料发生较大变化，使所配混凝土的和易性不符合所需值而需要调整单位用水量时，则按预计需调整的用水量值和计算配合比时采用的水胶比（需严格遵守），同时调整胶凝材料用量（含减水剂），以确保原定水胶比不变。只有这样才能保证向客户提供的混凝土强度在配制强度线附近波动，才能使浇注到结构中的混凝土强度具有足够的均匀性，才能保证向客户提供的混凝土强度保证率达到95%。大量实践证明，此种确定配合比的程序和配料时调整配合比的方法是完全正确的。由于本公司严格按此种方法确定配合比来生产混凝土，所产混凝土的强度保证率均大于95%，均方差在3～5MPa 之间波动。本公司实施由电脑记载每罐混凝土的实际称量值，以便随时可向客户提供配料的实际数据。
    为保证出厂混凝土拌和物的坍落度及和易性能符合订货单规定的技术指标，预拌混凝土出厂前，由技术部质验员目测坍落度及和易性的情况，检验合格后才准予放行。在一切正常情况下，运输车辆运抵施工现场时，不会出现浇筑困难的情况，当出现车辆因故延长至浇筑地点的运输时间，或车辆到达工地后未能及时卸料，或卸料时间超过2h 时则属例外。必须指出，发生上述情况时，均会降低车内混凝土拌和物的稠度（坍落度，下同）。
    当发生上述非正常情况时，施工单位本应主动与混凝土供应商联系，解决稠度不符合施工所需的问题，但在工地上常可看到在一些管理水平低劣的施工单位（甚至个别大施工企业）中，操作工人随意向搅拌车内灌（加）水的现象。个别严重者，当混凝土搅拌车到达工地时，工人不首先检查（目测）混凝土稠度，就盲目地将水管直接向运输车搅拌筒内灌水。有的管理人员甚至技术人员，对此种严重影响混凝土质量的错误操作视而不见，不令他们及时纠正。上述人员不理解在搅拌筒内混凝土中的所有材料用量（当然包含水泥量），是严格根据配合比数据，经电脑计算、精确称量和搅拌机充分搅拌后才能卸入运输车内。车辆出厂前混凝土的质量，经质检员目测合格后才准予放行的。采用随意向运输车搅拌筒内灌水者不理解，不论采取何种方法单独向筒内灌加水的做法，意味着提高了配合比中的水胶比（含水灰比，下同），进而降低混凝土的强度、密实性和耐久性。
    施工单位应该清楚，混凝土生产企业仅对运抵混凝土泵或吊罐接料口处的混凝土质量负责。亦就是说，混凝土生产企业仅对车内混凝土的配合比、水胶比、每m3 混凝土中的材料用量（含水泥用量）符合配合比设计、混凝土拌和物的和易性及强度能符合相关规范和订货单的要求负责。当然，混凝土强度（含有抗渗要求的混凝土）等数据需待龄期达到28 天后才能补发。必要时，由客户测量混凝土的坍落度，并审视和易性情况。合格后办理签收手续。客户在混凝土送货单上实施签收，则意味着对所提交的混凝土质量已予确认（符合订货技术要求）。客户签收后对所提交混凝土的一切操作（含自行向混凝土中加水、分灰、振捣及养护等），混凝土生产企业无法进行跟踪，更无法承担因施工单位违规操作而引发的混凝土质量问题的责任（含从构件中抽取的钻芯强度）。
根据我们的经验，对掺有粉煤灰和减水剂的混凝土，水胶比每提高0.025 ～0.106，混凝土的强度将降低5MPa。强度等级愈高，水胶比变化对强度的影响亦愈大。这就是说，对于强度等级高的混凝土，水胶比对混凝土强度的影响特别敏感。例如，若向C50 混凝土自行增加26 kg/m3 水，将使混凝土强度降低5MPa（即降至C45）。据测量，直径为17mm（8/12 英寸）的水管，在正常水压下每分钟水的流量为13kg（相当于一桶水）。即，若向搅拌罐内灌2 分钟水（应认为是非常短暂的时间），强度已降低了一个等级!
    下面举一个现场工人向搅拌车内灌水造成质量事故的例子。本公司于2006 年11 月25 日为某客户提供一车8m3C40混凝土，用于浇筑五条首层柱。采用吊罐直卸工艺。由于工人操作不熟练，浇筑进度十分缓慢。第一、二条柱稠度合适，施工正常，从第三条开始由于延时过长，坍落度损失较大，施工难度随之不断增大。当时，施工单位没有及时向本公司反应，工人为了便于操作，事后便不断向搅拌罐内灌水。搅拌车司机虽对此种做法曾予以制止，但无效果。最后，终于浇完了该五条柱（8m³混凝土）。司机返厂后未向相关部门反应施工情况，第三天拆模后，第四、五条柱的表面，除出现严重脱皮的现象外，并显潮湿，用铁钉轻划构件表面后，出现较深的刻痕。显然，反应出柱子表面强度很低。虽然龄期尚未达到28 天，为作分析，了解事故产生的原因，我们对柱子进行了回弹检测。按浇注顺序测得五条柱子7 天强度回弹换算值如下：31.8MPa、22.7MPa、15.9MPa、11.2MPa、＜10.0MPa。在交谈中，现场施工人员承认从浇灌第三条柱开始不断向搅拌筒内灌水的事实，经研究，最后确定第三至第五条柱打掉重浇。这是因工人不断向运输车搅拌筒内灌水的质量事故。
 
2　必须特别重视二次抹面工作
    为延长建筑物使用寿命和改善混凝土混合物的和易性等性能，当今混凝土生产企业，在生产预拌混凝土过程中，均掺有矿物外加剂和化学外加剂。此举措可延长混凝土的使用寿命，使用传统混凝土的寿命为30 ～40 年，使用预拌混凝土可延长到50～70 年，最高可延长至100 年以上。当前，现代预拌混凝土的质量远远优于传统混凝土的事实，已为业界所公认。国内外学者一致认为，这是提高混凝土结构耐久性及混凝土拌和物和易性等性能的最佳手段，是现代混凝土技术的重大进步。因此，中国土木工程学会标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》CCES01- 2004 条文说明指出: 使用矿物外加剂首先是为了耐久性的需要。王玲、田培在《高强高性能混凝土用矿物外加剂》GB/T18736 － 2002 应用指南一文中指出，在混凝土组分中引入高效减水剂后，克服了以往高强混凝土不能预拌和泵送施工的根本缺陷。……依靠化学外加剂和矿物外加剂来降低混凝土的用水量和改善混凝土微观结构，使混凝土更加密实并获得高强。……化学外加剂可生产出低水胶比的混凝土，提高混凝土的致密性和抗渗透性，矿物外加剂可改善混凝土的工作性，改善界面的微观结构，堵塞混凝土内部孔隙并起到胶凝材料的作用，是配制高性能混凝土必不可少的材料。……高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术制作的低水胶比的混凝土，它以耐久性为主要指标。……这种混凝土不仅高强，而且具有许多优良的特性。高强混凝土几乎不透水，加上高强混凝土中的矿物外加剂多有抑制混凝土内部发生有害化学反应的作用，所以高强混凝土除了高性能外，还具有独立的耐久性。
    由于现代预拌混凝土生产企业提供的混凝土具有以上优良性能，它在组成方面有别于传统混凝土。混凝土施工操作必须随着组成改变而作相应的调整。这就是说，现代预拌混凝土向使用者提出了比传统混凝土更高、更严的施工要求，预拌混凝土的使用者必须在作业上与之相适应。
    众所周知，粉煤灰是预拌混凝土生产企业最常用的矿物外加剂，其次为磨细矿渣粉，特殊需要时，在混凝土中需掺加10%以内的硅灰。当混凝土掺加了矿物外加剂和化学外加剂后，混凝土性能发生了一系列有利于提高混凝土质量的变化。叙述如下：
    水泥水化时将产生出占水化产物总量20% ～25%的氢氧化钙Ca(OH)₂。由于Ca(OH)₂ 能向混凝土中提供足够的碱，以保护结构中的钢筋不易被锈蚀，但在混凝土中Ca(OH)₂ 的存在，虽然能对混凝土强度有极微薄的贡献，但恰是降低混凝土耐久性的主要因素。CCES01- 2004 条文说明指出，“环境中的化学腐蚀介质对混凝土的侵蚀对象，主要是C₃A 和硅酸盐水泥矿物水化物中的Ca(OH)₂”。当混凝土中掺加粉煤灰后，不但能提高混凝土混合物的工作性能（因粉煤灰是比水泥更细，且是表面十分光滑的微珠颗粒，在混凝土拌和物中能发挥微珠效应，它具有能提高泵送混凝土的可泵性，因此，在配制时必须掺加粉煤灰），而且粉煤灰中活性氧化硅SiO₂ 和活性氧化铝Al₂O₃均能与Ca(OH)₂ 发生反应，生成具有胶凝性质的水化硅酸二钙2CaO·SiO₂·nH₂O 和水化铝酸三钙3CaO·Al₂O₃·nH₂O，同时能提高混凝土的强度和密实性（抗渗性、抗氯离子的渗透性、缓解碱骨料反应进程和抗溶出性侵蚀性），这就是说能将基本为有害（或无用）的成分Ca(OH)₂ 转变成能提高混凝土耐久性和强度的成分。将不利因素转变成有利因素。当然，在粉煤灰掺量方面，需满足混凝土中必须具有足够的水泥用量，以确保长龄期混凝土中具有足够的Ca(OH)₂ 储备，保证混凝土中pH 值不低于11.7（此值为保证钢筋钝化膜在碱性环境中不易遭受破坏的最小值）。
    虽然在混凝土中掺加粉煤灰利远远大于弊，由于在混凝土组成方面发生了较大、较重要的变化，对混凝土施工提出了较常规操作更高、更严的要求，如有违反，将产生不良效果，甚至严重后果。具体要求叙述如下：
    对楼板、地面等构件，必须进行二次抹面，二次抹面的时间必须严格控制在混凝土初凝前进行。二次抹面完成并达终凝时，洒水后在构件表面覆盖塑料薄膜以利保湿。
由于粉煤灰颗粒的表观密度，虽然波动在0.6～4.6t/m³之间，平均值为1.8～2.4t/m³，但绝大多数颗粒小于2.0t/m³。是混凝土原材料固体颗粒中表观密度最低的组分。当对掺有粉煤灰的混凝土拌和物进行振动时，胶凝材料浆体的粘度将显著降低，混凝土组分中表观密度和尺寸大（或重）的颗粒将逐渐向下沉降，表观密度小（轻）的粉煤灰颗粒，随着水分向上迁移，逐渐浮向构件表面（泌水）。当然，在泌水过程中，部分极细的水泥颗粒有可能被粘附（夹带）出来，因此，在构件表面出现一层一定厚度的、由以水和粉煤灰为主（由于粉煤灰的表观密度约为水泥的2 /3，所以浮浆层中粉煤灰的含量会远远多于水泥）的、且夹有少量水泥和细砂的、类似田间泥土的浮浆层。浮浆层的厚度，随水胶比、粉煤灰掺量及混凝土拌和物坍落度的大小、结构的高低、和振动时间成正比关系。在浮浆内的水分蒸发过程中，固体颗粒互相靠近，浆体内出现弯月面，产生负压。仅含少量水泥，本身不具胶凝性质的粉煤灰水泥浮浆中，固体颗粒互相靠近的结果是，表面开始时出现细、短且浅的裂缝，随着时间的推移，裂缝将不断加宽、加长和加深，严重时可裂至楼板底部，出现漏水。这就是掺有粉煤灰的混凝土表面较其它矿物外加剂较易产生裂缝的主要原因。这就是说，表观密度小，且本身又不具胶凝性能的粉煤灰大量上浮（至构件表面），是促使粉煤灰混凝土表面形成裂缝的主要原因。从技术上讲，浮浆层浆体初凝前（当操作者的脚踏在浆体表面时，仍有脚印并略显水分时）出现的裂缝可用二次抹面的方法予以封闭。如果不及时采取此措施，浆体的微裂缝将随时间的推移而加长、加宽和加深，甚至裂至底部。浮浆层表面开裂的速度、程度与空气中的湿度、阳光照射程度和钢筋保护层厚度存在着密切的关系。在北风愈大、空气湿度愈小、阳光照射愈激烈时，钢筋保护层厚度愈小，浮浆层表面愈易发生裂缝。为避免裂缝的发生，要求所有平面构件在混凝土初凝前必须进行二次抹面。即二次抹面的时间应严格控制在浆体初凝前进行。可用木抹子或瓦工用灰刀，大力对浇筑面全面进行压抹后，可使刚出现的微细裂缝得以弥合。要求抹浆部位的浆体浓度尽可能均匀。
    2006 年 05月 10日 09时～21时30分，本公司向某“ 某商住楼”供应用于浇筑四层楼板的220m³A－C30－170－GB31.5－P.O 42.5R 混凝土，当天上午天阴，中午太阳光十分强烈，在作业时未对浇筑面进行二次压抹。两天后，施工单位向本公司反应，受烈日爆晒部分表面出现多处无规则裂缝，经向他们讲解预拌混凝土特点和必须适时对浇筑面进行二次压抹要求后，他们强调自己有十几年的施工经验，从来没有需二次抹面之说，亦未发生过什么裂缝，不予接受。2006 年05 月31 日08～18 时40 分，又向该工地提供用于浇筑五层楼板的31.5m³ A－C25－170－GB31.5－P.O 42.5R 混凝土，又在受烈日爆晒部分表面出现多处无规则裂缝（经测量裂缝宽度均小于0.3mm，属无害裂缝）。在浇筑第六块楼板时由本公司派技术人员到现场做二次抹面的技术指导，没有出现任何裂缝。此例是一起施工单位缺乏商品混凝土性能方面的知识，又在无使用经验的情况下，仍坚持按传统混凝土施工方法进行施工的教训!
    在浮浆表面初凝前，向其表面均匀地洒以少量水泥粉（尽可能地薄，不能使干水泥粉表面结成团），以增加浮浆层中的水泥含量，再用混凝土抹面机或抹子来回擦抹，通过此措施不但能预防混凝土表面产生裂缝，同时能提高混凝土表面耐磨性能。这是另一种能更有效避免产生裂缝的方法。
    作为例子，由本公司向某施工队提供的混凝土浇筑两块路面，由于未向浮浆层表面洒水泥粉，通车后路面出现严重起砂的现象，而洒水泥粉的路面，表面完整无缺。
 
3　所有构件必须及时养护，并确保至少养护14 天
    混凝土中的水泥只有在有水的条件下才能水化和硬化，水泥水化后才能形成水泥凝胶和Ca(OH)₂，水泥硬化后才能产生强度。同时，混凝土中掺入的矿物外加剂，其活性组分只能与硬化混凝土中的Ca(OH)₂ 溶液发生化学反应后，才能生成具有强度的硅酸盐凝胶和铝酸盐凝胶，才能提高混凝土强度和耐久性。所以，混凝土块体内必须保证有足够的水分来保证水泥的水化和硬化，才能保证混凝土中有足够多的Ca(OH)₂ 溶液，以提供与矿物外加剂中的活性组分与其发生反应，产生凝胶。尤其更不能使混凝土早期出现失水现象。早期失水，将大大降低水泥以及其后与矿物外加剂进行水化反应。早期失水，将强烈地降低混凝土的强度、抗渗性能（耐久性）及抗裂性能。因此，要求待浮浆层达到终凝（将手指用力擦硬化浆体表面不致损伤时表明已达终凝状态）时，即需对混凝土块体进行浇水养护。对于楼板，地面等构件的养护，建议围绕平面构件的周边设置粘土砂的防水带，然后灌水进行保水养护。对柱和墙等立面构件，可采用塑料薄膜，紧紧地将构件表面围住的方法，或向构件表面喷洒养护剂，亦可在构件表面挂麻袋、草帘等手段进行养护。对掺有矿渣粉的商品混凝土，由于呈熔融状态的矿渣水在成粒时已成为玻璃体，玻璃体颗粒其表面吸附水的能力非常薄弱（对水的附着力非常小），因此会导致胶凝材料浆体内的水分极易蒸发。在水分蒸发时固体颗粒互相靠近，其结果会使构件表面产生裂缝。这是掺有矿渣粉混凝土极易产生干燥裂缝的主要原因。所以，对掺有矿渣粉矿物外加剂的混凝土，亦必须特别强调对构件的养护。
    根据掺有矿物外加剂混凝土的特性，所有构件必须按规范要求确保混凝土至少养护14 天。
 
4　对存在产生温度裂缝危险的混凝土构件，须确保构件内外温差不得大于25℃　　
    对大体积混凝土（最小断面尺寸大于或等于1000mm 的构件）或强度等级高、水泥用量接近500kg/m³ 的混凝土，或水泥用量不太多，断面尺寸亦不大，但受严重约束（钳固）的构件，均需考虑温度裂缝的问题。
    表面温差裂缝主要由内外温差应力过大所致。内外表面温差是指混凝土内部平均温度与混凝土表面温度之差。内外温差应力应控制在25℃以内。内外温差超过25℃，极易产生表面裂缝。其机理是块体内部的高温，与块体表面的低温间存在一定的温度差，此温差使块体的表面上存在着膨胀势能（温度收缩能，或称热收缩能），给块体表面施加了一定的拉应力。当混凝土的抗拉强度小于拉应力，或拉伸应变大于极限拉伸变形时，混凝土块体将产生温度裂缝。规范所规定的块体的内外温差允许值为25℃以内就是这个道理。
    除温差应力外，由于高强、高性能混凝土的水胶比均较小，胶凝材料用量增多而导致自身收缩的增大，同样会产生拉应力。而且水胶比愈小，早期水化愈快，混凝土强度亦愈高，弹性模量随着强度的提高而增长，其结果是进一步加大了拉应力值。增大刚性，则不利于混凝土内部应力的松弛，亦将导致混凝土裂缝的产生。
    预防内外温差过大的方法，原则是在块体开始降温时（约从浇筑后第三天开始），要尽可能保护块体表面的温度不致较快地下降（即采取保温措施），尤其避免使块体表面温度骤然降温，以避免造成过大的温度梯度，产生过大的温差应力。具体做法是在块体表面覆盖草帘、麻袋、泡沫塑料、棉被并淋水等等，或推迟拆模（包括松开模板螺丝），条件允许时，最好当混凝土的抗拉强度达到能抵抗拉应力时才拆模。应该认识到，在对混凝土表面盖被后，能使内部温度缓慢释放，这是无可争辩的。但是，由于块体内部温度缓慢释放的结果，混凝土块体内水泥的水化速度会比不盖被时为快，会促进早期强度的发展，强度和强度弹性模量增长亦比不盖被时为快，弹模增长不利于应力松弛，亦不利于抗裂。这是该措施存在着可商榷的地方。
    某施工队承建的宿舍楼C50 剪力墙2005 年08月27日用坍落度为160～180mm 的泵送混凝土浇注（水泥用量为480kg/m³）。浇后第二天松开拉杆螺丝，于08 月31 日拆模，拆模后，每段出现3 至5 条0.1～0.3mm 的微裂缝，09 月07日裂缝发展到0.14～0.34mm。查其原因为模板螺丝松开得太早，螺丝松开后又未对剪力墙采取保温措施所造成。
 
5　尽速卸料
    为减少混凝土坍落度损失，运输车首次抵达工地的时间和车辆抵达工地的频率，要预计准确，以缩短待卸的时间。混凝土运输车运抵工地后，必须尽速卸料，必须在2 小时以内使用完毕，超过2 小时会加速混凝土坍落度损失，至少会给施工带来困难，严重时会造成混凝土报废。必要时请及时与混凝土生产企业的相关部门联系，询问解决方法。
 
6　结语
    （1）现场操作工人，擅自向搅拌筒内灌水，将降低混凝土的强度、密实性和耐久性，进而影响建筑物的安全度和使用寿命，应予严格禁止。
    （2）现代商品混凝土是一种掺有矿物外加剂和化学外加剂的高科技产品。主要特点是：混凝土混合物的和易性好、易操作、不离析，混凝土密实、强度高、体积稳定性和耐久性好，使用寿命长。由于混凝土组成的改变，在施工时必须适时对浇筑面进行二次抹面，并进行充分养护，养护时间不得少于14 天。
    （3）对存在产生温度裂缝危险的混凝土构件，为防止裂缝的产生，在构件表面可用盖被法来降低构件内部温度向外部扩散的速度，确保构件内外温差不大于25℃。
    （4）为减少混凝土坍落度损失，施工单位要准确预计运输车首次抵达工地的时间和车辆抵达工地的频率，运输车运抵工地后，必须在2 小时以内完成卸料作业。
 

作者：王宝鑫，蔡树洪，李德良
信息来源：道客巴巴