混凝土試件強(qiáng)度不合格原因分析

王瑞亮 吳海豐 周志剛 王福占 北京城建建材工業(yè)有限公司

1 前言

建筑工程中需求最大的材料是混凝土，其質(zhì)量的好壞能夠直接影響工程結(jié)構(gòu)的安全性。混凝土試件抗壓強(qiáng)度在很大程度上反映建筑工程質(zhì)量。混凝土試件強(qiáng)度不合格或無效的情況下，不能反映混凝土的真實(shí)質(zhì)量，但對(duì)工程質(zhì)量的驗(yàn)收有著最直接的影響。

要判定混凝土真實(shí)質(zhì)量狀況，需要采取破損或者非破損的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法。這不僅增加了成本，也會(huì)影響施工進(jìn)度。混凝土是一個(gè)過程產(chǎn)品，有多種因素影響到試件的試壓值。本文以混凝土質(zhì)量、試件取樣、制作、養(yǎng)護(hù)及檢測(cè)等幾方面分析試件強(qiáng)度不合格原因。

2 混凝土質(zhì)量存在問題

2.1 混凝土原材料原因

2.1.1 水泥

（1）水泥強(qiáng)度不穩(wěn)定，導(dǎo)致試件強(qiáng)度波動(dòng)大。

（2）水泥品種較多，質(zhì)量參差不齊，不同品種水泥強(qiáng)度忽高忽低，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度忽高忽低。

2.1.2 細(xì)骨料

機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)偏低或偏高，混凝土穩(wěn)定性差，導(dǎo)致混凝土試件強(qiáng)度波動(dòng)大。

機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)偏低，其表面積增大，在混凝土中水泥漿用量一定的情況下，顆粒表面相對(duì)減薄，混凝土就變得干稠，流動(dòng)性就變小，導(dǎo)致坍落度降低。相反，當(dāng)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)偏高時(shí)其表面積減小，在混凝土中水泥漿用量一定的情況下，包裹砂子表面后就會(huì)有多余的水泥漿流出，混凝土就會(huì)變稀，流動(dòng)性變大，從而導(dǎo)致坍落度增大。混凝土強(qiáng)度受到嚴(yán)重影響[1]。

2.1.3 碎石

（1）碎石含泥量高：碎石含泥高影響混凝土膠結(jié)材料與骨料的粘結(jié)性，導(dǎo)致強(qiáng)度不合格。

（2）碎石壓碎指標(biāo)高：碎石強(qiáng)度低于混凝土的強(qiáng)度，當(dāng)混凝土受壓時(shí)，石子首先被壓碎，導(dǎo)致混凝土的實(shí)際強(qiáng)度降低。特別是使用風(fēng)化或軟質(zhì)巖石破碎加工成的碎石拌制的混凝土易發(fā)生此類問題。

（3）骨料體積穩(wěn)定性差：尤其是由頁巖、帶有膨脹松土的石灰?guī)r等制成的骨料，在干濕交替或凍融循環(huán)作用下，常表現(xiàn)為體積穩(wěn)定性差，發(fā)生變形，破壞混凝土已經(jīng)形成的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使混凝土試件受到破壞[2]。

（4）碎石級(jí)配不合理、粒徑大、針片狀含量高。混凝土拌合物包裹性差，在將混凝土拌合物裝入試模時(shí)可能出現(xiàn)有的試件漿體偏多，從而導(dǎo)致出現(xiàn)強(qiáng)度偏低的現(xiàn)象。

（5）碎石中有機(jī)物雜質(zhì)含量過高時(shí)，對(duì)水泥水化不利，延緩混凝土的硬化，影響混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)。

2.1.4 礦粉

（1）礦粉中摻入石粉，混凝土拌合物損失大，施工現(xiàn)場(chǎng)過程中隨意加水，導(dǎo)致混凝土試件強(qiáng)度不合格。

（2）28d 活性指標(biāo)值達(dá)不到規(guī)范要求，造成混凝土試件強(qiáng)度偏低。

2.1.5 粉煤灰

粉煤灰細(xì)度和燒失量指標(biāo)高出規(guī)范要求，導(dǎo)致混凝土損失大，嚴(yán)重影響混凝土和易性，導(dǎo)致強(qiáng)度波動(dòng)大。

2.1.6 外加劑

混凝土生產(chǎn)過程中外加劑摻量不夠，導(dǎo)致用水量增加，水膠比增大，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

2.2 混凝土過程控制

2.2.1 施工配合比調(diào)整不及時(shí)

砂石含水檢測(cè)頻次不夠，生產(chǎn)過程中未能及時(shí)調(diào)整施工配合比，實(shí)際用水量超出理論用水量，增大水膠比，造成混凝土試件強(qiáng)度不合格。

2.2.2 計(jì)量偏差

原材料計(jì)量出現(xiàn)偏差造成混凝土強(qiáng)度不足（表1）。

表1 原材料計(jì)量允許偏差

2.3 混凝土運(yùn)輸過程中可能存在的原因

混凝土在運(yùn)輸前，混凝土罐車中的水如果沒有放干凈或司機(jī)沖罐時(shí)間過長(zhǎng)，進(jìn)入罐中非配合比用水量增加，混凝土的水膠比也會(huì)因此增大，強(qiáng)度必然會(huì)降低。在運(yùn)輸?shù)焦さ剡^程中，由于工地路途較遠(yuǎn)，有時(shí)協(xié)調(diào)不到位還可能導(dǎo)致混凝土罐車到場(chǎng)后等候時(shí)間過長(zhǎng)，混凝土坍落度損失過大，和易性不好，為了方便施工，工人會(huì)在混凝土罐中直接加水?dāng)嚢韬笫┕ぃ謺?huì)導(dǎo)致水膠比增大，強(qiáng)度變低。

3 混凝土試件取樣、制作、養(yǎng)護(hù)存在的問題

3.1 混凝土取樣存在的問題

3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求

GB/T 50081—2019《混凝土物理學(xué)性能試驗(yàn)方法》中規(guī)定：（1）同一組凝土拌合物的取樣，應(yīng)在同一盤混凝土或同一車混凝土中取樣。取樣量應(yīng)多于試驗(yàn)所需量的1.5 倍，且不宜小于20L。（2）混凝土拌合物的取樣應(yīng)具有代表性，宜采用多次采樣的方法。宜在同一盤混凝土或同一車混凝土中的1/4處、1/2處和3/4 處分別取樣，并攪拌均勻；第一次取樣和最后一次取樣的時(shí)間間隔不宜超過15min。

3.1.2 取樣存在的問題

（1）在施工過程中，混凝土現(xiàn)場(chǎng)取樣或試件制作過程操作不夠規(guī)范，取樣量偏少未達(dá)到試驗(yàn)所需量的1.5倍或成型前未對(duì)混凝土進(jìn)行充分拌合，導(dǎo)致骨料在三個(gè)試件中分部不均，從而導(dǎo)致試件強(qiáng)度離散性大。（2）制作混凝土試件的人員為勞務(wù)人員，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件制作的重要性認(rèn)識(shí)不夠，責(zé)任心不夠。

3.2 混凝土試塊制作中存在的問題

3.2.1 試模尺寸有偏差

試模應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG 237—2008《混凝土試模》的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)定期對(duì)試模進(jìn)行核查，檢查周期不宜超過3 個(gè)月。混凝土試模長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致垂直度和平面度不標(biāo)準(zhǔn)等問題，在試模發(fā)生變形時(shí)未進(jìn)行自檢，其制作出來的混凝土試件尺寸不符合《混凝土試模》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。從而使混凝土試塊受壓面產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度不合格或出現(xiàn)離散性大情況。

3.2.2 試件成型過程中存在的問題

（1）試模中的拌合物超出試模太多或不足，導(dǎo)致一組試件強(qiáng)度出現(xiàn)偏高或過低情況。GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范要求“混凝土拌合物應(yīng)一次性裝入試模，裝料時(shí)應(yīng)用抹刀沿試模內(nèi)壁插搗，并使混凝土拌合物高出試模上口；成型后刮除試模上口多余的混凝土，待混凝土臨近初凝時(shí)，用抹刀沿著試模口抹平”。

（2）振搗時(shí)間長(zhǎng)，造成過振，使混凝土分層離析。影響混凝土試件質(zhì)量。GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范要求“用振動(dòng)臺(tái)振實(shí)制作試件時(shí)，試模應(yīng)附著或固定在振動(dòng)臺(tái)上，振動(dòng)時(shí)應(yīng)防止試模在振動(dòng)臺(tái)上自由跳動(dòng)，振動(dòng)應(yīng)持續(xù)到表面出漿且無明顯大氣泡溢出為止，不得過振”。

3.3 試件拆模時(shí)間控制不嚴(yán)格，影響試件強(qiáng)度值

3.3.1 試塊拆模偏早

在工程施工中，由于工期緊、施工段較多、混凝土澆筑比較頻繁，試模相對(duì)緊張，所以試件提早拆模現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。試件由于早期強(qiáng)度不高，內(nèi)部因拆模、搬運(yùn)振動(dòng)而產(chǎn)生微裂縫，導(dǎo)致28d 試件抗壓強(qiáng)度值偏低。

3.3.2 試件拆模晚

常溫轉(zhuǎn)冬施期間，由于氣溫低，試驗(yàn)員若不及時(shí)關(guān)注混凝土終凝時(shí)間，試件常常2d～3d 后拆模，導(dǎo)致7d強(qiáng)度預(yù)警值低于攪拌站提供的7d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土試件抗壓強(qiáng)度值。造成試件7d強(qiáng)度值不合格。

3.4 混凝土試件養(yǎng)護(hù)存在問題

（1）混凝土試件成型抹面后未能及時(shí)保濕覆蓋。（2）混凝土試件拆模后不及時(shí)送標(biāo)養(yǎng)室。

由于試件成型不覆蓋、拆模后養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，部分試件失水嚴(yán)重，在中間間隔的時(shí)間也未進(jìn)行濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，混凝土的水化熱時(shí)未能及時(shí)排除內(nèi)部熱量，而產(chǎn)生中部應(yīng)力集中區(qū)，強(qiáng)度產(chǎn)生下降現(xiàn)象，同時(shí)出現(xiàn)部分強(qiáng)度合格，部分強(qiáng)度不合格或強(qiáng)度偏差過大現(xiàn)象[3]。

（3）混凝土試件成型室及標(biāo)養(yǎng)室溫濕度達(dá)不到規(guī)范要求。

混凝土試件成型后應(yīng)放在溫度為20℃±5℃、相對(duì)濕度大于50%的室內(nèi)靜置。試件拆模后應(yīng)立即放入溫度為20℃±2℃，相對(duì)濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)。冬季施工過程中，若成型室溫濕度達(dá)不到要求，試件早期7d 強(qiáng)度預(yù)警值同樣會(huì)低于攪拌站提供的7d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土試件抗壓強(qiáng)度值。試件28d齡期強(qiáng)度值也會(huì)受很大的影響。

3.5 混凝土試件管理混亂

由于施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)員責(zé)任心不強(qiáng)，試件管理混亂，許多試件隨意堆放，且試件上不編號(hào)，不注明使用部位、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、制作日期等，造成試件之間的混亂。送檢混凝土試件不能代表該批次混凝土的實(shí)際強(qiáng)度情況。

4 試件檢測(cè)過程存在的原因

（1）混凝土試件在抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)前，未對(duì)試件尺寸公差進(jìn)行檢測(cè)。依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)表明，試件檢測(cè)有如下要求。

①承壓面的平整度公差不得超過0.0005d（其中d為試件邊長(zhǎng)）；

②試件相鄰面應(yīng)該垂直，即夾角為90°，其公差應(yīng)不得超過0.5°；

③對(duì)于試件各邊長(zhǎng)、直徑和高的實(shí)際尺寸公差應(yīng)不得超過1mm。

（2）試件放置試驗(yàn)機(jī)前，試件表面及上下承壓面有雜質(zhì)，接觸不均勻，導(dǎo)致試件強(qiáng)度不準(zhǔn)確。

①試件取出之后，需要使用干毛巾擦拭干凈。如果試件表面有油污對(duì)試驗(yàn)結(jié)果會(huì)有一定的影響。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果試件的受壓面上存有油污，將減小承壓板與試件表面之間的摩擦力，試件將出現(xiàn)垂直裂紋而破壞，這樣測(cè)試得到的混凝土強(qiáng)度值偏低[4]。

②上、下承壓板表面需擦拭干凈，防止有堅(jiān)硬的石屑和砂粒等顆粒物附著在承壓面上，確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試件強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，絕大部分是系統(tǒng)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，試壓過程中如果有堅(jiān)硬石屑，石屑破碎后，系統(tǒng)會(huì)稍有暫停，此時(shí)數(shù)據(jù)就會(huì)被采集，導(dǎo)致試件強(qiáng)度數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確（如圖1）。

圖1 上下承壓板表面干凈

（3）試件成型時(shí)的成型面作為承壓面，導(dǎo)致同組試件強(qiáng)度離散性大

施工方在試塊送檢時(shí)，會(huì)在試件成型面標(biāo)識(shí)強(qiáng)度等級(jí)、成型時(shí)間及試件編號(hào)等信息。送檢實(shí)驗(yàn)室委托后，實(shí)驗(yàn)室會(huì)在試件側(cè)面標(biāo)識(shí)內(nèi)部委托編號(hào)等相關(guān)信息。在實(shí)驗(yàn)過程中，試驗(yàn)員責(zé)任心不強(qiáng)，將試件的成型面作為承壓面。而成型面平整度無法達(dá)到規(guī)范要求，導(dǎo)致同組試件強(qiáng)度偏差大、試件強(qiáng)度不合格。

（4）試件擺放時(shí)不是軸心受壓，導(dǎo)致試件強(qiáng)度低或離散性大

在進(jìn)行抗壓試件強(qiáng)度試驗(yàn)過程中，試件放置位置偏離中心位置，不是軸心受壓，實(shí)驗(yàn)結(jié)果通常較正常值偏低。規(guī)范要求“試件安放在試驗(yàn)機(jī)的下壓板或墊板上，試件的中心與試驗(yàn)機(jī)下壓板中心對(duì)準(zhǔn)”。如此一來，確保試件的軸心受壓，試驗(yàn)過程中軸心不得有所偏移（如圖2，圖3所示）。

圖2 試件軸心受壓

圖3 試件位置偏移

（5）未按照加荷速度標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施正確的操作，導(dǎo)致試件強(qiáng)度偏差大，試件強(qiáng)度不合格

手動(dòng)控制壓力機(jī)加荷速度時(shí)，加荷速度不均勻，加速過快產(chǎn)生沖擊荷，導(dǎo)致試件強(qiáng)度偏高。

試驗(yàn)過程中應(yīng)連續(xù)均勻加荷，加荷速度應(yīng)取0.3MPa/s～1.0MPa/s。

當(dāng)立方體抗壓強(qiáng)度小于30MPa 時(shí)，加荷速度宜取0.3MPa/s～0.5MPa/s；立方體抗壓強(qiáng)度為30MPa～60MPa 時(shí)，加荷速度宜取0.5MPa/s～0.8MPa/s；立方體抗壓強(qiáng)度不小于60MPa 時(shí)，加荷速度宜取0.8MPa/s～1.0MPa/s。

5 結(jié)束語

混凝土試件強(qiáng)度是評(píng)定混凝土最終質(zhì)量的重要依據(jù)，混凝土技術(shù)參數(shù)較多，只有認(rèn)清影響混凝土試件強(qiáng)度的原因和發(fā)展規(guī)律，加強(qiáng)混凝土質(zhì)量過程控制，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的程序進(jìn)行混凝土試件的取樣、制作、養(yǎng)護(hù)及檢測(cè)，各方共同努力，才能避免試件出現(xiàn)不合格。