混凝土服役强度较低原因浅析

马庆余（山东工程技师学院，山东 聊城 252000）

混凝土服役强度较低原因浅析

马庆余（山东工程技师学院，山东 聊城 252000）

混凝土强度影响工程质量，混凝土服役强度不足，不仅影响建筑结构承载力与耐久性，亦直接影响结构安全。正确、及时分析可能导致混凝土服役强度较低原因，严格控制和监管混凝土制备过程各个环节，确保混凝土强度达到设计要求，具有重要意义。

混凝土；服役强度；原因分析

混凝土是常用的建筑材料之一，混凝土强度直接影响工程质量。建筑工程建设过程中，混凝土服役强度不足现象经常发生，不利于建筑结构的承载以及结构的耐久性，还可能直接影响结构安全，造成安全事故。在建筑施工中对混凝土强度不足问题应引起高度重视，及时、正确分析混凝土强度不足原因，对保障建筑质量、合理处理问题出现时的后续事宜具有重要的实际意义。本文对可能造成混凝土服役强度较低的主要原因进行浅析。

1 原料质量欠缺

1.1 水泥质量欠缺

水泥是混凝土组成中的主要胶凝材料，是混凝土胶凝强度的主要提供者，水泥质量如在下述两方面出现问题，可能会对混凝土强度产生较大不利影响。

1.1.1 水泥28天实际强度低

水泥长龄期强度，特别是28天强度较低，是导致混凝土强度不足问题的主要原因之一。国内现行水泥行业运转体制下，水泥生产企业常常在28天强度尚未检测时即将水泥售出，此时，水泥的28天强度是水泥企业质量控制人员依据本企业运行状况凭借工作经验预测得出，混凝土制备企业进一步根据此预测值确定混凝土配合比，并进行混凝土的生产制备，当预测值与实际值发生偏离且实际值偏低时，容易造成混凝土强度不足。水泥储存和管理也可能导致混凝土强度不足，例如，储存时间较长，或者储存环境湿度较大，此时水泥中具有胶凝活性的矿相常常与空气中的水蒸气发生水化反应，降低了水泥使用时的活性，即水泥强度使用时与出厂时相比发生较大程度的下降，此时，如果混凝土组成设计仍依据水泥未变质前的状况进行，容易造成混凝土实际强度不足。

1.1.2 水泥安定性不良

水泥安定性是指水泥浆体在凝结硬化过程中体积变化的一种特性。

水泥安定性是指水泥硬化后体积变化的均匀性，如果水泥的安定性不良，水泥服役时将产生体积的不均匀变化，使得混凝土内部发生膨胀性的应力，硬化水泥浆体发生膨胀、裂缝或翘曲等现象， 反映在强度方面，即为导致混凝土内部出现裂缝、服役强度降低。水泥中处于游离态的氧化钙与氧化镁（游离钙与方镁石）含量高于国标限制值会导致安定性不良，水泥中三氧化硫含量超过国标限制值也会导致安定性不良，上述安定性不良的机理均是由于混凝土水泥硬化浆体中生成了大量的体系难以承受体积更大的水化产物的缘故，例如游离氧化钙与水反应生成氢氧化钙、游离氧化镁与水反应生成氢氧化镁、石膏与含铝物质生成钙矾石。游离氧化钙或方镁石的大量存在，易造成混凝土强度不足乃至崩溃，需要注意的是，这两种物相不仅在熟料中可能会出现，某些混合材中也可能大量含有，例如某些钢渣。石膏在水泥中可改变C3A的反应历程，调节凝结时间，C3A的水化产物C4AH13与石膏反应生成钙矾石，固相体积增大到数倍。此反应若在水泥凝结硬化过程中进行，混凝土浆体尚具有一定塑性，体积膨胀可能不会造成安定性不良。若水泥中石膏掺加量过多，在混凝土塑性消失后还剩余较多的石膏，则由于固相体积增大的应力难以释放，易发生局部体积膨胀，可能会破坏已经硬化的水泥石结构，造成混凝土服役强度不足，在膨胀超过浆体服役强度约束力时，混凝土将失去强度，外观表现为混凝土出现显著裂缝、甚至整体溃散，一般而言，目前国内混凝土建筑很少出现强度完全丧失的案例，但由于水泥安定性不良导致混凝土中水泥硬化浆体微裂纹大量出现导致的混凝土整体强度低于设计强度的现象则并不鲜见。

1.2 砂、石质量差

1.2.1 石子强度低

制备C30等级以上混凝土时， 所用石子的长宽高各5厘米的立方试体抗压强度与以该石子制备混凝土的抗压强度的比值不能低于200%，然而在工程实际中，当对混凝土试块进行抗压强度测试之后，会发现许多石子处于受力后的破碎状态，即石子的强度低于应该达到的数值，这将使混凝土的服役强度下降[1]，导致该现象出现的原因是我国石子资源与石子质量的合理控制尚待加强，大量低品质石子被使用。

1.2.2 砂石中细尘比例高

不规范供应的砂石中常常含有以粘土、粉尘为代表的大量细尘，会导致混凝土服役强度下降，其原因为：

1）细尘包覆于砂石表面，影响了砂石与水硬浆体之间的粘结强度；

2）细尘增大了砂石体系的比表面积，加大了体系的需水量；

3）细尘中的粘土粒子遇水后体积稳定性差，容易湿胀干缩，会破坏混凝土的体积稳定性。

1.2.3 砂石中硫元素含量高

我国砂石资源在某些区域存在不足，一些硫含量高的砂石被使用，例如以某些尾矿制备的人工砂石。砂石中含有硫化物、硫酸盐，例如硫酸亚铁或者二水石膏，当砂石中含有的硫元素折算的三氧化硫含量高于1%时，硫与水泥水化产物中的含铝物相反应生成钙矾石的可能性较高，钙矾石生成导致的体积膨胀超出水泥浆体承受能力时，将导致混凝土体系出现因膨胀裂缝出现而发生的强度降低[3]。

1.2.4 砂中含有较多云母矿相

某些区域的砂子中常含有较多云母矿相，云母是一种表面较为光滑的天然矿物，光滑的表面意味着它与水泥水化浆体之间的粘结强度较低，同时云母是一种受力之后容易沿着自身天然解理面发生开裂行为的矿相，开裂意味着其所在体系强度的下降，因此，如果混凝土制备时使用了含有云母的砂做为骨料，将很有可能发生混凝土服役强度下降问题。

1.3 拌合水品质不达标

我国混凝土搅拌站质量层次不齐，某些小型搅拌站有时不按照混凝土制备规范，使用的拌合水质量不能达标，例如当使用的拌合水中含有较多藻物的有机质，或者为了节约成本使用含有未知组分与含量酸、碱、盐的污水、工业废水时，这些有机质、酸、碱、盐均容易导致混凝土服役强度下降。

1.4 外加剂质量低劣

混凝土外加剂是一个竞争激烈的行业，某些外加剂企业质量不合格现象相当普遍，以经济较发达某省为例，其抽检了一些质量较好的外加剂生产厂，产品合格率仅为68%左右。而这些外加剂的出厂证明都是合格品，因此由于外加剂造成混凝土强度不足，甚至混凝土不凝结的事故时有发生。

2 碱骨料反应

碱骨料反应的机理是，水泥中以钾、钠元素为代表的碱与砂石骨料中的活性二氧化硅之间发生化学反应，生成含碱的硅酸凝胶，这种凝胶具有吸水能力强特性，同时吸水后会发生较大的体系膨胀，从而导致混凝土体系发生的膨胀体积变形无法自身消纳，造成混凝土体系开裂、服役强度下降甚至崩溃。值得注意的是，研究者发现，碱骨料发生不仅有可能在碱与活性二氧化硅之间发生，也有可能在碱与含有白云石骨料中的碳酸盐之间发生，这种反应会导致白云石自外向内发生剥落，导致内部的粘土质矿物暴露于水泥水化浆体中。粘土在潮湿环境中容易吸水发生膨胀，造成混凝土体系服役强度下降乃至崩溃[4]。

碱骨料反应危害在于，反应产物中的碱，容易与水泥水化浆体中的氢氧化钙发生二次反应，再次以可以与骨料进行化学反应的游离态出现，如此不断循环，不断降低混凝土体系服役强度，同时，由于骨料与水泥水化浆体在混凝土中处于均匀分布而不是仅仅处于表层，因此，当碱骨料发生时，除非将混凝土整体移除，否则难以中断该反应。

碱骨料反应导致的强度下降问题一般在建筑服役数年乃至数十年后爆发，判断混凝土强度不足根源，应注重检测混凝土中的骨料边缘是否有碱骨料反应迹象。重大工程建设时，应尽量采用低碱水泥，如水泥中碱含量较高，则务必需要控制砂石骨料的质量，不要使用含有活性二氧化硅的骨料，也不是使用含有白云石的骨料。

3 混凝土配合比设计不合理

混凝土配合比设计应根据目标混凝土强度等级、施工性、耐久性等方面的需求，同时兼顾原材料情况、工程性质等方面状况，按照«普通混凝土配合比设计规程»，经过初步计算、试拌调整、检验和校正的流程，最终加以确定。混凝土制备企业应按照如下流程进行：

1）根据混凝土性能要求与原材料实际，初始计算获得理论配合比；

2）按照理论配合比，在企业实验室进行试配，调整原料配比，获得满足混凝土施工需求的基准配合比；

3）根据混凝土表观密度与强度富余量，对基准配合比进一步调整，获得试验室配合比；

4）根据企业采购砂石的含水率指标，将试验室配合比折算为施工配合比，进行混凝土制备。

可见，上述流程全部实现需要相当的时间，因此，有些混凝土制备企业为追求时间效率，未严格按上述规程进行混凝土配合比设计，随意简化设计环节，例如，未经试配调整等环节，仅凭经验或借用其他工程配合比数据，从而造成许多混凝土强度不足事故。

影响混凝土强度的重要因素有：水泥强度、混凝土中的胶凝材料（水泥与掺合料）总量、混凝土中拌合水与胶凝材料总量之间的比例；设计混凝土配合比时，上述三要素缺一不可。混凝土中的胶凝材料成本占据相当的混凝土成本，在很大程度上关系到混凝土的经济性，某些混凝土制造商常常削减混凝土中胶凝材料用量至惊人程度，这将直接不利于混凝土服役强度。中国建筑施工工人的普遍素质决定具有较好的施工性的混凝土受到欢迎，混凝土制备时采用较高水灰比容易满足混凝土的施工性，但同时会导致混凝土强度下降。

4 混凝土配制及施工工艺问题

混凝土制备过程与施工过程的许多环节，如不能妥善处理，容易造成混凝土强度的不足：

4.1 混凝土配制计量不准确

混凝土配制时，下述环节如果不加以严格管控，容易发生计量不准问题：

1）混凝土搅拌系统中的加水装置的精度；

2）混凝土浇注地点不合理的二次加水；

3）混凝土搅拌系统中的水泥计量装置不准；

4）采购的水泥重量不足，造成混凝土中水泥用量不足；

5）混凝土搅拌系统中的砂、石计量设备陈旧或维护管理不善，精度不合格；

混凝土制备企业中的砂石堆放混乱，互相混杂，导致砂石配合比严重失准。

上述这些因素均可能使混凝土配制达不到设计配合比要求，使混凝土服役强度产生较大的波动[5]。

4.2 混凝土拌制质量较差

向搅拌机中加料顺序错误，搅拌时间过短，造成拌合物不均匀，造成混凝土强度不足。

4.3 浇筑前混凝土质量发生变化

混凝土运输工具落后，运输器具漏浆，在运输中或浇筑前没有及时搅拌，致使混凝土浇筑时已离析；或混凝土拌制时间过长，浇筑时混凝土已初凝等均可能造成混凝土强度不足。

4.4 模板漏浆严重

使用变形过大的模板，或者模板对接不良、扣件松动等均可造成漏浆严重，造成混凝土强度下降。

4.5 成型振捣不合理

混凝土浇灌过程中，为保证混凝土服役时处于密实状态，振捣极其重要 ，施工工人采用不正确的振捣操作、漏振、长时间过度振捣，都不利于振捣质量，如果上述问题发生后又不进行合理处置，将造成混凝土不密实或离析，导致混凝土服役强度下降。

4.6 混凝土养护不良

混凝土浇注成型后，在自然条件下的温度、湿度等条件通常与标准养护条件存在较大变化，如果不采取必要的养护措施，就可能使水泥凝结硬化不充分，造成混凝土强度下降。例如温度较高、空气干燥的夏季，若不及时采取覆盖、洒水等保湿养护，混凝土中的水分会较快蒸发，这种脱水问题会导致混凝土中水含量不足，水泥与水之间的胶凝反应不能充分进行，同时水化产物干缩将较大，就有可能造成混凝土服役强度下降。冬季施工时，如没有及时采取保温措施，水泥与水之间化学反应的速度将缓慢，导致混凝土凝结硬化变慢，此时如果按照常规时间对浇注混凝土施加载荷，将导致混凝土内部处于裂纹而损伤服役强度；同时，如果环境温度低至混凝土中的水结为冰，由于水结冰是一个体积膨胀接近10%的过程，将造成混凝土内部结构产生冰晶应力，也会造成混凝土内部产生膨胀性裂纹，降低服役强度。

5 混凝土强度试验存在缺陷

为保障混凝土质量，«混凝土强度检测评定标准»对混凝土的取样、试块成型、养护、强度检测等过程提出了具体要求，但某些混凝土制备单位在此方面存在不足，造成混凝土检测强度不准确，从而影响了混凝土服役强度的正确评估。例如，

1）不按照标准的温、湿度规定进行混凝土试块的养护；

2）严重变形的混凝土试模仍被使用；

3）混凝土试块成型时没有进行机具振实；

4）混凝土试块强度检测设备不标准;

5）混凝土试块搬动过程中被撞击。

上述现象均可能造成混凝土强度试验数据处于虚假状态，以虚假数据对混凝土服役强度进行指导、评价将难以合理[6]。

6 结 语

本文分析了可能导致混凝土服役强度较低的一些易见原因，导致混凝土服役强度不足的因素较多，应在混凝土配制过程中从原材料质量控制到配合比设计，从混凝土配制、运输到成型养护各个环节严格控制和监管，方能确保混凝土强度达到预期要求，确保工程质量。

当出现混凝土强度不足状况时，及时判明问题的原因具有重要意义，工程技术人员平时需加强积累，方能在问题发生时迅速找到根源，最大程度减小损失。

[1]陶育贵.混凝土强度不足的因素分析[J].福建工程学院学报，2010.10.18

[2]胡孝华.混凝土强度不足的机理分析[J].滁州职业技术学院学报，2003.02.15

[3]吾斯满·沙吾江.混凝土强度不足常见的原因及处理方法[J].建筑工程技术与设计杂志，2009,04

[4]唐明述，许仲梓，邓敏，吕忆农，韩苏芬，兰祥辉.我国混凝土中的碱集料反应[J].建筑材料学报1998年3月第1卷第1期

[5]胡新爱,胡敏. 混凝土强度不足常见的原因及处理方法[J].河南建材杂志，2015,07

[6]王晓锋，韩素芳，刘刚，徐有邻.混凝土结构实体强度检验的注意事项[J].混凝土2005年第3期（总第185期）

The cause analysis of insufficient strength of concrete

Concrete strength affects engineering quality,the insufficient strength of concrete not only affects capacity and durability of building structure,but also directly affects the structure safety.It is of great significance that we correct and timely analyse the cause of insufficient strength of concrete,and we strictly control and supervise the each link of the preparation process of concrete to ensure the desired requirements of the strength of concrete.

concrete;insufficient strength of concrete;the cause analysis

TU528.2

B

1003-8965(2017)05-0052-03