工程混凝土強(qiáng)度不足的原因及處理

“結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)必須符合設(shè)計(jì)要求。”  

這是工程建設(shè)施工規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)格執(zhí)行。但是至今仍有一些工程的混凝土因強(qiáng)度不足而造成不少質(zhì)量問題。混凝土強(qiáng)度低下造成的后果主要表現(xiàn)在以下兩方面：

一、是結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力下降；

二、是抗?jié)B、抗凍性能及耐久性下降。因此對混凝土強(qiáng)度不足問題必須認(rèn)真分析處理。

1）水泥實(shí)際活性（強(qiáng)度）低

常見的有兩種情況，一是水泥出廠質(zhì)量差，而在實(shí)際工程中應(yīng)用時(shí)又在水泥28d強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果未測出前，先估計(jì)水泥強(qiáng)度等級(jí)配置混凝土，當(dāng)28d水泥實(shí)測強(qiáng)度低于原估計(jì)值時(shí)，就會(huì)造成混凝土強(qiáng)度不足；二是水泥保管條件差，或儲(chǔ)存時(shí)間過長，造成水泥結(jié)塊，活性降低而影響強(qiáng)度。

2）水泥安定性不合格

其主要原因是水泥熟料中含有過多的游離氧化鈣（CaO）或游離氧化鎂（MgO），有時(shí)也可能由于摻入石膏過多而造成。因?yàn)樗嗍炝现械腃aO和MgO都是燒過的，遇水后熟化極緩慢，熟化所產(chǎn)生的體積膨脹延續(xù)很長時(shí)間。當(dāng)石膏摻量過多時(shí)，石膏與水化后水泥中的水化鋁酸鈣反應(yīng)生成水化鋁硫酸鈣，也使體積膨脹。這些體積變化若在混凝土硬化后產(chǎn)生，都會(huì)破壞水泥結(jié)構(gòu)，大多數(shù)導(dǎo)致混凝土開裂，同時(shí)也降低了混凝土強(qiáng)度。尤其需要注意的是有些安定性不合格的水泥所配制的混凝土表面雖無明顯裂縫，但強(qiáng)度極度低下。

1）石子強(qiáng)度低

在有些混凝土試塊試壓中，可見不少石子被壓碎，說明石子強(qiáng)度低于混凝土的強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土實(shí)際強(qiáng)度下降。

2）石子體積穩(wěn)定性差

有些由多孔燧石、頁巖、帶有膨脹黏土的石灰?guī)r等制成的碎石，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，而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降。

3）石子形狀與表面狀態(tài)不良

針片狀石子含量高影響混凝土強(qiáng)度。而石子具有粗糙的和多孔的表面，因與水泥結(jié)合較好，而對混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生有利的影響，尤其是抗彎和抗拉強(qiáng)度。.普通的一個(gè)現(xiàn)象是在水泥和水灰比相同的條件下，碎石混凝土比卵石混凝土的強(qiáng)度高10%左右。

4）骨料（尤其是砂）中有機(jī)雜質(zhì)含量高

如骨料中含腐爛動(dòng)植物等有機(jī)雜質(zhì)（主要是鞣酸及其衍生物），對水泥水化產(chǎn)生不利影響，而使混凝土強(qiáng)度下降。

5）黏土、粉塵含量高

由此原因造成的混凝土強(qiáng)度下降主要表現(xiàn)在以下三方面，一是這些很細(xì)小的微粒包裹在骨料表面，影響骨料與水泥的粘結(jié)；二是加大骨料表面積，增加用水量；三是黏土顆粒、體積不穩(wěn)定，干縮濕脹，對混凝土有一定破壞作用。

6）三氧化硫含量高

骨料中含有硫鐵礦（FeS2）或生石膏（CaSO4·2H2O）等硫化物或硫酸鹽，當(dāng)其含量以三氧化硫計(jì)較高時(shí)（例如＞1%），有可能與水泥的水化物作用，生產(chǎn)硫鋁酸鈣，發(fā)生體積膨脹，導(dǎo)致硬化的混凝土裂縫和強(qiáng)度下降。

7）砂中云母含量高

由于云母表面光滑，與水泥石的粘結(jié)性能極差，加之極易沿節(jié)理裂開，因此砂中云母含量較高對混凝土的物理力學(xué)性能（包括強(qiáng)度）均有不利影響。

拌制混凝土若使用有機(jī)雜質(zhì)含量較高的沼澤水、含有腐殖酸或其它酸、鹽（特別是硫酸鹽）的污水和工業(yè)廢水，可能造成混凝土物理力學(xué)性能下降。

目前一些小廠生產(chǎn)的外加劑質(zhì)量不合格的現(xiàn)象相當(dāng)普遍，由于外加劑造成混凝土強(qiáng)度不足，甚至混凝土不凝結(jié)的事故時(shí)有發(fā)生。

混凝土配合比是決定強(qiáng)度的重要因素之一，其中水灰比的大小直接影響混凝土強(qiáng)度，其他如用水量、砂率、骨灰比等也影響混凝土的各種性能，從而造成強(qiáng)度不足事故。這些因素在工程施工中，一般表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1）隨意套用配合比

混凝土配合比是根據(jù)工程特點(diǎn)、施工條件和原材料情況，由工地向?qū)嶒?yàn)室申請?jiān)嚺浜蟠_定。但是，不少工地卻不顧這些特定條件，僅根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的指標(biāo)，隨意套用配合比，因而造成許多強(qiáng)度不足事故。

2）用水量加大

較常見的有攪拌設(shè)備上加水裝置計(jì)量不準(zhǔn)；不扣除砂石中含水量；甚至在澆灌地點(diǎn)任意加水等。用水量加大后，使混凝土的水灰比和坍落度增大，造成強(qiáng)度不足事故。

3）水泥用量不足

除了攪拌前計(jì)量不準(zhǔn)外，包裝水泥的重量不足也屢有發(fā)生，導(dǎo)致混凝土中水泥用量不足，造成強(qiáng)度偏低。

4）砂、石計(jì)量不準(zhǔn)

較普遍的是計(jì)量工具陳舊或維修管理不好，精度不合格。

5）外加劑用錯(cuò)

主要有兩種；一是品種用錯(cuò)，在未搞清外加劑屬早強(qiáng)、緩凝、減水等性能前，盲目亂摻外加劑，導(dǎo)致混凝土達(dá)不到預(yù)期的強(qiáng)度；二是摻量不準(zhǔn)。

6）堿一骨料反應(yīng)

當(dāng)混凝土總含堿量較高時(shí)，又使用含有碳酸鹽或活性氧化硅成分的粗骨料（蛋白石、玉髓、黑曜石、沸石、多孔燧石、流紋巖、安山巖、凝灰?guī)r等制成的骨料），可能產(chǎn)生堿一骨料反應(yīng)，即堿性氧化物水解后形成的氫氧化鈉與氫氧化鉀，它們與活性骨料起化學(xué)反應(yīng)，生成不斷吸水、膨脹的混凝膠，造成混凝土開裂或強(qiáng)度下降。日本有資料介紹，在其他條件相同的情況下，堿一骨料反應(yīng)后混凝土強(qiáng)度僅為正常值的60%左右。

1）混凝土拌制不佳

向攪拌機(jī)中加料順序顛倒，攪拌時(shí)間過短，造成拌合物不均勻，影響強(qiáng)度。

2）運(yùn)輸條件差

在運(yùn)輸中發(fā)現(xiàn)混凝土離析，但沒有采取有效措施（如重新攪拌等），運(yùn)輸工具漏漿等均影響強(qiáng)度。

3）澆筑方法不當(dāng)

如澆筑時(shí)混凝土已初凝；混凝土澆筑前已離析等均可造成混凝土強(qiáng)度不足。

4）模板嚴(yán)重漏漿

某工程鋼模嚴(yán)重變形，板縫5~10mm，嚴(yán)重漏漿，實(shí)測混凝土28d強(qiáng)度僅達(dá)設(shè)計(jì)值的一半。

5）成型振搗不密實(shí)

混凝土入模后的空隙率達(dá)10%~20%，如果振搗不實(shí)，或模板漏漿必然影響強(qiáng)度。

6）養(yǎng)護(hù)制度不良

主要是溫度、濕度不夠，早期缺水干燥，或早期受凍，造成混凝土強(qiáng)度偏低。

1）交工試塊未經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)

至今還有一些工地和不少施工人員不知道交工用混凝土試塊應(yīng)在溫度為（20±2）℃和相對濕度為95%以上的標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)，而將試塊在施工同條件下養(yǎng)護(hù)，有些試塊的溫、濕度條件很差，并且有的試塊被撞砸，因此試塊的強(qiáng)度偏低。

2）試模管理差

試模變形不及時(shí)修理或更換。

3）不按規(guī)定制作試塊

如試模尺寸和石料粒徑不相適應(yīng)，試塊中石子過少，試塊沒有用相應(yīng)的機(jī)具振實(shí)等。

根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理分析，混凝土強(qiáng)度不足對不同結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響程度差別較大，一般規(guī)律如下：

1）軸心受壓構(gòu)件：

通常按混凝土承受全部或大部分荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，混凝土強(qiáng)度不足對構(gòu)件的強(qiáng)度影響較大。

2）軸心受拉構(gòu)件：

設(shè)計(jì)規(guī)范不允許采用素混凝土作受拉構(gòu)件，而在鋼筋混凝土受拉構(gòu)件強(qiáng)度計(jì)算中，又不考慮混凝土的作用，因此混凝土強(qiáng)度不足，對受拉構(gòu)件強(qiáng)度影響不大。

3）受彎構(gòu)件：

鋼筋混凝土受彎構(gòu)件的正截面強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度有關(guān)，但影響幅度不大。例如縱向受拉HRB335級(jí)鋼筋配筋率為0.2%~1.0%的構(gòu)件，當(dāng)混凝土強(qiáng)度由C30降為C20時(shí)，正截面強(qiáng)度下降一般不超過5%，但混凝土強(qiáng)度不足對斜截面的抗剪強(qiáng)度影響較大。

4）偏心受壓構(gòu)件：

對小偏心受壓或受拉鋼筋配置較多的構(gòu)件，混凝土截面全部或大部受壓，可能發(fā)生混凝土受壓破壞，因此混凝土強(qiáng)度不足對構(gòu)件強(qiáng)度影響明顯。對大偏心受壓且受拉鋼筋配置不多的構(gòu)件，混凝土強(qiáng)度不足對構(gòu)件正截面強(qiáng)度的影響與受彎構(gòu)件相似。

5）對沖切強(qiáng)度影響：

沖切承載能力與混凝土抗拉強(qiáng)度成正比，而混凝土抗拉強(qiáng)度約為抗壓強(qiáng)度的7%~14%（平均10%）。因此混凝土強(qiáng)度不足時(shí)抗沖切能力明顯下降。
在處理混凝土強(qiáng)度不足事故前，必須區(qū)別結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能，正確估計(jì)混凝土強(qiáng)度降低后對承載能力的影響，然后綜合考慮抗裂、剛度、抗?jié)B、耐久性等要求，選擇適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?/p>

1）測定混凝土的實(shí)際強(qiáng)度：

當(dāng)試塊試壓結(jié)果不合格，估計(jì)結(jié)構(gòu)中的混凝土實(shí)際強(qiáng)度可能達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，可用非破損檢驗(yàn)方法，或鉆孔取樣等方法測定混凝土實(shí)際強(qiáng)度，作為事故處理的依據(jù)。

2）利用混凝土后期強(qiáng)度：

混凝土強(qiáng)度隨齡期增加而提高，在干燥環(huán)境下3個(gè)月的強(qiáng)度可達(dá)28d的1.2倍左右，一年可達(dá)1.35~1.75倍。如果混凝土實(shí)際強(qiáng)度比設(shè)計(jì)要求低得不多，結(jié)構(gòu)加荷時(shí)間又比較晚，可以采用加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，利用混凝土后期強(qiáng)度的原則處理強(qiáng)度不足事故。

3）減少結(jié)構(gòu)荷載：

由于混凝土強(qiáng)度不足造成結(jié)構(gòu)承載能力明顯下降，又不便采用加固補(bǔ)強(qiáng)方法處理時(shí)，通常采用減少結(jié)構(gòu)荷載的方法處理。例如，采用高效輕質(zhì)的保溫材料代替白灰爐渣或水泥爐渣等措施，減輕建筑物自重，又如降低建筑物的總高度等。

4）結(jié)構(gòu)加固：

柱混凝土強(qiáng)度不足時(shí)，可采用外包鋼筋混凝土或外包鋼加固，也可采用螺旋約束柱法加固。梁混凝土強(qiáng)度低導(dǎo)致抗剪能力不足時(shí)，可采用外包鋼筋混凝土及粘貼鋼板方法加固。當(dāng)梁混凝土強(qiáng)度嚴(yán)重不足，導(dǎo)致正截面強(qiáng)度達(dá)不到規(guī)范要求時(shí)，可采用鋼筋混凝土加高梁，也可采用預(yù)應(yīng)力拉桿補(bǔ)強(qiáng)體系加固等。

5）分析驗(yàn)算挖掘潛力：

當(dāng)混凝土實(shí)際強(qiáng)度與設(shè)計(jì)要求相差不多時(shí)，一般通過分析驗(yàn)算，多數(shù)可不作專門加固處理。因?yàn)榛炷翉?qiáng)度不足對受彎構(gòu)件正截面強(qiáng)度影響較小，所以經(jīng)常采用這種方法處理：必要時(shí)在驗(yàn)算的基礎(chǔ)上，做荷載試驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)結(jié)構(gòu)安全可靠，不必處理。裝配式框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土強(qiáng)度不足，可能導(dǎo)致抗震安全度不足，只要根據(jù)抗震規(guī)范鹽酸后，在相當(dāng)于設(shè)計(jì)震級(jí)的作用下，強(qiáng)度滿足要求，結(jié)構(gòu)裂縫和變形不經(jīng)修理或經(jīng)一般修理仍可繼續(xù)使用，則不必采用專門措施處理。

需要指出：分析驗(yàn)算后得出不處理的結(jié)論，必須經(jīng)設(shè)計(jì)簽證同意方有效。同時(shí)還應(yīng)強(qiáng)調(diào)指出，這種處理方法實(shí)際上是挖設(shè)計(jì)潛力。