工程混凝土强度不足的原因及处理方案

工程混凝土强度不足的原因及处理“结构混凝土的强度等级必须符合设计要求。”这是工程建设施工规范规定的强制性条文，必须严格执行。但是至今仍有一些工程的混凝土因强度不足而造成不少质量问题。混凝土强度低下造成的后果主要表现在以下两方面：一是结构构件承载力下降；二是抗渗、抗冻性能及耐久性下降。因此对混凝土强度不足问题必须认真分析处理。一、混凝土强度不足的常见原因1.原材料质量问题（1）水泥质量不良1）水泥实际活性（强度）低：常见的有两种情况，一是水泥出厂质量差，而在实际工程中应用时又在水泥28d强度试验结果未测出前，先估计水泥强度等级配置混凝土，当28d水泥实测强度低于原估计值时，就会造成混凝土强度不足；二是水泥保管条件差，或储存时间过长，造成水泥结块，活性降低而影响强度。2）水泥安定性不合格：其主要原因是水泥熟料中含有过多的游离氧化钙（CaO）或游离氧化镁（MgO），有时也可能由于掺入石膏过多而造成。因为水泥熟料中的CaO和MgO都是烧过的，遇水后熟化极缓慢，熟化所产生的体积膨胀延续很长时间。当石膏掺量过多时，石膏与水化后水泥中的水化铝酸钙反应生成水化铝硫酸钙，也使体积膨胀。这些体积变化若在混凝土硬化后产生，都会破坏水泥结构，大多数导致混凝土开裂，同时也降低了混凝土强度。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虽无明显裂缝，但强度极度低下。（2）骨料（砂、石）质量不良1）石子强度低：在有些混凝土试块试压中，可见不少石子被压碎，说明石子强度低于混凝土的强度，导致混凝土实际强度下降。2）石子体积稳定性差：有些由多孔燧石、页岩、带有膨胀黏土的石灰岩等制成的碎石，在干湿交替或冻融循环作用下，常表现为体积稳定性差，而导致混凝土强度下降。3）石子形状与表面状态不良：针片状石子含量高影响混凝土强度。而石子具有粗糙的和多孔的表面，因与水泥结合较好，而对混凝土强度产生有利的影响，尤其是抗弯和抗拉强度。最普通的一个现象是在水泥和水灰比相同的条件下，碎石混凝土比卵石混凝土的强度高10%左右。4）骨料（尤其是砂）中有机杂质含量高：如骨料中含腐烂动植物等有机杂质（主要是鞣酸及其衍生物），对水泥水化产生不利影响，而使混凝土强度下降。5）黏土、粉尘含量高：由此原因造成的混凝土强度下降主要表现在以下三方面，一是这些很细小的微粒包裹在骨料表面，影响骨料与水泥的粘结；二是加大骨料表面积，增加用水量；三是黏土颗粒、体积不稳定，干缩湿胀，对混凝土有一定破坏作用。6）三氧化硫含量高：骨料中含有硫铁矿（FeS2）或生石膏（CaSO4·2H2O）等硫化物或硫酸盐，当其含量以三氧化硫计较高时（例如＞1%），有可能与水泥的水化物作用，生产硫铝酸钙，发生体积膨胀，导致硬化的混凝土裂缝和强度下降。7）砂中云母含量高：由于云母表面光滑，与水泥石的粘结性能极差，加之极易沿节理裂开，因此砂中云母含量较高对混凝土的物理力学性能（包括强度）均有不利影响。（3）拌合水质量不合格拌制混凝土若使用有机杂质含量较高的沼泽水、含有腐殖酸或其它酸、盐（特别是硫酸盐）的污水和工业废水，可能造成混凝土物理力学性能下降。（4）外加剂质量差目前一些小厂生产的外加剂质量不合格的现象相当普遍，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.混凝土配合比不当混凝土配合比是决定强度的重要因素之一，其中水灰比的大小直接影响混凝土强度，其他如用水量、砂率、骨灰比等也影响混凝土的各种性能，从而造成强度不足事故。这些因素在工程施工中，一般表现在如下几个方面：（1）随意套用配合比：混凝土配合比是根据工程特点、施工条件和原材料情况，由工地向实验室申请试配后确定。但是，不少工地却不顾这些特定条件，仅根据混凝土强度等级的指标，随意套用配合比，因而造成许多强度不足事故。（2）用水量加大：较常见的有搅拌设备上加水装置计量不准；不扣除砂石中含水量；甚至在浇灌地点任意加水等。用水量加大后，使混凝土的水灰比和坍落度增大，造成强度不足事故。（3）水泥用量不足：除了搅拌前计量不准外，包装水泥的重量不足也屡有发生，导致混凝土中水泥用量不足，造成强度偏低。（4）砂、石计量不准：较普遍的是计量工具陈旧或维修管理不好，精度不合格。（5）外加剂用错：主要有两种；一是品种用错，在未搞清外加剂属早强、缓凝、减水等性能前，盲目乱掺外加剂，导致混凝土达不到预期的强度；二是掺量不准。（6）碱一骨料反应：当混凝土总含碱量较高时，又使用含有碳酸盐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、流纹岩、安山岩、凝灰岩等制成的骨料），可能产生碱一骨料反应，即碱性氧化物水解后形成的氢氧化钠与氢氧化钾，它们与活性骨料起化学反应，生成不断吸水、膨胀的混凝胶，造成混凝土开裂或强度下降。日本有资料介绍，在其他条件相同的情况下，碱一骨料反应后混凝土强度仅为正常值的60%左右。3.混凝土施工工艺存在问题（1）混凝土拌制不佳；向搅拌机中加料顺序颠倒，搅拌时间过短，造成拌合物不均匀，影响强度。（2）运输条件差：在运输中发现混凝土离析，但没有采取有效措施（如重新搅拌等），运输工具漏浆等均影响强度。（3）浇筑方法不当：如浇筑时混凝土已初凝；混凝土浇筑前已离析等均可造成混凝土强度不足。（4）模板严重漏浆：某工程钢模严重变形，板缝5~10mm，严重漏浆，实测混凝土28d强度仅达设计值的一半。（5）成型振捣不密实：混凝土入模后的空隙率达10%~20%，如果振捣不实，或模板漏浆必然影响强度。（6）养护制度不良：主要是温度、湿度不够，早期缺水干燥，或早期受冻，造成混凝土强度偏低。4.试块管理不善（1）交工试块未经标准养护：至今还有一些工地和不少施工人员不知道交工用混凝土试块应在温度为（20±3）℃和相对湿度为90%以上的潮湿环境或水中进行标准条件下养护，而将试块在施工同条件下养护，有些试块的温、湿度条件很差，并且有的试块被撞砸，因此试块的强度偏低。（2）试模管理差：试模变形不及时修理或更换。（3）不按规定制作试块：如试模尺寸和石料粒径不相适应，试块中石子过少，试块没有用相应的机具振实等。二、混凝土强度不足对不同类型的结构构件的影响根据钢筋混凝土结构设计原理分析，混凝土强度不足对不同结构强度的影响程度差别较大，一般规律如下：（1）轴心受压构件：通常按混凝土承受全部或大部分荷载进行设计。因此，混凝土强度不足对构件的强度影响较大。（2）轴心受拉构件：设计规范不允许采用素混凝土作受拉构件，而在钢筋混凝土受拉构件强度计算中，又不考虑混凝土的作用，因此混凝土强度不足，对受拉构件强度影响不大。（3）受弯构件：钢筋混凝土受弯构件的正截面强度与混凝土强度有关，但影响幅度不大。例如纵向受拉HRB335级钢筋配筋率为0.2%~1.0%的构件，当混凝土强度由C30降为C20时，正截面强度下降一般不超过5%，但混凝土强度不足对斜截面的抗剪强度影响较大。（4）偏心受压构件：对小偏心受压或受拉钢筋配置较多的构件，混凝土截面全部或大部受压，可能发生混凝土受压破坏，因此混凝土强度不足对构件强度影响明显。对大偏心受压且受拉钢筋配置不多的构件，混凝土强度不足对构件正截面强度的影响与受弯构件相似。（5）对冲切强度影响：冲切承载能力与混凝土抗拉强度成正比，而混凝土抗拉强度约为抗压强度的7%~14%（平均10%）。因此混凝土强度不足时抗冲切能力明显下降。在处理混凝土强度不足事故前，必须区别结构构件的受力性能，正确估计混凝土强度降低后对承载能力的影响，然后综合考虑抗裂、刚度、抗渗、耐久性等要求，选择适当的处理措施。三、混凝土强度不足事故常用处理方法（1）测定混凝土的实际强度：当试块试压结果不合格，估计结构中的混凝土实际强度可能达到设计要求时，可用非破损检验方法，或钻孔取样等方法测定混凝土实际强度，作为事故处理的依据。（2）利用混凝土后期强度：混凝土强度随龄期增加而提高，在干燥环境下3个月的强度可达28d的1.2倍左右，一年可达1.35~1.75倍。如果混凝土实际强度比设计要求低得不多，结构加荷时间又比较晚，可以采用加强养护，利用混凝土后期强度的原则处理强度不足事故。（3）减少结构荷载：由于混凝土强度不足造成结构承载能力明显下降，又不便采用加固补强方法处理时，通常采用减少结构荷载的方法处理。例如，采用高效轻质的保温材料代替白灰炉渣或水泥炉渣等措施，减轻建筑物自重，又如降低建筑物的总高度等。（4）结构加固：柱混凝土强度不足时，可采用外包钢筋混凝土或外包钢加固，也可采用螺旋约束柱法加固。梁混凝土强度低导致抗剪能力不足时，可采用外包钢筋混凝土及粘贴钢板方法加固。当梁混凝土强度严重不足，导致正截面强度达不到规范要求时，可采用钢筋混凝土加高梁，也可采用预应力拉杆补强体系加固等。（5）分析验算挖掘潜力：当混凝土实际强度与设计要求相差不多时，一般通过分析验算，多数可不作专门加固处理。因为混凝土强度不足对受弯构件正截面强度影响较小，所以经常采用这种方法处理：必要时在验算的基础上，做荷载试验，进一步证实结构安全可靠，不必处理。装配式框架梁柱节点核心区混凝土强度不足，可能导致抗震安全度不足，只要根据抗震规范盐酸后，在相当于设计震级的作用下，强度满足要求，结构裂缝和变形不经修理或经一般修理仍可继续使用，则不必采用专门措施处理。需要指出：分析验算后得出不处理的结论，必须经设计签证同意方有效。同时还应强调指出，这种处理方法实际上是挖设计潜力。