混凝土早期抗壓強度不足成因及解決辦法分析

方家升 （合肥工大建設監理有限責任公司，安徽 合肥 230009）

1 引言

建筑工程質量一直是社會關注的一個熱點問題。我國建筑工程質量總體較好,但時常也有問題發生。諸如近些年全國多個地區某些工程都出現了因混凝土強度不足而進行后期加固甚至拆除返工的質量問題[1]。混凝土強度不足造成的后果主要表現在以下2方面：一是結構構件承載力的下降；二是抗滲、抗凍性能和耐久性的降低。因此對混凝土強度不足問題必須認真分析原因，必要時采取合理的解決辦法。

2 工程概況

某一類高層辦公建筑高度117m，地上26層，地下1層，總建筑面積19553m2，為鋼筋混凝土框架核心筒結構。設計要求地下1～3層墻柱混凝土等級為C60。施工階段1層混凝土澆筑時間為1月份，5天后進行墻柱拆模。50d后對本工程進行檢查時發現工程中的一層墻柱混凝土強度回彈檢測平均數值約在40MPa左右，依據回彈值推定混凝土強度未達到設計要求。

3 混凝土抗壓強度檢測及早期強度不足成因分析

3.1 混凝土抗壓強度檢測

結構混凝土抗壓強度是房屋安全性最重要的指標之一。針對之前檢查發現混凝土抗壓強度不足的問題，后期根據回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程[2]，對該工程項目首層、二層柱子及剪力墻現齡期混凝土抗壓強度進行抽檢。表1為混凝土構件抗壓強度檢測結果，由表1可知，混凝土強度推定值均在40MPa左右，不滿足設計要求。

混凝土構件抗壓強度檢測結果 表1

3.2 早期強度不足成因分析

混凝土早期抗壓強度不足的原因主要包括以下2個方面：①商品混凝土質量不達標，包括水泥、黃沙等原材料質量缺陷，配合比不當；②施工單位施工過程隨意加水，后期未養護或養護不到位，冬季施工措施不到位，施工振搗不到位，澆筑混凝土時用錯混凝土標號。

對可能的原因進行逐一排查，本項目使用的水泥為粉煤灰硅酸鹽水泥，其檢測報告顯示52.5級硅酸鹽水泥強度、細度、凝結時間以及安定性等檢驗項目均符合要求。粉煤灰檢測報告顯示送檢的粉煤灰細度、含水率、燒失量、需水量比等指標也滿足II級粉煤灰技術要求。同時，對砂子、碎石進行檢驗，其檢驗結果符合相關技術要求。商品混凝土站提供的混凝土用料實際配合比如表2所示。

根據普通混凝土配合比設計規程[3]，C60混凝土滿足設計強度標準值和強度保證率95%的要求時，其基準配合比理論計算值見表3。由表3可知，混凝土實際粗、細骨料用量均滿足配合比理論計算要求。

混凝土用料實際配合比 表2

混凝土基準配合比理論值 表3

水泥中各種成分相對含量大致為：硅酸三鈣（3CaO·SiO2）45%～60%、硅酸二鈣（2CaO·SiO2）15%～30%、鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3）6%～12%、鐵鋁酸四鈣（4CaO·Al2O3·Fe2O3）6%～8%，這四種礦物遇水后均能發生水化反應。從水泥水化與凝結硬化原理分析，水泥加水后，熟料礦物與水發生水化反應生成水化產物，并放出一定熱量[4,5]，其反應式如式（1）～式（4）所示：

由于硅酸三鈣決定著硅酸鹽水泥4周內的強度，是混凝土28d強度主要依據；硅酸二鈣4周后才發揮強度作用，1年后其強度水平與硅酸三鈣4周后發揮的強度等效；鋁酸三鈣強度發揮較快，但強度低，其對硅酸鹽水泥在1～3d內的強度起到一定作用；鐵鋁酸四鈣的強度發揮也較快，但強度低，對硅酸鹽水泥的強度貢獻較小。所以，混凝土早期抗壓強度主要取決于硅酸三鈣和鋁酸三鈣。同時，當混凝土中含有粉煤灰時，上述水化反應產生的Ca(OH)2與粉煤灰中活性氧化硅（SiO2）、氧化鋁（Al3O2）發生火山灰反應，生成更多的水化產物，提高混凝土強度。具體反應式如式（5）～式（6）所示：

由式（1）～式（6）可知，混凝土早期抗壓強度與是否充分發生水化反應和火山灰反應有著重要關系，而其中是否有足量的水參與反應是主要因素。本工程混凝土施工與養護期間處于冬季，天氣多為晴或多云，空氣相對濕度極低。在這種干燥少雨氣候條件下，墻柱等豎向構件在混凝土澆筑5d后進行了拆模，然后采用常規澆水養護。由于拆模后水分難以在豎向構件表面停留，而被干燥空氣大量吸收，造成水泥水化反應不完全，進而火山灰反應停止，混凝土抗壓強度無法達到設計要求。因此，本工程項目混凝土早期抗壓強度不足成因主要在于冬季施工氣候干燥，拆模過早以及養護措施不得當。

4 混凝土早期抗壓強度不足解決辦法

本工程項目墻柱混凝土早期抗壓強度不足的主要原因在于因干燥氣候條件下拆模過早、后期養護措施不到位導致沒有足量的水參與水化反應和火山灰反應。針對上述問題，后期現場采用以保濕為主的階段養護措施，如澆水、噴淋灑水輔以土工布包裹墻柱四周，利用硅酸二鈣水化反應與粉煤灰火山灰反應提供的強度來提高混凝土抗壓強度。經保濕養護一段時間，對原混凝土早期抗壓強度不足的構件采用回彈法再次對其抗壓強度進行檢測，檢測結果表明上述構件現齡期混凝土抗壓強度推定値均大于60MPa，強度已滿足原設計要求。

5 結論

①混凝土抗壓強度關系到建筑工程的質量安全與使用年限。混凝土早期抗壓強度不足時，首先要重點關注攪拌站商品混凝土的質量。在商品混凝土質量達標的情況下，需要關注施工過程中質量管控以及養護措施，綜合分析導致混凝土抗壓強度不足的原因。

②秋冬季干燥氣候條件下澆筑混凝土后，養護時為混凝土構件提供充足的水分成為混凝土抗壓強度滿足設計要求的關鍵。豎向構件應采取帶模養護，避免模板過早拆除后混凝土中水分被空氣吸收而引起混凝土早期抗壓強度不足。

③因模板過早拆除和后期養護不到位造成混凝土早期抗壓強度不足時，依據水泥水化反應與火山灰反應原理，可采取階段養護措施，依靠硅酸二鈣與粉煤灰在后期反應中的強度貢獻，使混凝土抗壓強度滿足設計要求。