尚 濤 張華獻

(江蘇蘇博特新材料股份有限公司/浙江交工股份有限公司)

1 工程概況與存在問題

某市政快速路橋梁工程下部結構承臺、墩柱和系梁混凝土設計強度等級為C35，采用現澆施工。施工方采購商品混凝土，配合比如表1所示。橋梁下部結構澆筑前，施工單位試驗室及第三方試驗室按表1所示配合比配制混凝土，其強度檢測結果均在45MPa以上，滿足設計要求。但是在實施施工工程中，按相關規范與設計要求澆筑混凝土并養護28d齡期后，發現實體結構混凝土強度嚴重偏低。如表2所示的回彈與取芯試驗結果均表明，混凝土達到28d評定齡期時，其抗壓強度普遍低于30MPa，部分甚至不足25MPa，給工程建設質量與安全帶來嚴重隱患。

表1 橋梁下部結構C35混凝土配合比(kg/m3)

表2 橋梁下部結構C35混凝土強度試驗結果(MPa)

為探明本工程橋梁下部結構現澆混凝土強度偏低的原因，從而可以采取針對性的整治措施對該問題加以解決，在承臺、墩柱和系梁的典型部位分別進行了鉆芯取樣，對芯樣進行了試驗分析與評估。

2 混凝土強度不足原因分析

將從該橋梁下部結構取出的芯樣破型，對斷面處進行觀察，如圖1所示，可見硬化水泥漿體中散布較多粒徑5～20mm的淡黃色大顆粒，可能為砂中的砂頭，強度很低，硬物按壓極易破碎，粒徑小于5mm的淡黃色脆弱顆粒則更多，初步判斷該混凝土中使用了大量風化砂，可能是其力學強度不足的關鍵原因。進一步通過XRD與SEM法測試水泥漿體礦物相與微觀形貌、升溫灼燒法測試水泥漿體失水率以及壓汞法測試水泥漿體孔結構，試驗研究混凝土強度不足的原因。

圖1 混凝土芯樣中的薄弱骨料顆粒

2.1 水泥漿體礦物相與微觀形貌

將從該橋梁下部結構取出的芯樣破碎，制備尺寸符合要求的去除了粗骨料的水泥漿體試樣，采用XRD(X射線粉末衍射，X-Ray Powder Diffraction)方法對試樣進行了測試與分析[1]，其礦物相組成如表3所示。在此基礎上，進一步采用SEM(掃描電子顯微鏡，Scanning Electron Microscope)方法對試樣斷面進行顯微分析[2]。

由表3可見，從水化產物組成來看，該混凝土試樣中水泥水化較為充分，去除砂影響后，殘余的未水化水泥礦物占比不超過15%，未見顯著異常；無定形物(Amorphs)成分主要為水泥水化產物C-S-H凝膠，含量較高，占比超過70%，可能是砂中SiO2衍射峰較強導致水化產物衍射峰被弱化，晶相含量偏低，折算出的無定形物含量偏高。由圖2可見，試樣微觀形貌同樣與正常C35混凝土差別不大，水泥等膠凝材料水化產物形貌特征顯著，判斷水泥及礦物摻和料用量在正常范圍內。

表3 水泥漿體試樣礦物組成

2.2 水泥漿體失水率

將從該橋梁下部結構取出的芯樣破碎，制備尺寸符合要求的去除了粗骨料的水泥漿體試樣。采用普通升溫法測試水泥漿體失水率，首先稱量試樣質量，記為m1，然后直接升溫至105℃，除去試樣中的非化學結合水，再灼燒至1050℃，在此溫度下將試樣燒至恒重，記錄其質量，記為m2，將(m1-m2)×100%/m1稱為水泥漿體失水率。每個芯樣制備3個試樣，取測試結果的平均值，如表4所示。

表4 水泥漿體失水率/%

由表4可見，承臺、墩柱和系梁水泥漿體試樣的失水率分別為14.65%、14.37%和14.46%，均顯著大于根據表1所示的配合比計算得到的理論值，可見實際澆筑的混凝土用水量大大超出了配合比要求，可能已經接近200kg/m3，對混凝土力學強度存在顯著負面影響。

2.3 水泥漿體孔結構

將從該橋梁下部結構取出的芯樣破碎，制備尺寸符合要求的去除了粗骨料的水泥漿體試樣。采用MIP(壓汞法，Mercury intrusion method)法測試了試樣的孔徑分布。由圖可見，試樣的總孔隙率及大孔所占比例較普通C35混凝土明顯偏高，表明試樣混凝土中含有較多的水分，在其凝結硬化過程中，這些水被膠凝材料水化消耗或逸散到空氣中，留下了較多的孔隙。這一結果與水泥漿體失水率試驗結果基本一致，判斷該混凝土在生產制備過程中加入了明顯過量的拌合水。

綜合上述試驗結果來看，所取芯樣中水泥水化產物組成及比例與普通混凝土基本一致，可見芯樣混凝土中水泥水化充分，水泥與礦物摻合料用量在正常范圍內，但是芯樣水泥漿體失水率顯著高于理論值，且漿體總孔隙率及其中100納米以上大孔所占比例同樣顯著高于基準樣，可判斷混凝土生產時的實際用水量超標，這可能是造成實體結構混凝土強度偏低的關鍵原因。

在此基礎上，結合上述試驗研究結果，進一步對工程所在地混凝土原材料情況進行了調研，發現因環保趨嚴，商品混凝土原材料供應緊張，尤其是地材，導致大量風化砂流入市場，該砂疏松多孔，拌合過程中嚴重吸附減水劑與自由水，造成混凝土流動性顯著下降，實際用水量極易大大超出配合比理論值，從而導致混凝土力學強度明顯下降，引發工程質量問題。這一調研結果與試驗研究結果相互印證，為下一步整治措施的制訂提供了依據。

3 整治措施與效果

基于上述對本工程橋梁下部結構混凝土力學強度不足原因的試驗研究與分析，與本工程建設、設計及監理等參建單位會商后，提出了整治與改進措施。一方面，對于已澆筑的全部數量的承臺、墩柱、系梁混凝土抗壓強度進行回彈與取芯測試，28d齡期時，二者均在80%以上的暫時予以保留，至60d時再次測試，如達到設計強度則判定合格，無法達到則予以拆除重建；28d齡期時，混凝土回彈與取芯強度不能同時滿足80%設計強度要求的情況下，則該結構立即予以拆除重建，以保障工程質量。

另一方面，對于拆除重建及尚未澆筑的結構，采取了嚴格措施控制混凝土質量。施工與監理單位派專人進駐商品混凝土公司，對原材料尤其是砂的品質進行嚴格監控，確保使用符合設計與相關標準、規范要求的砂制備混凝土，嚴禁使用風化砂、山砂等吸附減水劑與拌合水嚴重的砂種；同時，在生產過程中，實時測試砂含水率，嚴格要求拌合站據此折算后按報驗配合比進行混凝土的拌合制備，并在拌合站與工程現場分別取樣留置3d、7d、14d、28d與60d抗壓強度試件以備測試與強度評判。

上述整治措施實施后，混凝土拌合生產過程中基本杜絕了隨意加水、人為提高單方用水量的現象，重新澆筑的本工程橋梁下部結構留置的混凝土試件強度、實體回彈強度及取芯強度均滿足工程設計與驗收要求，整治措施取得明顯效果。

4 結 語

本文調研了某橋梁工程承臺、墩柱、系梁等下部結構混凝土回彈與取芯強度，結果表明，試配合格的情況下，實體結構混凝土抗壓強度較設計值偏低2～3個等級，嚴重影響工程質量；

通過對實體結構取樣，試驗研究了該工程橋梁下部結構混凝土水泥漿體礦物相組成、微觀形貌、水泥漿體失水率以及水泥漿體孔結構，結果表明，用水量嚴重超出配合比理論值是實體結構混凝土強度顯著偏低的關鍵原因，而風化砂的使用則是導致用水量超標的主要因素；

在對本工程橋梁下部結構混凝土強度不足原因分析的基礎上，以控制混凝土原材料中砂的質量為核心，提出了針對性的整改措施，在工程后續施工中取得了顯著效果，有效杜絕了此類問題的再次發生。