混凝土結構強度嚴重不足原因分析與預防措施

韓林賢，張振威，張曉霖

（1.淄博市建筑工程質量安全環保監督站，山東 淄博 255000；2.山東天方工程檢測有限公司，山東 淄博 255000；3.山東堂正檢測有限公司，山東 淄博 255000）

0 引言

近幾年，全國多個城市出現了由于混凝土結構強度嚴重不足，導致整座建筑物拆除的重大質量事故。此類事故造成的損失之巨、影響之廣，應該說在我國混凝土工程建設歷史上是不多見的。此類事故主要發生在 2018 年以后的建設工程中，事故發生后，經多方專家最初論證，主要原因多認為是由于施工單位野蠻施工（如隨意加水導致混凝土水膠比加大及養護不到位等）造成的，較少認為主要責任在預拌混凝土生產企業。隨著后續調查及反映出的問題，結合筆者近年來了解的情況分析，揭示了混凝土結構強度嚴重不足（這里指的混凝土強度嚴重不足，是指曝光出來，混凝土實體檢測強度僅占設計強度 50 % 甚至更低）的原因。一是，預拌混凝土生產原材料質量不達標、不穩定，且未能做到針對不同原材料及時調整混凝土配合比，造成出廠混凝土不合格；二是施工現場隨意加水、養護不到位、野蠻施工，使混凝土工程質量雪上加霜。

1 預拌混凝土生產原材料對混凝土強度影響分析

預拌混凝土企業生產配合比，尤其是普通、常用配合比，一般都經過了多次試配驗證及工程實際應用，只要混凝土原材料質量不出現較大波動，一般不會有較大問題。只有當混凝土生產原材料出現嚴重不達標，而質監人員未能及時發現，未停用不合格材料或及時調整配合比（調整應有依據），則必然出現混凝土強度嚴重不達標現象。因此，混凝土生產階段，原材料質量是影響混凝土強度的主要因素。

1.1 水泥

不可否認水泥是混凝土中最主要的膠凝材料，水泥水化產生強度是混凝土強度的主要來源。水泥質量優劣直接影響到混凝土強度是否達標。用小粉磨站生產的劣質水泥生產混凝土，肯定會造成質量不穩定、強度不達標。

隨著近幾年環保治理力度加大，小型水泥粉磨企業大都取締了，只要采用正規水泥企業 P.O42.5 水泥生產混凝土，即使強度有所波動，一般不會因水泥問題造成嚴重的強度不達標現象。

1.2 礦粉

摻用礦粉生產的混凝土，礦粉是除水泥外第二重要的膠凝材料。小型礦粉生產企業購買鋼鐵企業礦渣，摻加各種摻合料粉磨生產的礦粉，其質量的確堪憂，混凝土強度不易保證。

選用大型鋼鐵企業自備粉磨設備，且不摻加其他材料粉磨生產的礦粉，一般活性較高、質量較穩定。

1.3 粉煤灰

優質的粉煤灰，其活性較高、需水量較小及與減水劑具有良好適應性。摻加配制生產混凝土，可改善混凝土的許多性能。如降低水化熱，減少泌水，改善和易性，增強密實度、耐久性等。使用大型電廠分選的 Ⅱ 級粉煤灰生產混凝土，可達到以上效果。

如果使用未經分選的等外灰、燒失量大的磨細灰等低品質粉煤灰生產混凝土，因粉煤灰品質不好，會造成混凝土需水量大、減水劑減水率下降、活性強度低等諸多問題，最終都會影響到混凝土強度。

1.4 減水劑

減水劑是混凝土生產中應用最普遍，對混凝土性能、強度影響最大的一種外加劑。隨著減水劑技術進步，對混凝土工程質量要求提高，作為第一代以木質素為代表的普通減水劑，在混凝土生產中已經較少使用。現基本采用第二代的萘系、脂肪族及第三代聚羧酸高性能減水劑。尤其是聚羧酸高性能減水劑，以其與膠凝材料良好的適應性能，較高的減水率及生產環保、市場價格下降，目前已占據混凝土市場的絕大多數份額。但由于骨料（主要是細骨料）中黏土質材料對聚羧酸減水劑的較強吸附作用，聚羧酸減水劑遇到含泥量較大的砂、石骨料時，會造成減水率大幅下降，甚至失去減水作用。如不能做到停用含泥量較大的砂、石或及時調整混凝土配合比，則會造成混凝土強度大幅下降。

在原材料基本穩定情況下，使用正規外加劑生產廠家供應的減水劑一般不會出現質量問題。

1.5 砂石骨料

砂、石子作為混凝土中的粗細骨料，其質量優劣及穩定性直接影響著混凝土強度及諸多性能，尤其是高強度等級混凝土。由于歷來我國對砂、石料生產企業缺乏監督（主要是出廠產品質量無監管），加之近幾年一刀切式的環保督查、關停，造成混凝土生產用砂、石料嚴重短缺，供不應求，導致本來就缺乏監督的砂、石料質量更加堪憂。例如石子粒形不好、針片狀顆粒含量偏多；機制砂含泥量偏大、不穩定，摻加含泥量大、顆粒級配及石粉含量不穩定的石屑砂；河砂摻加風化砂、麻剛砂或者直接使用風化山砂、麻剛砂等，這些不合格骨料都會嚴重影響混凝土質量。

1.6 確定影響混凝土強度重要且最難控制原材料

通過分析以上原材料對混凝土強度影響，雖然任何一種材料質量波動都會影響到混凝土質量，但相對來說，針對水泥、礦粉、粉煤灰、減水劑這幾種材料，只要選擇正規、規模較大生產企業，考察好廠家，使用前做好充分試驗，則混凝土生產質量基本是可控的。

石子只要考察好生產加工石子的石質沒有問題，含泥量、泥塊含量不超標，進場目測驗收（級配、石質、含泥量、泥塊含量目測較易分辨），C50 及以上較高強度混凝土選擇粒形、級配好的石子，其對混凝土質量影響基本可控。

1.6.1 確定砂為目前最需嚴格管控原材料

現唯有砂是對混凝土質量影響最大、最難控制的一種原材料。在出現可能嚴重影響混凝土質量的含泥量超標時，不易發現。由于用量大，進場驗收中，很難做到車車驗收及時發現（目測不易分辨，車車做試驗不現實）。特別是在環保督查組檢查期間，機制砂生產企業擔心環保檢查不達標，盡量壓低產量或者干脆停產，造成市場供應嚴重短缺。混凝土生產企業不能保證使用固定料源、質量穩定的砂，如做不到對混凝土配合比及時調整，就會造成混凝土質量大幅波動。

下面通過幾種人工砂對混凝土強度影響試驗分析，進一步說明砂是目前混凝土生產需要重點控制的一種原材料。

1.6.2 幾種人工砂對混凝土強度影響試驗分析

采用 3 種不同石粉含量、亞甲藍值人工砂進行 C30 混凝土試配試驗，配合比及試配結果如表 1、表 2 所示。

通過以上試驗結果分析，采用人工砂①、②試配，雖然兩種砂石粉含量相差 3.2 %，但亞甲藍值接近，在適當調整砂率情況下，泵送性能、強度均滿足要求；采用人工砂①比采用人工砂②，雖然用水量每 m3多 5 kg，但由于石粉含量比人工砂②稍高，混凝土勻質性更好、密實度增強，強度反而稍高。

人工砂③與人工砂①石粉含量接近，但亞甲藍值相差較大，人工砂③以泥粉為主。因此，采用人工砂③拌制混凝土，在減水劑用量不增加情況下，要達到泵送混凝土性能要求，每 m3混凝土比采用人工砂①用水量增加 48 kg，28 d 強度低 16.6 MPa；同樣采用人工砂③，每 m3混凝土減水劑增加 3.5 kg，則混凝土泵送性能及強度基本能滿足要求。

因此，當砂出現不符合標準及配合比設計要求（嚴重不符合標準要求應予退場及停用），如能及時發現并調整配合比，則不會出現較大質量問題。但當混凝土生產量較大，砂連續進場、用量較多時，含泥量超標不易被及時發現。如攪拌站操作員經驗豐富、責任心強，在混凝土生產用水量發生較大變化時能及時反應給技術人員，由技術人員采取相應處理措施，則可避免混凝土出現較大質量問題。但如果攪拌站操作人員缺乏經驗及不負責任，在攪拌生產混凝土出機變稠時，隨意調整（超出正常范圍應予及時匯報）砂含水率、增加生產水用量，致混凝土生產水膠比過大，從而造成混凝土強度大幅下降。

2 施工過程對混凝土質量影響分析

預拌混凝土只是半成品，預拌混凝土到達施工現場，從拌合物到澆筑成型混凝土結構，其后續質量控制完全掌握在施工人員手中。

2.1 澆筑振搗階段

混凝土澆筑過程中，施工人員隨意往混凝土中加水現象，是施工階段對混凝土強度影響最大的一個因素，造成施工人員加水的原因主要有 3 個方面。

1）攪拌站生產運輸到工地的混凝土和易性不好，不易泵送。

試驗編號 水泥 礦粉 粉煤灰 人工砂 碎石 水 聚羧酸減水劑P·O42.5 S95 級 Ⅱ 級 ① ② ③ 5～25 mm 1 220 85 75 865 940 187 7.0 2 220 85 75 910 900 182 7.0 3 220 85 75 843 915 235 7.0 4 220 85 75 860 940 190 10.5

試驗編號 坍落度/mm 擴展度/mm 混凝土拌合物狀態描述 7 d 強度/MPa 28 d 強度/MPa 1 215 610 黏聚性、保水性、流動性均好 28.3 41.7 2 200 575 黏聚性、保水性一般，流動性好 25.9 39.2 3 205 430 無黏性、無流動性，保水性良好 16.5 25.1 4 210 590 黏聚性、流動性良好，保水性稍差 25.0 37.3

2）攪拌站生產運輸到工地的混凝土和易性良好、易泵送，但由于施工方面原因造成混凝土罐車在工地停滯時間過長，混凝土流動性下降。

3）攪拌站生產運輸到工地的混凝土和易性良好、易泵送，但施工人員為振搗、抹面省力，追求大流動性混凝土，習慣性隨意加水。

以上 3 種情況加水，都導致混凝土水膠比加大，直接造成混凝土強度下降。因加水導致混凝土離析，還將造成混凝土質量不均勻、不密實等質量問題。

振搗過程存在的問題主要是過振與漏振。過振會造成混凝土分層離析，而漏振造成混凝土不密實，這兩點都會造成混凝土質量不均勻，對混凝土強度也會造成一定影響。

2.2 養護階段

不養護、養護不及時、不充分是目前施工階段普遍存在的問題。

不養護、養護不及時、不充分是造成混凝土早期裂縫的主要原因。養護不到位對混凝土表面強度影響較大，對混凝土內部強度影響不大，這也是為什么采用回彈法檢測混凝土強度（表面強度），與鉆芯法檢測混凝土強度（內部強度）差距較大的一個原因［1］。

3 綜合分析與預防措施

通過揭示混凝土結構強度嚴重不足的各種原因分析及試驗研究，得出以下結論，并根據影響混凝土結構強度嚴重不足的幾個主要原因制定相應防范措施。

3.1 加強混凝土生產用砂質量驗收與控制

雖然混凝土生產主要原材料，如水泥、礦粉、粉煤灰、減水劑質量波動都可直接影響混凝土強度，但這幾種材料只要選擇正規廠家，使用前做好充分配合比試驗，嚴格進場批量檢驗，尤其是常年正常使用廠家生產供應的產品，一般不會造成大量及嚴重混凝土強度不合格現象。用量較大的粗骨料石子，只要考察好產地石質及產品顆粒級配、含泥量、泥塊含量、針片狀含量幾項主要指標，進場目測檢查（目測檢查較易分辨）及按批量抽檢，基本不會出現大的質量問題。

原材料最不易控制的是細骨料砂子，一是因為使用量大，二是因為出現質量問題，尤其是砂含泥量過大時，目測不易分辨，導致減水劑減水率下降、甚至失效。混凝土生產時用水量加大，如攪拌站操作員經驗不足或不負責任，不及時匯報技術人員查找原因，而盲目增加生產用水量，使混凝土水膠比過大，導致混凝土強度嚴重下降。

針對這種情況，混凝土生產企業負責人首先要有高度的社會責任感，任何情況下都要守住底線，對存在嚴重不符合質量要求，不穩定的原材料堅決不予進場。另外加強進場驗收監督，做到能及時發現問題并提出處理意見。

3.2 加強砂石料生產企業質量監管

呼吁政府有關部門，在環保治理檢查時，要兼顧工程建設對砂、石材料需求，在取締不符合環保及礦產資源開采的小型砂、石料生產企業同時，鼓勵、扶持正規砂、石料生產企業做大做強。企業做大做強后，一是環保基礎設施達標；二是便于有關部門形成對砂、石料產品質量的監管，從源頭上做到不符合要求的砂、石料不予出場。真正做到砂、石料產業化生產，改變我國多年來砂、石料粗獷式生產，質量無部門監管，只靠預拌混凝土企業進場把關的被動局面。

3.3 加強混凝土施工階段監管

一是針對進場不符合施工澆筑要求的混凝土予以退回；二是提前做好施工澆筑方案，在現場具備澆筑條件情況下通知供應混凝土，合理、有序組織施工澆筑，混凝土現場停留時間符合相應要求，確保不因停滯時間過長，混凝土流動度下降，導致加水影響混凝土質量；三是混凝土到達現場滿足正常泵送、澆筑施工情況下，嚴禁施工人員隨意加水，造成混凝土水膠比加大，降低混凝土強度；四是保證混凝土澆筑后的及時、充分保濕、保溫（冬季）養護。

4 結語

混凝土結構強度、質量控制主要從兩個方面控制。一是預拌混凝土生產過程質量控制；二是混凝土施工澆筑過程控制。現階段預拌混凝土生產質量控制重點是原材料控制，關鍵是砂子的質量控制。除了依靠預拌混凝土生產企業加強進場驗收，及時準確、合理調整混凝土配合比外，還要加強對人工機制砂生產企業的源頭質量控制。混凝土到達施工現場后，及時組織施工澆筑，杜絕隨意加水，加強養護等是施工澆筑環節控制的重點。Q