兰州地区预拌混凝土耐久性现状

黄 华 王惠玲 胡坚虹（甘肃土木工程科学研究院，甘肃 兰州730020）

1 概况

兰州地区大概在1996年左右使用预拌混凝土，此后商品混凝土公司逐步增加，到现在增加到了36家（含分站，指有资质的，还有一些未取得资质挂靠生产的），其中城关区10家，七里河区10家，西固区7家，安宁区5家，榆中2家，兰州新区2家。

为了进一步加强预拌混凝土质量的监督管理，确保工程结构质量，依据有关法律、法规及技术标准，结合甘肃省实际，甘肃省建设厅制定了《甘肃省预拌混凝土质量管理办法（试行）》（以下简称《管理办法》），《管理办法》在2010年8月17日通过了厅常务会审议，执行日期是2011年1月1日。

在《管理办法》第三十条规定：监督机构以动态监督检查和强制性监督检测为手段，对预拌混凝土生产和施工质量进行监督管理。强制性监督检测的主要内容是：1）抽检原材料质量；2）抽检混凝土强度;3）抽检预拌混凝土氯离子总含量；4）抽检预拌混凝土放射性核素放射性比活度。兰州市建设工程质量监督站依据《管理办法》于2011年9月15日发文《关于加强预拌混凝土耐久性强制监督检测的通知》[兰建质监（2011）15号]，要求对在兰各预拌混凝土生产企业进行与预拌混凝土耐久性相关项目的强制性监督检测。按照兰建质监（2011）15号文的要求，由甘肃土木工程科学研究院具体实施抽样及检测工作。

2 检测内容

2.1 混凝土耐久性定义

混凝土结构物除要求具有设计强度，以保证建筑物能安全承受荷载外，还应具有耐久性，即保证混凝土在长期自然环境及使用条件下保持其使用性能[1]。耐久性是一个综合因素，包括：抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、碳化、碱—骨料反应。

2.2 混凝土各组成原材料中各组份对混凝土耐久性的影响

1）骨料（砂、石）：骨料中的有害物质主要指硫化物、硫酸盐、有机物、云母、氯盐、粘土、轻物质等[3]。

（1）粘土、云母及轻物质（煤屑、炉渣等）会粘附在骨料表面，影响骨料与水泥石的粘结性，从而降低混凝土的抗冻性及抗渗性；云母一般呈薄片状，表面光滑，强度很低，且易沿解离面错裂，因而与水泥浆的粘结很差[3]。

（2）硫化物与硫酸盐及有机物对水泥有腐蚀性，会降低混凝土的强度及耐久性；

（3）坚固性：是指在自然风化和其他外界物理化学因素作用下，抵抗破裂的能力。按规定通常采用硫酸钠溶液检验，试样经5次循环浸渍后的质量损失[1]。

（4）氯离子含量：氯盐会对钢筋产生腐蚀，促使钢筋混凝土的破坏等。

（5）碱活性：一般来说，集料是不与水泥石中的其他组分及周围环境中的物质发生化学反应的。但是，集料中的某些活性组分可以与碱发生化学反应，产生膨胀，严重时可以导致混凝土开裂，这就是通常所说的碱—集料反应。碱—集料反应有两种类型：一是碱与集料中的活性二氧化硅反应，生产碱—硅凝胶，这种碱—硅凝胶吸水膨胀，导致混凝土开裂，这一反应称之为碱—硅酸盐反应；另一种碱与泥质白云质灰岩或泥质白云岩发生去白云石化反应，生产水镁石等产物，其中水镁石在受限空间内进行晶格重排，产生膨胀，导致混凝土开裂，这一反应称为碱—碳酸盐反应。碱—硅酸盐反应积累期为10-50年，即混凝土工程建成投入使用10-50年就发生膨胀开裂；碱—碳酸盐反应发展速度快，一般混凝土工程建成2-3年即膨胀开裂，几乎无法修补加固。总之，碱骨料反应的病害因素在混凝土内部，即使采取修补加固措施，由于不能根除病害因素，病害还会继续发展[3]。

2）外加剂

（1）膨胀剂

膨胀剂的类型：根据产生膨胀的组分，主要有三种类型的膨胀剂，即硫铝酸盐型膨胀剂、氧化钙型膨胀剂和氧化镁型膨胀剂。氧化钙膨胀剂和氧化镁膨胀剂性能稳定性较差。我国目前最常用的UEA膨胀剂是一种将无水硫铝酸盐与明矾石等复合在一起的复合型硫铝酸盐膨胀剂[3]。

膨胀剂的作用：在商品混凝土中使用膨胀剂主要是利用膨胀组分的膨胀来补偿混凝土的各种收缩，以提高混凝土的抗裂性和抗渗性[3]。

（2）抗硫酸盐类侵蚀防腐剂

混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂的主要成份：减水成分、膨胀成分、矿物质掺和料、亚硝酸盐和三乙醇氨等。

抗硫酸盐侵蚀性在很大程度上决定于混凝土或水泥浆体的渗透性，一般，在被Ca(OH)2和碱所占有孔隙中形成C-S-H水化物，降低了浆体的渗透性，阻止了硫酸盐的浸透性。在不同的SO42-离子浓度下，硫酸盐侵蚀的形式是不同的。当SO42-离子浓度较低（SO42-离子浓度在250～1500mg/L）时,主要生成的是水化硫铝酸钙。当SO42-离子浓度较高（SO42-离子浓度在5000～10000mg/L）时,生成的是石膏。这类反应产物使固相体积增大，在硬化水泥石结构中产生内应力，导致硬化水泥石结构破坏，如果溶液中存在硫酸镁，则生成水化硫铝酸钙（或石膏）和Mg(OH)2，这两者都会产生膨胀，这种双重腐蚀作用将导致更严重的破坏。

3）水泥：水泥熟料中除四种矿物组成外，还存在着其他一些组分，这些组分虽然含量很少，但对水泥的性能有着不可忽视的影响。在水泥中，对水泥和混凝土性能影响较大的其他组分主要有游离CaO、MgO、SO3和碱[1]。

（1）CaO：游离CaO可以与水反应，形成Ca(OH)2，但速度较慢，在水泥凝结硬化后产生膨胀，导致水泥体积不安定。

（2）MgO：当熟料中MgO含量较高时，部分MgO以游离态存在于熟料矿物中，这种游离态的MgO水化较慢，一般是在水泥水化凝结以后，当水泥凝结后，MgO与水反应生成Mg(OH)2，与会产生膨胀，导致水泥体积安定性不良[1]。

（3）SO3：在水泥熟料中SO3是极少的，水泥中的SO3主要是来自水泥粉磨时掺入的石膏。在水泥中掺入石膏主要是为了调节凝结时间。石膏是引起水泥石膨胀的重要组成部分。在水泥的水化过程中，石膏可以与熟料中的铝酸盐和铁铝酸盐的水化产物反应，形成钙矾石。这一反应将会产生体积膨胀[2]。

（4）碱：在水泥熟料中，碱的含量极少，一般不超过1%[3]，一般来说碱含量较高的水泥熟料通常具有较高的活性，而且也是矿渣、粉煤灰等一些活性混合材的强激发剂，因此，含碱量较高的水泥，通常水化较快。也正是这一特性，使得用高碱水泥配制的混凝土塌落度损失可能较快。碱可以与集料中的一些活性组分发生反应，产生膨胀，严重时可能导致混凝土的开裂，甚至破坏。游离状态的碱还可能与一些外加剂作用，影响水泥与外加剂的适应性。另一方面，即便水泥中的碱存在于水化产物中，不释放出来，它对水泥石的性能也有一定的影响，一些研究表明，水化产物中碱的含量对硬化水泥石的干缩有着显著的影响，碱增大硬化水泥石的收缩，因而有可能影响混凝土的抗裂性能。

（5）C3A：如果混凝土处在硫酸盐含量比较高的水或土壤中，环境中的硫酸盐会和混凝土中C3A的水化产物水化铝酸钙反应，形成钙矾石。这一反应将会产生体积膨胀[2]。

4)掺合料：掺合料已经成为商品混凝土中不可缺少的一个组分，掺合料的种类很多，其组成和性能有很大差异，并各具特点。掺合料主要有粉煤灰、硅灰、磨细矿粉等。掺合料中使用最多的是粉煤灰[4]。

粉煤灰：SiO2+Al2O3+Fe2O3含量不小于70%[3]。

（1）CaO在高钙粉煤灰中，CaO除大部分被结合外，还有一部分是游离的，游离CaO具有有利于激发活性和不利于安定性的双重作用。

（2）烧失量：碳粒被认为是对混凝土有害的物质，碳分的稳定性不好。惰性碳分增多，将导致粉煤灰的活性成分减少。更为严重的是，它能使混凝土的用水量增加，密实度降低，还会明显地影响引气剂、减水剂等外加剂的掺量[4]。

（3）SO3含量：SO3过高会生成破坏性的钙矾石[3]。

（4）MgO含量：MgO可能以方镁石的形态出现，它水化缓慢，会引起膨胀破坏[3]。

（5）有效碱（Na2O、K2O）含量：在粉煤灰-水泥系统中，碱具有两重性，有有益的一面，也有有害的一面。从有益的一面看，碱可以激发粉煤灰的活性，促进粉煤灰与Ca(OH)2的火山灰反应。不利的影响表现在两个反面：①碱是碱-集料反应发生的一个重要方面。②较高的碱含量使得硬化水泥石的干缩变形较大。这对混凝土的抗裂性是不利的[3]。

表1 预拌混凝土用材料强制性监督检测项目

2.3 检测的项目

根据省建设厅《关于印发〈甘肃省预拌混凝土质量管理办法（试行）〉》（甘建工［2010］620号）精神，兰州市建设工程质量监督站针对预拌混凝土耐久性确定了以下强制性监督检测项目见表1。

3 检测依据

1）《普通混凝土用砂、石质量标准及检测方法》（JGJ52-2006）；

2）《混凝土膨胀剂》（GB23439-2009）；

3）《混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂》（JC/T1011-2006）；

4）《建筑材料放射性核素限量》（GB6566-2010）。

4 检测结果统计

我院建材试验室依据国家及行业相关标准的要求，于2011年9月26日至2011年12月底，对所抽检的各类样品进行了试验检测。

1）砂：抽检总数17家，5家碱活性试验（快速法）14d限制膨胀率在0.1～0.2%之间，需采用砂浆长度法重新试验，其余检测项目均符合标准要求；

2）石：抽检总数17家，6家碱活性试验（快速法）14d限制膨胀率在0.1～0.2%之间，需采用砂浆长度法重新试验，其余检测项目均符合标准要求；

3）膨胀剂：抽检总数18家，其中2家3天抗压强度、3家28天抗压强度、6家限制膨胀率（水中7天）、5家碱含量均不符合标准要求；其余检测项目符合标准要求；

4）抗硫酸盐防腐剂：抽检总数11家，其中5家28天抗压强度比、3家限制膨胀率（1天）、2家膨胀系数和4家氯离子含量均不符合标准要求；其余检测项目符合标准要求；

5）混凝土：氯离子和放射性均符合标准要求。

5 结果评价

通过试验结果分析，依据相关国际标准、行业标准要求，抽检的砂、石、混凝土外加剂存在不同程度的问题，特别是混凝土所使用的外加剂质量参差不齐，应加强对预拌混凝土所用原材料质量的控制，尤其是混凝土外加剂的质量控制，以保证预拌混凝土的质量。

[1]张海梅.建筑材料.北京：科学出版社，2001.31-62

[2]王华生，赵慧如.混凝土技术禁忌手册.北京：机械工业出版社，2002.4-11

[3]张承志.商品混凝土.北京：化学工业出版社，2006.11-303

[4]杨文科.现代混凝土科学的问题与研究.北京：清华大学出版社，2012.17-150