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混凝土质量控制的“望、闻、问、切”

    在现今的混凝土行业中,由于部分原材料供货商质量意识淡薄和缺乏诚信以及资源的匮乏等原因,造成原材料质量不稳定,并由此带来混凝土质量不稳定。在来不及进行试验检测和试配调整的情况下,施工一线的工程师们应该如何作为,进而最大可能地保证混凝土质量?这是一个似乎“不便于”讨论,但又客观存在、经常发生、急需解决的问题。
    在现今的混凝土行业中,由于部分原材料供货商质量意识淡薄和缺乏诚信以及资源的匮乏等原因,造成原材料质量不稳定,并由此带来混凝土质量不稳定。在来不及进行试验检测和试配调整的情况下,施工一线的工程师们应该如何作为,进而最大可能地保证混凝土质量?这是一个似乎“不便于”讨论,但又客观存在、经常发生、急需解决的问题。

    作者认为,在没有条件进行精确的试验验证的情况下,工程师们应有能力通过观感对已发生的变化做出准确的判断,并对配合比作出适当调整,以适应这种变化,就像中医一样,对病人“望、闻、问、切”后便能开出药方。

1、工程师应力求成为一个“经验丰富的中医”
    为什么要把工程师比作中医呢?
    研究对象的相似性。同是一种病,甚至是同一人患了同一种病,中医开出的药方都是不一样的,否则病人只需拜访医生一次,将中药拿回家分开称量,以后得了同样的病,按配方到药店抓药就行了,或者国家只需公布不同疾病所对应的配方,患者查表抓药就可以了。然而事实并不是这样。中医开处方前要看气色、闻气味、问病情,还要把脉,准确了解病人疾病的严重程度、身体素质、精神状态、营养条件后,结合自己手中中药的品质,合理配药,才能药到病除。没有完全一样的病人,更没有完全一样的病情,当然也就不可能有完全一样的药方。
    混凝土也是如此,不同的工程,混凝土服役的环境不同,受力特点不同,原材料质量不同,施工方法不同,操作工人不同,所以,混凝土的配方也不能相同。没有完全一样的工程,也就没有完全一样的配合比,否则,国家只需颁布配合比速查表,大家查表使用,而无需进行配合比设计。
    研究手段的相似性。中医在诊断病情时采用的手段是“望、闻、问、切”,一个经验丰富的混凝土材料工程师,可以使用“看、问、听、划、摸、捻、抹”等简易快捷的手段感知混凝土质量,二者都是不借助于检测仪器,快速做出判断并及时进行处置。
    思想方法的一致性。原材料不可提纯且组成复杂、化学反应复杂等因素,决定了混凝土具有微结构和性能不质量控制中医思想方法确定与不确知性,是一个非线性的混沌体系,必须用“综合的、整体论”的思想方法进行研究,这种思想方法是东方科学文化传统的思想方法,它主张从整体着眼,注意事物之间的联系,更合乎辩证法。可见,“综合的、整体论”的思想方法相对于西方常用的“分析的、分解的”思想方法,在混凝土研究上有明显的优越性。
    中医使用的“阴”、“阳”、“气”、“脉络”、“内病外治”等理论是典型的“综合的、整体论”的思想成果,它他将人体看成一个有机的整体,考虑到各器官相互之间的影响,在思想方法上和混凝土研究是一致的。
2、要用中医“变化的”的眼光来看待混凝土
    我们不能希望一个配合比通过试验室试配和现场验证后使用一个月,甚至一年,这是不符合逻辑的,作者个人的体会是,一个配合比能使用三天就很意外了。如果我们力求完美,一个工班几次调整配合比是常有的事,其主要原因是原材料波动太大。例如砂子,即便是质量还算稳定的河砂,连续10车质量基本稳定便是奇迹。装载机上料的时候,连续三铲,铲铲不一样的情况也不鲜见。
    原材料质量的波动引起混凝土质量的波动后果是不可小视的。在商品混凝土行业,原材料波动带来的混凝土质量波动,情况可能要好一些,因为在商品混凝土搅拌站,混凝土采用罐车运输,是几盘料混为一车,混凝土质量的波动有个冲消的机会。且由于运输罐车有搅拌的功能,混凝土的质量偏差可以方便地调整。但若是吊斗运输的混凝土预制构件生产,情况就严重了,特别是高强度等级的混凝土预制构件生产,由于减水剂用量较大,原材料含水量的不大的变化就会引起混凝土坍落度的大幅度波动,造成混凝土干硬无法振捣密实,或是严重离析泌水的后果。
    以上仅提到混凝土工作性能的波动,原材料波动,当然还会引起耐久性和力学性能的波动。
3、用中医“望、闻、问、切”的诊断方法来检查原材料和混凝土质量
    “望”就是观察,是混凝土质量控制四个手段中获取信息量最大的一个。
    “望”要从原材料质量检查开始,如查看各原材料的颜色有无异常,砂石料含泥量是否异常,级配是否有波动,粉煤灰细度是否异常等。
    在混凝土拌合阶段,“望”的主要任务是看混凝土在搅拌筒里的运动状态、看电流表。对低流动性的混凝土,要观察搅拌机叶片将混凝土“犁”起的高度,被“犁”起的混凝土是连续的整块还是分散的多块,筒壁附近是否有泌浆。如果混凝土被“犁”起较高且散成多块,筒壁无泌浆,则坍落度小,反之,则坍落度大。对高流动性的混凝土,要观察搅拌机叶片将混凝土“带”起的高度,混凝土在搅拌筒内荡漾的幅度,筒壁附近泌浆区的宽度。如果叶片将混凝土“带”起的高度较大,混凝土在搅拌筒内荡漾的幅度较小,筒壁附近泌浆区的宽度较小,则混凝土坍落度较小,反之,则坍落度较大。搅拌混凝土时,搅拌机的电流强度与混凝土的坍落度密切相关。电流强度大,说明坍落度偏小,反之则偏大。在确定原材料质量无变化,搅拌机称量系统数据可靠的情况下,可判定混凝土坍落度的变化是砂石料含水率波动引起的,搅拌机操作工完全可以根据电流强度的变化调整用水量,为浇注现场提供工作性稳定的混凝土。
    若用吊斗运输混凝土,工程师们就多了一个观察坍落度的绝佳机会。混凝土从搅拌机放入吊斗时会堆积成一座“山峰”,然后慢慢坍塌,根据“山峰”的高度、坍塌的速度、坍塌的结果,可以准确地判断混凝土的流动性能,这种判断甚至比坍落度试验的结果还可靠,因为坍落度检测毕竟是小样本试验,人为因素影响很大。
    在混凝土浇注阶段,“望”的主要任务是观察混凝土是否便于振捣密实,是否泌浆、泌水,是否便于抹平收光。例如,砂率过小会使混凝土粘度增加,振捣棒难以插入,返浆困难,难以振捣密实;砂率过大会导致混凝土气泡难以排出,也难以振捣密实。用水量和减水剂掺量大会引起泌浆、泌水,用水量过低混凝土会发粘。如此等等……,只要找到混凝土表现与配合比之间的规律,及时发现问题,及时调整,是有效和必要的。
    在混凝土脱模后,“望”的主要任务是观察混凝土的外观质量,通过观察外观质量,也可推测内在质量。例如,由相同的材料,相同的浇筑工艺,相同的养护条件而获得的混凝土结构,通过比较颜色深浅,可以粗略估计混凝土强度的高低。规律是:若颜色异常偏浅,则用极可能用水超量,混凝土强度不够,需引起警觉并追查原因;若颜色异常偏深,则有可能是因为减水剂添加超量,用水量大幅度降低,混凝土强度大幅度提高而引起的。
    机理如下:心理物理学的研究表明,人们对亮度的感觉,主要与物体表面对光的漫反射有关。当人们观察某一平面时,若该平面漫反射光所占的份额愈小,则平面愈黑,这也说明物体的表面愈光滑。水灰比小的混凝土结构密实,其表面结构尺寸大部分小于可见光的波长(380μm-750μm),光的主要反射方式是镜面反射,漫反射所占比例很小,因此表现为深色;水灰比大的混凝土结构相对不够密实,其表面结构尺寸大部分大于可见光的波长,光的反射方式主要是漫反射,因此表现为浅色。凝土的温度。
原材料质量检查阶段,“闻”在水泥温度的感知上颇为有效。水泥到场后不能立即泵入储存罐,工程师应揭开罐车顶盖,用面部感知水泥是否过热,有经验的工程师对水泥温度的估计,误差能达到5℃以内。若水泥温度过高,工程师可通过采取存放降温待用,或新抽地下凉水拌制混凝土等措施减弱其不良影响。
    在混凝土拌合阶段,“闻”的意义在于感知混凝土拌合时的温度。混凝土拌合时,打开搅拌机观察孔,用面部感知混凝土温度,在冬季,我们关心入模温度是否过低;在夏季,我们关心入模温度是否过高。通过对混凝土温度的简单判断,我们可以立即采取对原材料加温或降温、调整热养护制度等应对措施。
    混凝土脱模后,“闻”的工作是感知混凝土构件的温度,从而决定是否需要覆盖保温,能不能立即撒水养护,这对避免构件因温度应力而开裂意义重大。
    “问”是询问,指向工人和其它人员了解施工时的发现。在施工过程中,身处一线的操作工人对混凝土的表现有切身的感受,就像病人对自己身体的感受一样,因此,他们的描述有重要的参考价值,工程师们应该多向他们了解现场的情况。
    “切”在中医中指摸脉搏,这里指用手捻、用锹拌、用抹刀抹等动手的方式了解混凝土的质量。
    “切”对了解粉煤灰的质量是很有效的。抓一把粉煤灰,先用“望”的手段端详,然后用手捻,若感觉细腻,则说明颗粒较细;若感觉粗糙,则说明颗粒较粗。没有经验的工程师可以先做个估计,然后和检测结果进行比对,几次训练就可掌握这门技巧。
    在混凝土浇注阶段,“切”的主要手段是用手捏,用锹拌,用抹刀抹,主要目的是了解混凝土的流动性、粘聚性、粘度等各项工作性能。如抓起一把混凝土,用手揉捏一下,可了解砂浆是否饱满,砂率是否适中,进而判断混凝土离析和泌水的可能性;用锹翻拌混凝土,可以了解混凝土的粘度;用抹刀在混凝土表面试抹几下,了解混凝土是否便于抹平收光。通过“切”的“诊断”,混凝土的工作性表露无遗,相比坍落度试验,是既方便,又全面。
    “闻”在中医里指闻气味,在混凝土质量控制中,我们可以通感地指利用面部来感知混
在混凝土脱模后,“切”主要是指用手抚摸混凝土表面,配合“闻”判断混凝土的脱模温度。
4、用中医“综合的、整体论”的思想方法调整混凝土质量
    用“望、闻、问、切”的手段了解原材料和混凝土质量后,便可以用中医“综合的、整体论”的思想方法调整混凝土质量,这里举几个例子说明。
    例1.某预制构件工程,混凝土强度等级C65,坍落度180mm,使用5~10mm和10~20mm两级配石灰岩碎石,要求碎石必须水洗,以降低含泥量(实际主要是石粉)。冬季霜冻期,水洗碎石无法操作,偶有几车5~10mm碎石石粉含量很高,若测含泥量,估计在2.5%左右。另,本工程每方混凝土5~10mm碎石用量为320Kg。
    综合分析并处置:许多人持一种“活性”至上的观点,认为粉状材料必须要有活性,否则是有害的。事实上我们没有必要一味强调“活性”,我们不妨把石粉理解成一种微骨料,其中较粗的颗粒可填充砂粒间的空隙,较细的颗粒可填充水泥间的空隙,适量的石粉对改善混凝土材料的级配是有益的;细粒的石粉还可以为水泥水化的产物提供晶核,加速水化产物从水溶液中凝结,从而促进水泥的水化;何况石灰石粉末也不完全是“惰性”的,石灰石粉末还可以参与化学反应,生成水化碳铝酸盐。可见,适量的石粉对混凝土质量有正面的影响。本工程碎石带入的粒径小于80um的石粉约8Kg,数量较小,负面影响可忽略。但引入8Kg的粉料会使混凝土坍落度稍有下降,粘度稍有上升,因此工程师通知搅拌站每方混凝土加水2Kg。做出这种调整后混凝土坍落度略有上升,粘度略有下降、保水性等无明显变化,后来发现28d的抗压强度也无异常,说明工程师的处置很恰当。
    例2.某预制构件工程,混凝土强度等级C50,坍落度50mm,每方混凝土掺Ⅱ级粉煤灰60kg。生产过程中搅拌机操作工发现搅拌机电流强度突然上升,打开观察孔查看,发现被叶片“犁”起的混凝土由正常的连续的整块状变为破碎状,坍落度明显降低,搅拌机运转系统和搅拌站计量系统无异常。得到报告后值班工程师赶到现场询问情况,得知半小时前材料部门向粉煤灰罐打入50吨粉煤灰,试验室已取样,但未检测。值班工程师查看样品发现:粉煤灰颜色偏深,用手捻时感觉粗糙。值班工程师认为混凝土坍落度异常是粉煤灰细度和烧失量不合格引起的,由于某些原因,工程不能停工,粉煤灰也不能及时退换。工程师分析认为,粉煤灰偏粗影响不是很大,但烧失量大说明粉煤灰含碳量大,吸水能力强,粉煤灰颗粒软弱且丧失了大部分活性。工程师采取了如下应对措施:①降低用水量2Kg,通过降低水胶比的方式弥补粉煤灰颗粒软弱且丧失活性对混凝土力学性能的损害;②增加减水剂用量,保证坍落度不变。调整配合比后混凝土现场表现略粘,但能正常使用,28d抗压强度降低2MPa,混凝土质量可以接受。
    例3.某立交桥工程,桥墩混凝土强度等级C30,掺Ⅱ级粉煤灰,掺量80Kg/m3,使用某厂P.042.5水泥,用量300Kg/m3,水泥比表面积在380m2/Kg至400m2/Kg之间,发现水泥与减水剂相溶性时好时坏,且已查明责任在水泥生产厂,工程师虽与水泥厂多次交涉,但无法改变现状。某日现场反映混凝土坍落度剧降,工程师采取三项措施维持质量稳定:①提高粉煤灰用量到110Kg/m3,降低水泥用量至270Kg/m3;②用水量不变,调整减水剂用量,以维持混凝土坍落度不变;③脱模后保湿养护时间由原来的3天延长至5天。采取这三项措施的理由有四点:①该工程原配比粉煤灰掺量为21%,偏低,可提高到29%,降低水泥用量可部分缓解水泥与减水剂相溶性不好带来的危害。②水泥用量下降,粉煤灰用量上升后混凝土早期强度会有所降低,但该桥墩服役时间在4个月之后,届时粉煤灰对强度的贡献已显现,故无须担心混凝土强度不够危害桥梁安全。何况用强度至上的观点评价结构安全性本来就不一定科学,茅以升用结构吸收能量的能力来评价结构的安全性似乎更加合理[7],桥墩混凝土强度高,其脆性大,韧性小,吸收能量的能力不一定大,也就不一定更安全。③用水量不变,通过调整减水剂用量来维持混凝土坍落度对混凝土无害。④掺粉煤灰后混凝土早期孔隙率较大,碳化速度较快,延长养护时间可降低混凝土表面的孔隙率,降低混凝土早期碳化速度。
5、结束语
    需要特别说明的是,作者在此介绍不使用仪器检测的方法判断质量,不经试配就进行配合比调整,不是为了鼓吹经验至上,否定仪器检测和试验室试配的必要性,而是建议大家正视复杂多变的现实,积极积累经验,综合地判断各种变化的因素对混凝土质量造成的影响,以便及时采取措施,尽最大可能保证混凝土质量,这比那些奉行“鸵鸟政策”,回避现实的态度要积极得多。
    作者还认为,由于原材料波动较大,试验室的试配的结果不可能直接用于施工,即便经过了现场验证,也不可能长时间适用。试验室试配的意义仅在于为我们日后的配合比调整提供一个可参比的基点。