谷竹混凝土质量调查报告.doc

湖北省谷竹高速公路建设工程 混凝土施工与质量现状调查报告

武 汉 理 工 大 学
谷竹高速公路混凝土质量管理标准化工作组
2023年7月
湖北省谷竹高速公路建设工程混凝土
施工与质量现状调查报告
谷竹高速公路于2023年12月27日开工建设，截止目前全线已完毕大部分路基工程及桥梁下部桩基、墩柱施工，大部分标段已在生产和架设梁板。现全线混凝土施工工程正进入攻坚阶段，对混凝土质量的规定必须更加严格。2023年6月9日~24日，在谷竹高速公路建设项目指挥部的领导下，在各巡检组、驻地办的协助下，武汉理工大学谷竹高速公路混凝土质量管理标准化工作组对全线混凝土原材料、施工配合比、构造物外观质量及养生等情况进行了摸底调查，工作组现场调查时还观测到了GZTJ1和GZTJ4 等标段的首块预制T梁生产情况。通过对施工单位提供的相关报告资料和现场调研情况进行分析汇总整理，现将全线混凝土质量的具体情况报告如下。

1 原材料质量控制
1.1 水泥
1.1.1 水泥品牌的选择
全线重要使用华新水泥襄樊有限公司生产的“华新堡垒”牌和葛洲坝水泥老河口有限公司生产的“三峡”牌P·O52.5和P·O42.5水泥，少部分使用湖北钟厦水泥股份有限公司生产的“钟厦”牌P·O42.5水泥用于桥梁下部结构工程施工。就产品质量稳定性比较而言，“华新”水泥和“三峡”水泥的波动较小，“钟厦”水泥的波动较大。因此实际施工使用中，选择前两者居多。
1.1.2 水泥品种的选择
根据混凝土材料科学与工程相关理论与实践，配制C50混凝土采用42.5级水泥完全是可以满足强度设计规定的，因此宜使用42.5级水泥而不宜使用52.5水泥。目前，谷竹高速公路沿线有部分施工单位使用P·O52.5P·O水泥来生产C50混凝土T梁，这不仅增长了开裂风险，并且增长了管理难度和材料成本。由于在我国目前的生产工艺条件下 ，生产52.5P·O与42.5P·O所采用的混合材料掺量变化不大，生产52.5P·O的重要措施是：采用C3A与C3S含量高的水泥熟料并提高水泥粉磨比表面积，来提高水泥强度等级（特别是初期强度）。这样易导致以下问题：
1) 52.5P·O水泥水化速率过快、水化热大、收缩大，导致外加剂与水泥的适应性变差，不利于混凝土的坍落度保持；水化热温升高而不利于高强、大体积混凝土的温度裂缝控制；同时，过快的水化反映使混凝土微结构形成不良，高C3A与C3S含量形成的水化产物类型使抗蚀性变差。实践证明，初期强度很高的水泥或混凝土在14d以后的强度几乎不增长，长期强度甚至倒缩。
2) 52.5P·O生产所用熟料烧成能耗高、粉磨电耗高，因此52.5P·O价格会较42.5P·O有一个较大幅度的增长。此外，目前水泥公司的42.5P·O水泥产能更大，质量更稳定，供应更及时，更有保障。
3) 若拌合站同时储存52.5P·O与42.5P·O两种水泥，在不同强度混凝土交叉施工作业时，42.5与52.5级水泥一旦同时使用，不方便施工管理。
因此，选择水泥时不能以强度作为唯一标准，不能认为强度高的水泥就一定好。基于高强混凝土的防裂考虑，一般规定混凝土所用水泥的比表面积不宜超过350 m2/kg、最大不应超过400m2/kg，以减少混凝土初期水化放热量和放热速率、减小混凝土的收缩、徐变及减少混凝土需水量、改善水泥与减水剂的相容性，减少减水剂掺量，而52.5P·O水泥的比表面积往往是超过400m2/kg的。
1.1.3 水泥检测指标的选择
沿线施工单位通常更为重视水泥强度，而往往容易忽视水泥比表面积、标准稠度需水量对混凝土拌合物的工作性能影响。建议在继续重视水泥强度等指标的同时，加强对水泥比表面积、标准稠度需水量的检测，并加强和水泥公司的信息沟通，尽也许掌握水泥品质的变化情况，争取及时在施工过程中作出调整。
1.2 集料
1.2.1 粗集料
目前，谷竹高速沿线碎石重要来源如表1-1所示。
表1-1 谷竹高速沿线碎石来源
工程分段
碎石来源
竹溪段
天顺碎石、金丰碎石、小南沟碎石等
竹山段
庙湾碎石、田湾碎石、华龙碎石，龙王垭碎石、北星河碎石、擂鼓墩碎石等
房县段
鹏飞碎石、马栏碎石玉堤碎石和大王沟碎石等
保康段
岩森碎石和玉堤碎石等
谷城段
柏家堰碎石、南河万基石料场的破碎卵石
碎石的压碎值、针片状含量均符合规定，但是碎石粒径普遍偏粗，级配不良，超径部分较多，对于混凝土的工作性影响较大，导致沿线混凝土离析现象较为普遍，最终影响混凝土的内部结构均匀性、密实性以及外观质量。一些碎石厂生产的碎石在阴雨天过后容易出现含泥量超标现象，部分拌和站新进场和已投入使用的碎石裹石粉、泥粉严重，既劣化新拌混凝土的工作性能又削弱水泥和碎石的粘结强度，影响硬化水泥混凝土力学性能及耐久性能。
1.2.2 细集料
在谷竹沿线，竹溪段和竹山段重要使用的是陕西安康、白河和湖北郧县开采的汉江河砂（青砂）；谷城段和保康段重要使用来自襄樊双沟的黄砂；郧县河砂和襄樊黄砂在房县段都有使用。少数施工单位在辅助工程中使用机制砂。调查期间，在各施工单位现场目测，天然砂的整体质量状况相比施工初期好一些，除个别存在含泥和含泥块稍多外，天然砂的整体洁净限度还较令人满意，但两者均普偏存在超粒径问题，部分单位使用的天然砂中超粒径的豆石含量（＞4.75mm）已大于10%。调查情况表白，施工单位对超粒径问题没有对的对待，对砂的“含石率”缺少辨认和控制，导致混凝土施工配合比中的实际“有效砂率”小，容易引起混凝土离析和混凝土实体结构不密实，导致质量缺陷。
1.3 外加剂
谷竹沿线施工单位使用的减水剂均为聚羧酸高效减水剂。调查期间在GZTJ32实验室按批复的配合比进行C50混凝土复盘，混凝土拌合物的坍落度不及设计规定的50%，其工作性能与验证数据相差较大，不能满足施工规定。分析结论表白，外加剂厂家提供的小样或首批进场产品与拌合站实际使用大料的质量不一致，拌和站实际生产中使用的减水剂质量不达标。查阅外加剂的外委检查报告发现：部分施工单位外加剂的检查项目仅有减水率、抗压强度比两项，未对含气量、泌水率比、与目的水泥的适应性进行检查。而减水率、含气量、泌水率比等指标直接影响混凝土拌合物质量及稳定性。
建议对每批新进外加剂，采用施工实际用原材料进行混凝土配合比复盘实验，对不合格产品及时清场，严禁使用。

2 混凝土质量控制
2.1 混凝土生产质量控制
2.1.1 拌和站现场管理
沿线各施工单位按指挥部集中拌和站标准化管理的统一规定，正在努力做好拌和站的管理工作。大多数施工单位的工作成效良好，其中特别值得肯定的是GZTJ15、GZTJ8和GZTJ29等公司，对标准化管理工作的结识理解到位、制度建设到位、措施执行到位，现场管理达成了指挥部标准化管理的规定。少数公司场地建设和管理存在局限性，如场地无组织排水，导致场地和集料堆棚内积水影响正常生产；粗、细集料存在混堆、窜仓现象，影响混凝土质量。而因种种具体因素，GZTJ3等极个别公司现场管理距离指挥部标准化规定的差距巨大。
2.1.2 计量管理
谷竹沿线大部分施工单位重视混凝土生产计量管理工作，配置了合理有效的计量设施及标准砝码，按期进行法定计量检定。
但在部分公司的混凝土生产计量控制的实际操作过程中存在某些缺陷，如：公司自行计量校检未按规范规定进行，砝码无经常使用痕迹，自校记录缺少真实性，拌和站计量系统无实物校验（动态校验）等；个别公司存在计量失效状态下继续盲目生产的情况，计量管理失控。
2.1.3混凝土施工配合比控制
应依据实时检测的原材料质量指标，按混凝土实验室配合比对各入机原材料的实际称量进行准确调整，搅拌生产出工作性能符合设计规定，符合实际施工需要的混凝土拌合物。谷竹严沿线部分施工单位未能严格进行混凝土施工配合比控制，未能合理有效实行混凝土施工配合比调整，存在的重要问题有：检查人员未按标准规定及时、准确的检测原材料，未合理调整混凝土施工配合比，未认真执行混凝土开盘鉴定；操作人员未严格按照混凝土生产告知单规定的配合比进行配料、生产，随意改变原材料用量，为方便施工任意提高用水量，加大混凝土坍落度；拌和站生产管理工作贯彻不到位，较为严重的问题重要有实验室驻站技术人员指导、监控工作的力度弱，混凝土生产的关键工序过程无监理人员旁站。
2.2 混凝土施工质量控制
2.2.1 浇筑
混凝土浇筑施工是混凝土质量控制的关键环节，但谷竹沿线部分施工单位对现场施工的平常管理缺失，质量控制不严。以预制T梁为例，规范的浇筑工艺应当为：吊斗施工，双隔板双面梅花状布置（相邻间距不超过75cm）变频附着式振捣器，单隔板布料至马蹄斜面部位，单隔板启动附着式振捣器（高频），间断式多次数振捣（每次振捣5-10秒），以排气为主；继续布料至波纹管上方，启动附着式振捣器（高频），间断式多次数振捣（每次振捣5-10秒），辅以人工插入振捣棒振捣；最后布料至单一隔板顶面，以人工振捣为主，附着式振捣为辅。依次进行下一个隔板的施工，向梁体另一端斜向推动。期间，拆卸附着式振捣器时，应把握好施工的连续性，进行整体向前移动安装，保证进行任一隔板施工时，下一隔板的附着式振捣器安装检查完毕。
但在现场调查时发现，施工单位在首片T梁的浇筑过程中，由于项目部领导高度重视，各环节管理到位，施工人员的操作比较认真。但在随后批量制作T梁的施工过程中，浇筑操作往往是简朴、粗糙的。
存在的问题重要有：单隔板双面直线布置高频附着式振捣器，单隔板一次布料至马蹄上方波纹管以上部位，一次性连续启动附着式振捣器（个别施工人员连续振捣时间长达2min以上），以布料为主，个别施工人员3、4次布料就浇筑至单隔板顶面，少用或基本不辅以人工插入振捣棒振捣。为快捷施工，个别施工人员擅自向混凝土罐内加水，盲目扩大混凝土坍落度。如此简朴、粗糙的施工工艺导致了混凝土严重的质量缺陷：梁体内骨料下沉导致腹板、牛腿等部位混凝土强度低；入模坍落度大，混凝土泌水导致T梁表面形成水纹、水线；排气不畅导致马蹄斜面和腹板表面气孔密布；过振导致混凝土离析、泛浆导致T梁回弹强度低，外观质量差。
2.2.2 养护
养护是保证混凝土制品质量的最后一道关键工序，如有疏忽，往往前功尽弃。合理的养生方法不仅能保证混凝土构件实体质量，亦能有效的防止混凝土初期碳化，提高钢筋混凝土结构的耐久性。混凝土浇筑完毕拆模后，由于水化放热使内部温度仍较高，假如不及时补水覆盖或密封保水养生，极易导致混凝土内部游离水由内至外“迁徙”，在表面形成毛细通道、增长混凝土表面孔隙率，加速了混凝土的碳化。另一方面使混凝土表面料浆层过早失水，终止水泥石水化，导致混凝土表面层“变酥”而削减混凝土回弹强度值。
谷竹沿线多数施工单位能重视混凝土养护工作。如GZTJ15：工作组现场调查时，梁场正下着零星小雨，施工人员对刚拆模的T梁翼缘板下方和腹板进行喷雾养护；如GZTJ18施工人员对刚拆模的T梁及时进行贴膜保湿养护。
但是在调查过程发现，部分施工单位强调缺水等因素喷水养护装置没正常连续使用，仍采用人工浇水干湿交替循环养生，T梁顶面也未进行覆盖。

3 综合建议
通过对谷竹高速公路建设工程混凝土质量现状的调查、总结 、分析，工作组提出加强混凝土质量管理工作的建议如下：
3.1 加强对混凝土原材料质量的控制
1) 加大原材料自检和抽检力度。每批进场的不同原材料都必须进行检测，未检或检查不合格的原材料不得用于混凝土中。混凝土用碎石应为连续级配碎石，必须按规定进行分级。
2) 加强对拌合站料场的管理，粗、细骨料必须按来源、规格分堆贮存，并设隔离墙和标记牌；不同或同一种细度模数相差超过0.3的细集料应分别堆放，设立隔离墙及标记牌，不得混料、窜料。严格控制粗、细骨料的超粒径现象。
3) 重视砂的含石率，现阶段每批砂进场时必须进行检测，根据检测结果调整砂石用量，保证混凝土施工配合比的实际砂率的真实有效性。
4) 应与水泥厂家做好沟通，采用有效措施保证实际进场的水泥和采购规定的一致。并避免使用刚出厂（出磨）的“热水泥”。
5) 加强对每批进场的外加剂检测和结果记录，必须先检测后使用。公司必须自行检测外加剂的减水率及与所用水泥的适应性。方法如下：
a. 减水率：采用工地水泥，按JG/T223-2023方法，Ⅰ级品的减水率不低于25%，Ⅱ级品的的减水率不低于18%，
b. 混凝土试拌：按实际施工配合比，进行混凝土试拌，实验检测拌合物的坍落度、扩展度、容重和坍落度、扩展度经时损失以及硬化混凝土的7d、28d抗压强度，并观测混凝土的粘聚性、泌水性。特别注意测得的混凝土的容重是否正常，一旦容重偏低，说明减水剂的含气量过高，将极大减少混凝土的强度。
当减水率不合格时，严禁使用；当混凝土试拌出现问题，应查明因素。假如是外加剂的因素，应停止使用。
3.2对各标号混凝土配合比进行优化和调整
对各标段已申报和拟申报的配合比进行搜集整理，结果如下：
1) C25：共搜集整理配合比97组，其中重要的问题是单方混凝土用水量过大、水胶比过大、水泥用量局限性等。考虑到对混凝土拌合物和易性、实体强度富余、外观质量等方面的影响，部分派合比仍有进一步优化的空间，少数配合比需要重新设计。
2) C30: 共搜集整理配合比127组，其中重要的问题是单方混凝土用水量过大、水胶比过大、水泥用量局限性，或应当掺入外加剂的配合比未掺入外加剂等。考虑到对混凝土拌合物和易性、实体强度富余、外观质量等方面的影响，部分派合比有进一步优化的空间，少数配合比需要重新设计。
3）C40：共搜集整理配合比6组，重要存在水泥型号选择不科学，对施工条件和使用部位考虑不到位等问题，部分派合比仍有进一步优化的空间。
4）C50：共搜集整理配合比34组，其中重要存在的问题是单方混凝土水泥用量过大，采用P.O52.5水泥配制的配合比数量较多等。考虑到对经济性、混凝土耐久性、管理的便易性等方面的影响，部分派合比仍有进一步优化的空间。
3.3加强对拌合厂的生产管理
1) 定期对搅拌设备的电力、动力及计量系统进行检查和检修，计量设备每月至少用砝码校检一次，必要时应采用实物校验复核。。
2) 平日应采用施工所用原材料对实验室配合比进行复盘，提前掌握水泥与外加剂的适应性、砂石材料级配与含泥量变化等因素对混凝土工作性的影响，一旦水泥与外加剂的适应性不良或天气等因素满足不了混凝土的坍落度、粘聚性等工作性规定，可先对混凝土配合比进行合理微调，微调后还不能满足规定，应查明因素，或规定外加剂厂家采用措施对外加剂进行调整，直至合格，否则不能进行混凝土拌合。同时，砂、石材料级配的变化也会影响施工配合比与实验室配合比的一致性，工作性不良时，应针对混凝土的拌合物状态适当调整砂率。
3) 每次拌合混凝土前，测量集料的含水量，并在用水量中予以扣除，提出供实际使用的施工配合比。施工过程中应连续监测集料含水率的变化，并依据测试结果及时调整用水量和集料用量。
4) 实验室应定点指派专业技术人员到拌和站值班，加强对混凝土拌合物质量控制和监测，对拌合物的坍落度、扩展度、粘聚性、保水性、均匀性等进行全程监控，根据具体情况，科学地对施工配合比进行调整。
5) 加强拌合站与浇筑现场技术人员的沟通，发现问题及时调整。
6) 加强对拌合楼操作人员的教育，杜绝随意配料，特别是大幅度增减用水量的情况出现，保证施工配合比的科学性和真实性。
3.4 加强对梁场的生产管理
1) 预制T梁混凝土的入模塌落度宜控制在100-120mm范围内，不宜过大，以免振捣后离析、泌水。
2) 混凝土浇筑应间隔布料，分层浇筑。第一层应浇筑至底部马蹄形中部，启动附着式振动器振动后再进行上部混凝土浇筑。上部混凝土的浇筑分层厚度不应大于40cm。
3) 附着式振动器应勤振、短振。一般以混凝土表面平坦泛浆、无明显气泡排出时为准，应设专人指挥附着式振动器的启动与关闭。
4) 采用3台插入式振捣棒辅助振捣，每一振点的振捣连续时间，应以混凝土表面不再沉落、无气泡逸出，表面基本液化泛出灰浆、表面平坦为度，一般为20~30s，防止过振发生离析，漏振不密实。插入式振捣变换插点时，应做到“快插慢拔” ，不得将振捣棒放在拌和物内平拖，不得用振捣棒驱赶混凝土。
5) 建议T梁混凝土施工时避开高温时段和雨天，混凝土浇筑前应注意模板的温度，必要时可对模板外侧喷水降温。
6) 脱模剂的施工可采用喷涂或刷涂，涂层应薄而均匀，大面、小面及阴角均无漏刷。经雨淋、水浇或脱模剂失效后应重新涂刷一遍。
7）模板板面之间应平整，接缝应严密，外露面美观，线条流畅，规格尺寸应准确，满足混凝土工程的几何尺寸的精度规定。应对模板进行封闭解决，保证模板的拼接严密，不漏浆。
8) 模板拆除要小心谨慎，混凝土强度能满足其自重规定期方可拆除，必须保证混凝土表面、棱角和结构不因模板拆除而损坏。
8) 对脱模后的梁体及时覆盖土工布，架设喷淋设施进行养护，保证养护时间不低于7d，保证养护及时、到位。
建议重点对GZTJ 3等协议段进行整改，其混凝土生产严重失控，无计量控制可言。现场观测，发现其不仅仅是计量不准确，更为严重的是存在故意少用水泥的原则问题。项目部、实验室管理、监控亦不到位，实验室的检测和工程实际质量缺少一致性，亟待整改。

附录一：谷竹沿线混凝土施工与质量现状调查分各标段具体情况
附录二：谷竹沿线混凝土配合比设计分各标段具体情况及评价