大气二氧化碳腐蚀环境下混凝土对钢筋的保护亟待加强
——兼论混凝土阴阳配合比配合比的根源、后果、性质<?xml:namespace prefix="o">
一.影响混凝土对钢筋保护作用的关键因素
1.钢筋混凝土保护层的厚度
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2.保护层混凝土的碱度
建立并维持保护层混凝土较高碱度的碱性环境对保障钢筋表面钝化膜的稳定与完整具有十分重要的意义。
要建立保护层混凝土较高的碱度的碱性环境,需要单方混凝土硅酸盐水泥孰料用量达到一定的水平之上。中国工程院土木水利与建筑学部工程结构安全性与耐久性研究咨询项目组在《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中,建议单方混凝土水泥孰料用量不低于
要维持保护层混凝土较高碱度的碱性环境,需要保证保护层混凝土密实度高,抗渗透能力强,抗裂性好。
3.保护层混凝土的密实度与抗水、气渗透能力
要隔绝外部环境因素对钢筋的影响,钢筋的保护层混凝土必须具备一定的密实度。既使拥有再厚的保护层,如果保护层混凝土本身不密实,也是无法为钢筋提供有效保护的。
4. 保护层混凝土的抗裂性能
贯穿保护层混凝土的裂缝可成为腐蚀性介质源源不断抵达钢筋表面的通道。因此,只有拥有良好抗裂性能的混凝土才能为钢筋提供有效的保护。
二.钢筋的混凝土保护层厚度不足以为钢筋提供有效的保护
《混凝土结构设计规范GB50010—2010》与《混凝土结构工程质量验收规范GB50204—2002》关于钢筋保护层的规定不协调。《混凝土结构设计规范GB50010—2010》在没有充分考虑必要的施工偏差对保护层有效厚度的影响的情况下,规定的钢筋的混凝土保护层厚度设计值明显低于国际知名规范的规定。《混凝土结构工程质量验收规范GB50204—2002》附录E又规定了较大的施工检验允许负偏差。在设计和施工均符合规范规定的理想条件下,能保证的钢筋的混凝土保护层有效厚度仅仅7~9mm。实际施工过程中这样的理想状态是得不到保障的。
C30普通混凝土梁柱构件钢筋保护层厚度设计值/施工检验许可值比较
项 目 | 混凝土结构 设计规范 GB50010—2010 | 权威组织 建 议 | 权威学者 建 议 | 美 国 混凝土规范 ACI318—05 | 欧洲混凝土 结构设计规范 EN |
单 位 | mm | mm | mm | mm | mm |
设计规范 允许最小值 | 20 | 40 | 35 | ||
施工允许 最大负偏差 | -11 | -6 | -10 | ||
施工检验 允许最小值 | 9 | 25 | 20 | 34 | 25 |
备 注 | 钢筋直径大于 须刮平抹面构件。 | 暴露等级XC2 基本结构类别S4 | |||
干燥地区室内环境 | |||||
权威组织:指中国工程院土木水利与建筑学部工程结构安全性与耐久性研究咨询项目组。建议值见《混凝土结构耐久性设计与施工指南》。 权威学者:指西安建筑科技大学徐善华、牛荻涛等人。建议值见《大气环境条件下混凝土最小保护层厚度研究》。 中国施工允许最大负偏差见《混凝土结构工程质量验收规范GB50204》附录E |
C30普通混凝土板墙构件钢筋保护层厚度设计值/施工检验许可值比较
项 目 | 混凝土结构 设计规范 GB50010—2010 | 权威组织 建 议 | 权威学者 建 议 | 美 国 混凝土规范 ACI318—05 | 欧洲混凝土 结构设计规范 EN |
单 位 | mm | mm | mm | mm | mm |
设计规范 允许最小值 | 15 | 20 | 35 | ||
施工允许 最大负偏差 | -8 | -6 | -10 | ||
施工检验 允许最小值 | 7 | 15 | 20 | 14 | 25 |
备 注 | 钢筋直径大于 须刮平抹面构件。 | 暴露等级XC2 基本结构类别S4 | |||
干燥地区室内环境 |
三.阴阳配合比导致单方混凝土硅酸盐水泥孰料实际用量不足,难以在保护层混凝土中建立与维持能确保钢筋钝化膜稳定与完整的碱性环境。
当前由于阴阳配合比盛行,单方混凝土实际硅酸盐水泥用量普遍远低于有关标准规范的规定和施工图设计文件的要求。以常用的C30泵送混凝土为例,根据本人在全国范围内的调研,单方混凝土普通硅酸盐水泥用量一般在170~220kg。
什么是“阴阳”配合比呢?
“阳”配合比是指混凝土搅拌站出具给施工单位的对外明示的混凝土配合比,一般水泥品质好,用量大。
“阴”配合比是指混凝土搅拌站实际生产使用的秘不示人的混凝土配合比,一般水泥品质差,用量少。
由于国内普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥孰料用量一般达不到标准规定的含量(不少于75%),单方混凝土硅酸盐水泥孰料用量一般在120~160kg。远低于《混凝土结构耐久性设计与施工指南》单方混凝土水泥孰料用量不低于
实地调研获得的全国各地搅拌站实际生产配合比单方混凝土硅酸盐水泥孰料含量(kg/m3)
强度 等级 | 稠度 mm | 水 泥 | 矿粉 | 粉煤灰 | 石粉 | 水 | 硅酸盐水泥 孰料含量 | 产地 | |
品种 | 数量 | ||||||||
C30普通 | 100±20 | P·Ⅱ42.5R | 145 | 55 | 110 | 250 | 156 | 130 | 广东 知名地产 集团 |
C40普通 | 100±20 | P·Ⅱ42.5R | 185 | 70 | 110 | 180 | 155 | 166 | |
C30泵送 | 160±20 | P·Ⅱ42.5R | 160 | 60 | 110 | 250 | 169 | 144 | |
C40泵送 | 160±20 | P·Ⅱ42.5R | 215 | 70 | 110 | 200 | 163 | 193 | |
C30泵送 | 180±30 | P·O42.5R | 215 | 110 | 0 | 0 | 175 | 161 | 徐州 |
C40泵送 | 180±30 | P·O42.5R | 300 | 90 | 70 | 0 | 170 | 225 | |
C30泵送 | 180±30 | P·O42.5R | 210 | 73 | 81 | 0 | 175 | 158 | 大连 |
C35泵送 | 180±30 | P·O42.5R | 260 | 70 | 80 | 0 | 170 | 195 | |
C30泵送 | 180±30 | P·O42.5R | 180 | 50 | 110 | 0 | 135 | 武汉 | |
C35泵送 | 180±30 | P·O42.5R | 200 | 50 | 70 | 0 | 150 | ||
C40泵送 | 180±30 | P·O42.5R | 250 | 60 | 80 | 0 | 188 | ||
中国工程院土木水利与建筑学部工程结构安全性与耐久性研究咨询项目组在《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中的建议 | ≥240 |
标准规范规定的水泥品种与用量(kg/m3)
工程部位 | 规 范 要 求 | |||
规范名称 | 品 种 | 水泥用量 | 硅酸盐水泥孰料 | |
地下工程 防 水 砼 | 地下工程防水技术规范 GB50108—2008 | 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 | 不宜小于260 | ≥195 |
地 下 防空工程 | 人民防空工程施工及验收规范 GB50134—2004 | 不宜小于300 | ≥225 | |
地上部分 | 混凝土结构耐久性 设计与施工指南 | 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 | ≥240 | |
基础筏板 大体积砼 | 大体积混凝土施工规范 GB50496—2009 | 符合GB200要求的中低热硅酸盐水泥 | ||
C30 混凝土实际生产水泥与孰料用量 | 170~220 | 120~160 | ||
大体积混凝土实际生产用水泥品种 | 普通硅酸盐水泥 |
四.养护制度与配合比不匹配,养护不良导致保护层混凝土密实度变差,难以为钢筋提供保护。
要缩短养护时间,就不能使用低成本大掺合料混凝土;要使用低成本大掺合料混凝土,就必须延长养护时间。
面对激烈的竞争压力,当前比较普遍的情况是既使用低成本大掺量矿物掺合料混凝土,但又难以保证必要的养护。片面追求施工进度,早拆模成为常态。由于过早拆模、养护不良等原因,混凝土表层过快失水,形成利于腐蚀介质快速渗透的连通的毛细孔结构。劣化的保护层混凝土难以抵御空气中二氧化碳和水蒸气联合作用形成的碳化腐蚀,一个月龄期混凝土碳化深度一般在4~6mm,严重者达10mm以上。而正常情况下,2年龄期混凝土碳化深度应不超过1mm。
《混凝土结构耐久性设计规范GB50476—2008》规定的养护条件与实际施工养护比较
结构暴露 环境类别 | 标准规范的规定 | 实际施工 养护状况 | |
混凝土类型 | 养护制度 | ||
室内干燥 环 境 | 一般混凝土 | 至少养护1天 | 板墙拆模后基本不养护 |
大掺量矿物掺合料混凝土 | 至少养护3天 | ||
干湿交替 环 境 | 一般混凝土 | 至少养护3天 | |
大掺量矿物掺合料混凝土 | 至少养护7天 | ||
备 注 | 养护要求:浇筑后立即覆盖并加湿养护——“随浇,随捣,随覆盖”。 |
五.水泥生产片面追求高细度、大早强,混凝土抗裂性能因此变差,难以为钢筋提供有效保护。
有关研究表明,要保证混凝土具备良好的抗裂性能,水泥的比表面积最好不高于
一方面,水泥生产企业为了追求高早强,不断提高水泥细度。
另一方面,为了超标加入更多矿物混合材以降低成本,也要尽可能增加细度以保证强度。
因此,水泥生产与销售中也一样存在着严重的阴阳配合比问题。市售量产普通硅酸盐水泥组分中的硅酸盐水泥孰料含量远低于质量证明文件明示的含量。连国家标准《通用硅酸盐水泥》规定的普通硅酸盐水泥中孰料和石膏含量不得低于80%的规定都难以达到。
现在国内水泥比表面积大多在
六.混凝土阴阳配合比的根源
1.建设行政主管部门和工程质量监督站监管不到位,作为工程质量责任主体之一的设计单位(审图机构)质量责任不落实,质量行为不规范。
设计单位普遍未按《建筑法》 第五十六条“设计文件选用的建筑材料、建筑构配件和设备,应当注明其规格、型号、性能等技术指标,其质量要求必须符合国家规定的标准。”的规定,在设计文件中明确规定预拌混凝土产品的以下性能技术指标:
——冰冻线以上地下防水混凝土抗冻融性能;
——大气二氧化碳腐蚀环境中混凝土抗碳化性能;
——大体积混凝土绝热温升限值;
——处于受除冰盐影响环境(临近道路的结构)、受除冰盐作用环境(停车库)、海风环境、海岸环境的结构混凝土抗氯离子性能;
——酸雨环境和大气污染环境(停车库)混凝土抗化学腐蚀性能。
2.建设行政主管部门和工程质量监督站监管不到位,作为工程质量责任主体之一的施工单位质量责任不落实,质量行为不规范。
施工单位普遍未按《建筑法》第五十八条“建筑施工企业必须按照工程设计图纸和施工技术标准施工,不得偷工减料。”的规定,制定作为招标采购技术依据的结构混凝土性能技术要求。
施工单位普遍未按《建设工程质量管理条例》第二十九条“施工单位必须按照工程设计要求、施工技术标准和合同约定,对建筑材料、建筑构配件、设备和商品混凝土进行检验,检验应当有书面记录和专人签字;未经检验或者检验不合格的,不得使用。”的规定,对混凝土强度之外的性能技术指标进行检验。
3.建设行政主管部门和工程质量监督站监管不到位,作为工程质量责任主体之一的监理单位质量责任不落实,质量行为不规范。
监理单位普遍未依法要求施工单位严格按照《建筑法》第五十八条“建筑施工企业必须按照工程设计图纸和施工技术标准施工,不得偷工减料。”的规定,制定作为招标采购技术依据的结构混凝土性能技术要求,并检查确认符合要求。
监理单位普遍未依法要求施工单位严格按照《建设工程质量管理条例》第二十九条“施工单位必须按照工程设计要求、施工技术标准和合同约定,对建筑材料、建筑构配件、设备和商品混凝土进行检验,检验应当有书面记录和专人签字;未经检验或者检验不合格的,不得使用。”的规定,对混凝土强度之外的性能技术指标进行检验,并确认符合要求。
4.“劣币驱逐良币”的恶劣市场环境因建设行政主管部门和工程质量监督站长期行政不作为而形成并不断强化,预拌混凝土生产企业和其他责任主体为激烈的无规则无底线恶性竞争所驱使,为了生存不得不采用阴阳配合比进行偷工减料。
七.混凝土阴阳配合比的严重危害
1.施工和监理单位对混凝土结构工程的质量控制基于虚假不实的质量证明文件。
2.工程质量监督机构监督执法人员对混凝土结构工程质量的监督基于虚假不实的质量证明文件。
3.混凝土结构工程质验收基于虚假不实的质量证明文件。
4.混凝土结构耐久性能不能满足确保主体结构在设计基准期内安全的要求。
5.混凝土结构寿命难以达到设计规定,不得不进行的大拆大建,造成大量不可再生资源的严重浪费。拆除重建产生的难以处理的大量建筑垃圾必然成为严重的环境问题和财政问题。因此、产生的资源、环境、财政问题严重威胁可持续发展。
八.“阴阳”配合比的性质
1.搅拌站采用阴阳配合比组织预拌混凝土生产,属于违反《中华人民共和国建筑法》 第五十八条 “建筑施工企业必须按照工程设计图纸和施工技术标准施工,不得偷工减料。”规定的偷工减料违法行为。
按照《中华人民共和国建筑法》 第七十四条和《建设工程质量管理条例》第六十四条的规定,应“责令改正,处工程合同价款百分之二以上百分之四以下的罚款。”
2.搅拌站采用阴阳配合比组织预拌混凝土生产,属于违反《中华人民共和国产品质量法》第二十六条规定的违法行为。
按照《中华人民共和国产品质量法》第五十条的规定的,以次充好,或者以不合格产品冒充合格产品的违法犯罪行为,依法应当“责令停止生产、销售,没收违法生产、销售的产品,并处违法生产、销售产品货值金额百分之五十以上三倍以下的罚款。”
3.搅拌站采用阴阳配合比组织预拌混凝土生产,属于违反《中华人民共和国刑法》第一百四十条规定的以次充好或者以不合格产品冒充合格产品的违法犯罪行为。
对于销售金额二百万元以上的(搅拌站一般均能满足),依法应当处十五年有期徒刑或者无期徒刑,并处销售金额百分之五十以上二倍以下罚金或者没收财产。
九.加强混凝土对钢筋保护关键举措讨论
1.禁止阴阳配合比,切实保障混凝土质量。
具备良好密实性、抗裂性、较高的碱度的混凝土是保护钢筋不锈蚀的基础。不谈保护层混凝土的质量,单纯讨论保护层混凝土的厚度是没有任何意义的。
即使拥有再厚的保护层混凝土,如果混凝土质量本人孔结构不良,抗渗透能力较差,不能隔绝外界侵蚀性介质到达钢筋表面,也不能对钢筋提供有效防护。
即使拥有再厚的保护层混凝土,如果混凝土碱度不足以维持钢筋钝化膜的稳定域完整,也不能对钢筋提供有效防护。
2.提高施工检验允许的最低钢筋混凝土保护层厚度,保证钢筋保护层必须的有效厚度具有十分重要的意义。
《混凝土结构设计规范GB50010》应在考虑实际施工偏差情况下,参照美国混凝土规范ACI318—05的规定,适当提高钢筋保护层厚度设计值,以保证施工结束后最终钢筋保护层的有效厚度仍满足确保结构在全设计试用期内安全的要求。
当然,《混凝土结构设计规范GB50010》也可以强调其规定的钢筋保护层厚度不包含施工允许偏差,要求结构设计人员在编制施工图设计文件时应根据实际施工与质量管理控制水平,另行确定施工允许偏差,以规范规定值+施工允许最大负偏差作为钢筋保护层厚度的设计值。
示例:
《混凝土结构设计规范GB50010》规定的梁柱混凝土构件钢筋保护层厚度20mm。
施工允许最大负偏差-10mm。
施工图设计文件规定的钢筋保护层厚度 ≥20+10=30mm
3.养护制度与混凝土品种匹配,确保保护层混凝土质量。
由于钢筋保护层混凝土处于混凝土结构体的最表层,其水泥水化、孔结构形成、强度增长受养护和其他外界因素的影响比混凝土结构体内部大得多,极易因养护不良而得不到质量良好的保护层混凝土质量。早龄期混凝土碳化深度明显是保护层混凝土质量劣化的重要标志。
十.结论
1.按现行标准规范设计、施工、检验验收的混凝土结构,其有效钢筋保护层厚度不足以保证结构在全设计使用期的安全。
2.用普遍经阴阳配合比偷工减料的预拌混凝土施工的混凝土结构,其钢筋保护层混凝土质量不足以保证结构在全设计使用期的安全。
3.大气二氧化碳腐蚀环境下混凝土对钢筋的保护亟待加强。
内蒙古 呼伦贝尔 | 建筑材料
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