从混凝土技术的角度看,目前重庆市混凝土工程施工质量问题集中体现在以下几个方面:环境因素对混凝土施工质量的影响问题由于混凝土工程质量的形成起源于胶结材的水化、硬化和结构形成,这一过程除受原材料组成、结构和性能的影响外,还受环境因素特别是环境温度、湿度、空气流动速度等的影响,在许多场合,这些影响对混凝土工程质量至关重要。但是,环境因素受自然条件的影响,具有地区性、多变性特征,是混凝土施工质量控制的难点和重点。而目前,国内有关环境因素对混凝土性能的影响研究极少,施工过程主要按现行国家标准和规范进行,而国家标准和规范作为质量控制的最低要求,不可能函盖国内各地区特定自然环境对工程质量影响的具体细节条款;由于相关基础研究少,重庆市现有标准、规范也未能就环境因素对混凝土工程施工质量的影响问题作出具体规定。工程建设中,有关环境因素对混凝土工程施工质量影响的控制以经验为主。现实情况是,重庆冬冷夏热、冬夏温差大、长年平均湿度大,自然气候条件典型。正是由于这一特定条件,使相同材料、相同配合比条件下生产的混凝土在不同季节、不同温湿度和气流条件下,具有很大质量差异。根据相关试验,强度等级为C50的混凝土,在不同养护条件下28天龄期的抗压强度差可达21MPa,不仅如此,强度较低的混凝土,即使加强中、后期养护,其后期强度并不能达到设计要求,这种条件下,极易造成工程质量问题和质量事故[5]。因此,结合重庆市特定自然环境条件,加强基础研究,为相关技术规范的制订和修订提供技术支撑十分必要。
混凝土工程早期开裂问题混凝土结构的整体性、连续性不仅是结构具有足够承载力的基础,也是混凝土结构和构筑物具有足够耐久性的基础。因此,各国规范均根据混凝土结构的使用环境,规定了结构允许的最大裂缝宽度。引起混凝土结构开裂的原因很多,根据裂缝成因可将裂缝分为两大类———荷载裂缝和变形裂缝。据国内外统计,混凝土结构裂缝中的80%以上为变形裂缝。有关混凝土结构变形裂缝及防裂技术的研究由来以久,不仅因为裂缝影响结构的使用如挠度、抗渗性等,而且还因为裂缝影响结构的连续性,为使用环境中的侵蚀介质向混凝土基体渗透、迁移提供通道,进而严重影响混凝土结构的耐久性,最终大幅度降低建筑物的使用寿命[6,7]。诱发混凝土产生变形裂缝的因素很多,如干燥收缩、徐变收缩、早期塑性收缩和沉降收缩、自收缩等。其中,早期塑造性收缩、沉降收缩和自收缩影响因素复杂,尚没有统一的测试、评价方法,控制难度大,尤其对于目前推广应用的大流动性混凝土,早期开裂十分普遍,已引起中国工程院和广大工程技术人员的高度重视,成为当前混凝土科学和技术领域研究的热点和迫切需要解决的难点问题。比较而言,重庆市采用大流动性混凝土施工的建筑工程早期开裂问题更加突出。除共性技术问题外,重庆广泛使用特细砂作细集料,使单位体积混凝土胶结料总用量增加、水胶比较大,以及重庆夏季气温高,引起混凝土初期水分蒸发速率较大等是主要原因。虽然重庆市有长期研究和应用特细砂混凝土的基础,但研究主要集中在低塑性特细砂混凝土领域,对大流动性特细砂混凝土性能的研究极少,而目前大规模应用的主要是大流动性混凝土。正是由于相关技术研究不足,混凝土工程早期开裂成为重庆市混凝土工程施工质量控制的突出问题。推广应用大流动性混凝土是国内外混凝土技术的发展方向,也是国家建设部为提高施工现代水平和施工质量采取的重要措施,是混凝土技术进步的重要标志。然而,面对防不胜防的开裂问题,工程界对泵送施工混凝土技术的先进性产生了疑虑。如不加强环境因素对混凝土性能的影响研究,混凝土工程开裂问题仍将持续防而不力的现状,提高混凝土工程施工质量必将成为纸上谈兵。混凝土工程耐久性问题混凝土耐久性包括抗渗性、抗碳化性、钢筋锈蚀、化学侵蚀、碱集料反应等。混凝土具有足够的耐久性是保证混凝土工程达到设计使用寿命的基本要求,也是最大限度延长建筑工程有效使用寿命的需要,是节约资源、能源,维持国民经济持续发展的需要[3]。混凝土工程的耐久性破坏根源于环境介质对混凝土基体的化学作用。因此,混凝土工程的耐久性研究和控制取决于特定的资源和环境条件。从这一观点出发,提高重庆市混凝土工程耐久性需要重点研究以下两方面技术问题:酸雨浸蚀、硫酸盐侵蚀以及由其诱发的多因素混凝土耐久性破坏;以钙矾石为膨胀源的膨胀剂混凝土的耐久性。重庆是国内酸雨最严重的地区之一,近10年,酸雨PH值为4~6,并呈逐渐降低的趋势;此外,重庆地下水硫酸盐含量偏高,能在混凝土结构表面富集,极易诱发硫酸盐侵蚀破坏。这就是重庆地区特定的、对混凝土结构耐久性不利的自然环境。从资源的角度,重庆地区缺少天然中、粗砂,混凝土工程用砂主要来自长江和嘉陵江的特细砂,随着三峡工程建设的进行,重庆地区天然特细砂的细度将进一步降低,其含水量含泥量将不断提高,优质特细砂资源将逐渐枯竭。这是问题的一个方面。问题的另一个方面是,随着混凝土技术和施工现代化的发展,高强、超高强高性能混凝土的应用将日益增加,而特细砂主要适合配制强度等级低于C45的中、低强度混凝土。由此形成了生产应用与资源之间的矛盾。为解决这一问题,在建设主管部门的倡导和支持下,以石灰石为原料开发生产人工砂获得成功,较好地解决了生产高强混凝土的用砂问题。但与天然砂相比,人工砂化学成分为CaCO3,其耐酸性、抗硫酸性能低于以SiO2为主要成分的天然砂,采用耐久性和抗硫酸盐侵蚀性较低的人工砂对混凝土的耐酸性和抗硫酸盐侵蚀性影响如何,目前尚没有系统研究证实,令人担忧。这就是重庆市特定的资源条件。特定的资源和环境条件决定了重庆地区混凝土耐久性破坏的主要类型———酸雨浸蚀、硫酸盐侵蚀以及由此引发的多因素侵蚀。
目前,国内有关酸雨和硫酸盐对混凝土侵蚀的研究较少,针对重庆资源环境条件的研究未见报道,使该问题的研究成为提高重庆地区混凝土工程耐久性需要解决的主要矛盾之一。膨胀剂作为混凝土结构刚性防水的重要措施得到了国内外的认可。目前,以防渗为目标的膨胀剂的应用早已超越了其防渗应用范围,在许多场合如大体积混凝土、高强混凝土、超长结构混凝土中得到应用,重庆市膨胀剂的用量已超过1万吨/年。无可置疑,在许多场合,采用掺膨胀剂的技术措施在一定程度上解决了混凝土早期开裂的问题。所以对膨胀剂的应用产生激烈争议,主要原因包括三个方面:首先,从水化化学的角度,钙矾石的形成需要有较理想的潮湿环境,而潮湿环境条件的保持在许多场合难以实现,致使一些使用了膨胀剂的混凝土工程仍然出现了早期开裂。其次,从热力学角度,在碱性环境条件下,钙矾石稳定形成并存在的温度约720C,高于该温度后,钙矾石将不能形成,已形成的产物也将不能稳定存在,转化成其它不具有膨胀性的水化硫铝酸盐,在这种条件下,膨胀剂无法产生补偿收缩作用;当混凝土体系温度降低而具备形成钙矾石的条件时,系统中形成钙矾石的反应组分仍有可能在混凝土刚性结构中形成膨胀性钙矾石,产生膨胀。这一膨胀的作用相当于“水泥杆菌”,类似于碱集料反应,控制不当,可能对混凝土结构产生破坏作用,这是膨胀剂应用中倍受关注的技术问题之一。再者,从耐久性角度,长期研究证明,水泥石中形成的钙矾石抗碳化能力弱,含量高时,所得混凝土的抗碳化性能也将降低,而膨胀剂掺量一般在水泥用量的8%～12%,可以形成较多钙矾石,在这种条件下,混凝土的抗碳化性能自然受到怀疑。目前,我国是膨胀剂生产应用最多的国家,膨胀剂用量近25万吨/年,涉及的混凝土用量超过千万立方米。如何合理有效利用膨胀剂,对混凝土结构的耐久性十分必要[8]。目前,膨胀剂混凝土的长期性能和耐久性研究已成为国内混凝土科学界和工程界十分关注的问题,加强研究意义重大。新型混凝土开发研究轻质、高强、高性能是现代混凝土技术的必然发展方向。无论从建筑节能角度抑或从提高建筑结构的抗震性等性能的角度,大流动性轻集料混凝土必将是未来重要的建筑结构材料,在土木工程、道路、交通等领域有广泛应用前景[9]。从资源角度看,虽然重庆市没有天然轻集料资源,但重庆市页岩分布广泛,可以用于生产高强页岩陶粒,此外,煤矸石、粉煤灰等工业废渣也可用于生产优质轻集料。从生产基础看,重庆市现有页岩陶粒生产企业3家,另有两条生产线正在建设过程中,完全具备生产超轻陶粒和高强陶粒的生产条件。但是,重庆市轻集料结构混凝土研究、应用甚少,在国内处于相对落后地位,特别是在大流动性轻集料混凝土研究领域,重庆市基本处于空白状态。显然,这一现状与重庆市大规模工程建设实际需要相距甚远。改变这一状况首先需要从高强轻集料生产、大流动性轻集料混凝土配制及性能研究着手,加强技术基础及应用研究,为大流动性轻集料混凝土应用技术规程的制订以及指导该混凝土在工程中应用奠定扎实基础。加强混凝土工程维护管理问题加强混凝土工程施工质量控制与管理,最终目标在于确保混凝土工程质量并尽可能提高其有效使用寿命。为达此目的,加强使用中混凝土工程的维护管理也十分重要[10]。总体而言,我国仍处于大规模工程建设时期,有关建筑工程特别是重大工程的维护与管理的管理体系和管理机制还很不完善。主要表现在以下几方面:工程使用维护监督制度不健全;使用维护档案建设不完备;维护、加固专业队伍技术素质有待提高等。显然,这些问题的存在对于提高混凝土工程的有效使用寿命十分不利。
解决重庆市混凝土技术与工程面临的主要技术问题首先需要建设主管部门的领导和政策导向,通过宣传和技术培训,提高对混凝土材料多相性、复杂性和混凝土工程质量控制、管理的认识,并通过系统技术研究,进一步优化材料质量控制标准,完善混凝土工程施工技术规程,建立和完善混凝土工程维护管理的机制和制度,实现科学化、制度化、法制化管理。这一系统工程的完善需要有可靠的技术研究作支撑,否则,这一体系将缺乏可操作性而不能正常运转。为此,建议建设主管部门立专项重点研究上述问题。
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