对现行水工规范细骨料含水率和粗骨料超逊径问题的分析及建议

对现行水工规范细骨料含水率和粗骨料超逊径问题的分析及建议 【摘 要】现行水工规范对水工混凝土细骨料饱和面干含水率、粗骨料的超逊径质量以及试验方法给予了明确的。在实际应用中,这些规范存在着一些问题,本文对存在的问题进行分析并提出建议。 【关键词】水工混凝土;细骨料饱和面干含水率;超逊径;分析及建议 1. 约定 为了叙述的简便,约定如下: (1)现行《水工混凝土规范 DL/T 5144-2001》,简称《施工规范》。 (2)现行《水电水利基本建设工程单元工程质量等级标定标准 DL/T 5113.1-2005》,简称《质量评定标 准》 (3)现行《水工混凝土砂石骨料试验规程 DL/T 5151-2001》简称《试验规程》 (4)含水率、表面含水率等,均指饱和面干含水率。 2. 细骨料的含水率 2.1 规范规定。 《施工规范》第5.2.7明确,“人工砂饱和面干的含水率不宜超过6%”。 《质量评定标准》中,“表A.34 混凝土拌和质量评定表”和“表B3 混凝土拌和质量的检查项目和质量标准”均规定,“砂子饱和面干含水率?6%的频率”,不小于70%时,拌和质量评定为“合格”,不小于90%时,拌和质 量评定为“优良”。 2.2 问题分析。 显然,规范和标准均认为,混凝土细骨料的含水率相当重要,饱和面干含水率一般应当不大于6%,如果大 于6%的比例较高,例如大于30%时,《质量评定标准》甚至认为混凝土拌和物质量不合格。 如何理解混凝土细骨料含水率对混凝土性能产生什么样的影响,是正确解决上述问题的关键所在。 细骨料的含水率是否一定需要进行如此严格的限制,应当考虑两方面的问题: (1)普适性:即这一要求是否可以普遍适用于众多水电工程,也就是通常所说的是否具有广泛的可操作 性。 (2)必要性:即这一要求是否为工程质量控制所必须,如果不满足这一要求,是否会对混凝土的施工和质量 产生不良影响。 2.2.1 普适性的讨论。 目前,水电工程混凝土已经很少使用天然骨料,主要使用人工破碎骨料。近年我国大型水电工程大多集中于西南地区,地势狭窄,地貌陡峭,骨料生产系统难以布置,有的工程只得将骨料贮存仓布置于地下。例如四川二滩电站、云南小湾电站的大坝混凝土骨料生产系统,由于地形、地貌的限制,大坝混凝土骨料均贮存于典型 的地下深井式贮料仓内。 过去,水工混凝土施工相关规范规定细骨料中的石粉含量(小于0.16mm)为6%,12%,实际使用时,一般大约8%左右,微细颗粒(小于0.08mm)的含量一般约为3%,5%。现行《施工规范》规定,细骨料中石粉含量为6%,18%。实际使用时,一般大约为13%,15%左右,微细颗粒(小于0.08mm)的含量大约为6%,8% 左右。实践证明,对于水工混凝土而言,这样的石粉含量是很适合的。 水工混凝土人工骨料一般为湿法生产,即骨料在生产过程中,采用大量水对骨料进行冲洗。刚刚生产的成品砂,含水率大约为12%,15%%左右,过多的自由水需要脱除。新规范对石粉含量以及微细颗粒含量的大幅增加,造成了细骨料脱水难度的巨大变化。在石粉含量约为15%,微细颗粒含量约为8%的情况下,饱和面 干含水率达到约为6.3%,6.5%左右后,依靠重力进一步脱水是相当困难的。 小湾工程中,通过认真观察及检测,发现:处于地下深井式贮砂内的细骨料,脱水时间12,15天,细骨料含水率也只能降到大约6.3%,6.5%左右,此后基本稳定在这一状态。即自由水已经基本达到了稳定状态。 另一方面,现在的水电工程建设速度很快,混凝土月浇筑量很大,例如二滩电站和小湾电站,大坝混凝土施 工高峰期月浇筑量就超过20万方。这样,限于细骨料的生产能力,以及存放场地的限制,要求细骨料含水率不 大于6%的比例达到70%,是难以实现的。 四川二滩电站和云南小湾电站工程细骨料的含水率实测情况如表1所示。 2.2.2 必要性的讨论。 一般认为,之所以要求,“人工砂”的饱和面干含水率“不宜”大于6%,其原因在于:(1)一般情况下,自然状态下的细骨料,饱和面干含水率可稳定在2%,6%之间。如果大于6%,则细骨料表面的自由水,由于重力作用原因,易于发生迁移,造成细骨料的含水率不稳定,从而导致混凝土质量不稳定。(2)对于水工大体积混凝土,由于具有严格的出机口混凝土温度控制要求,需要加冰拌和,即用一定量的冰代替部分水拌和混凝土。如果细 骨料含水率过大,将不能掺入足够的冰。从而不能有效控制出机口混凝土温度。 2.2.2.1 含水率稳定问题。 含水率大于6%时,细骨料的含水率就不稳定,这种认识是不全面的。这一认识,主要是基于过去混凝土施 工的经验,以及过去细骨料的级配构成情况。 很明显,细骨料中的自由水是否易于发生迁移,不仅仅取决于其含水率,而且还取决于细骨料的级配情况, 尤其是微细颗粒含量的多少,将直接影响细骨料的脱水情况。 近年,水工混凝土相关规范对细骨料级配,尤其是小于0.16mm和小于0.08mm含量的巨大改变,以及大多数水电工程位于南方潮湿多雨地区,必然须要对细骨料的含水率作出相应的改变,不能再简单地延用6%的 规定。工程实践已经证明: (1)基于目前水工混凝土相关规范对细骨料级配情况的改变,以及实际使用的细骨料级配情况,即便饱和 面干含水率大于6%,甚至约为7%时,仍不会导致细骨料含水率的明显不稳定情况的发生。 (2)即便含水率超过6%,甚至为7%以上,只要石粉含量适当,细骨料含水率也是稳定的,从而同样可以保 证出机口混凝土的质量稳定。 例如二滩电站,大坝混凝土细骨料实际含水率平均值约为7.1%,地下洞室混凝土细骨料实际含水率平均值约为8.6%,但是其混凝土质量却是很优秀的。小湾电站混凝土的细骨料含水率也不满足规范要求,但是混凝土的质量很稳定,依据现行《施工规范》和《质量评定标准》,无论是出机口拌和物性能,还是硬化混凝土性能指标,均满足《施工规范》和《质量评定标准》的最高质量等级要求。(说明,《施工规范》的质量最高 等级标准为“优秀”,《质量评定标准》的最高质量等极标准为“优良”) 以上工程实际试验结果表明:在具体工程中,细骨料饱和面干含水率大于6%,甚至达到7%以上,对混凝土的质量控制而言,也是可以满足混凝土质量控制要求的,甚至仍然能生产出优质的混凝土,换言之,细骨料实 际含水率不大于6%的规定,并不是必须的。 2.2.2.2 混凝土温控问题。 。大体积混 水工大坝混凝土,一般要求拌和楼出机口混凝土温度约为10?左右,小湾电站甚至低到7? 凝土的温控问题,必然要求对出机口混凝土温度进行严格控制,最主要的为: (1)通过各种冷却措施,降低粗骨料的温度。 (2)采用低温冰片代替一部分水,进行混凝土拌和。 一般认为,细骨料含水率不大于6%的要求,另一个重要因素是如果含水率大于6%,则难以保证出机口混凝土的温度控制要求。水工大体积混凝土,多数为?级配骨料混凝土,单方用水量很低。对于大坝最为常用的?级配混凝土而言,单方用水量一般约为90Kg左右。如果细骨料含水率过高,则由于单方混凝土总用水量的 限制,可能导致加冰量不足,难以保证出机口混凝土温度。 对于出机口混凝土温度控制问题,应当注意到两个方面: (1)细骨料含水率的高低将会对加冰量产生直接的影响。 (2)细骨料本身的温度,也必然对混凝土加冰量产生重大影响。 工程实际中,细骨料是不能进行预先低温冷却的,主要原因为:细骨料颗粒之间空隙很小,低温空气无法透过细骨料,从而对细骨料进行风冷。所以,细骨料以及细骨料所含的水,温度均较高。由于工程所处地区的气候条件不同,自然气温相差很大,使得细骨料的温度相差明显。另外,细骨料的贮存方式、贮存地点不同,也会对细骨料的温度产生明显,甚至是重大的影响。例如,三峡电站的细骨料夏天的温度大约为28?左右,而小湾 电站大坝混凝土所用细骨料的温度,则由于细骨料处于地下深井内,常年为18?左右。 所以,考虑对加冰量影响的问题时,不但要考虑细骨料的含水率,同时还应当考虑细骨料的实际温度情况。对于水工大体积混凝土,?级配的混凝土,砂率约为25%左右,单方用水量约为90Kg,水胶比约为0.4,细骨料用量约为550Kg。片冰的温度约为-7?,冰的比热大约为骨料的4,5倍。这样便可以计算比较,细骨料 的含水率以及细骨料的温度对出机口混凝土温度的影响情况。 例如,在四川的二滩电站要求出机口温度一般为10?,小湾电站工程要求出机口混凝土温度一般为7?。细骨料的含水率均约为7%,甚至在施工高峰时期可达到9%左右,但是出机口混凝土温度均能够严格地 控制在要求范围之内。 综上所述,基于出机口混凝土温度控制的严格要求,应当综合考虑细骨料的含水率,以及细骨料本身的温 度问题。混凝土出机口温度的严格控制要求,并不意味着细骨料含水率不大于6%具有广泛的合理性(新规范规定的细骨料石粉含量已经大幅度升高,含水率却依然延用过去的习惯要求),更不意味着《质量评定标准》 要求不大于6%的百分率必须不小于70%的必要性。 2.2.3 对混凝土质量评定影响的讨论。 依照《质量评定标准》的规定,细骨料饱和面干含水率?6%的百分率?70%,是混凝土拌和质量合格的“必要条件”。拌和质量合格,又是混凝土最终合格的“必要条件”。如果细骨料饱和面干含水率不大于6%的比例不大于70%,则混凝土拌和物质量不合格,混凝土拌和物质量不合格,则又导致混凝土质量最终评定为不合 格。 《质量评定标准》中的“表A.34”,关于混凝土拌和质量评定表的主要部分如下。 同时,《质量评定标准》B.2.4.3规定:“混凝土拌和质量合格或优良,混凝土性能质量优良”,混凝土质量评为优良。“混凝土拌和质量合格或优良,混凝土性能质量合格”, 混凝土质量评为合格(说明:这里的“混凝土性能”实际是指“硬化混凝土性能”)。这样,如果细骨料的含水率不大于6%的频率不大于70%,则混凝土拌和质 量不合格,进而混凝土质量根本就不能评为“合格”。 如果,严格依照《质量评定标准》,则二滩电站混凝土,小湾电站大坝混凝土等著名工程的,公认质量极其 稳定和优良的混凝土,必将得出结论——混凝土不合格。 导致得出错误结论的原因是:《质量评定标准》将质量控制行为要求和质量本身混为一谈。因为混凝土拌和物的性能主要由其(1)和易性、(2)含气量、(3)温度等具体指标体现(水工混凝土“拌和物性能”通常指拌 和楼出机口新鲜混凝土的性能)。 很明显,“最少拌和时间”是工艺要求,“含水率”是拌和物质量稳定的保障措施要求之一,两者均属于质量控制的保障措施要求,而不是质量本身。况且,含水率即便大于6%的频率不大于70%,只要含水率稳定,也往 往能够拌和出质量稳定的混凝土。 2.3 建议。 细骨料饱和面干含水率?6%的规定,在水电工程中,其必要性不充分,也不具有广泛的可操作性。所以现行《施工规范》在对细骨料的石粉含量作出了重大变化的情况下,仍然延用老规范对含水率不宜超过6%规 定,是不恰当的。 另外,《施工规范》为:“不宜超过6%”。规范中使用了“不宜”二字。对“不宜”二字应当何解,规范本身未进 行解释。一般可理解为:表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样作的正面词采用“宜”或“可”,反面词采用“不宜”。如果依此理解,《施工规范》的规定似乎尚无可厚非。但是由于《施工规范》未对“不宜”进行解释,使得在实际工程中具体应用规范时,很难把握“稍有”的程度,造成不少人常常难以对“不宜”进行正确理解,容易将含水率的规定理解为“强制性要求”。例如《施工规范》的英文版本,就将“不宜超过6%”理解为“不得超过 6%”(英文表述为“the water content in saturation deficit of artificial sand shall not excess 6%”) 《质量评定标准》将含水率不小于6%的百分比要求作出了强行规定,并将其作为对细骨料质量、混凝 土质量评定的指标,显然是错误的。 有鉴于此,提出如下建议: (1)《施工规范》应当将细骨料饱和面干含水率适当放宽,因为《施工规范》规定的细骨料石粉含量已经 大幅度增加,继续延用过去的习惯,就明显不“与时俱进”。 (2)《施工规范》应当对规范中的常用词,诸如“应当”、“不宜”等,给予解释。 (3)《质量评定标准》应当分清质量控制行为、质量保证措施与质量本身的区别,不应当将诸如“拌和时 ”、“细骨料饱和面干含水率”等作为评定混凝土质量的指标。 间 3. 粗骨料超、逊径 3.1 规范规定。 《施工规范》5.2.8规定,粗骨料的超逊径含量:“以原孔筛检验,其控制标准:超径小于5%,逊径小于10%。 当以超、逊径筛检验时,其控制标准:超径为零,逊径小于2%”。 《质量评定标准》提出了相同的要求。 3.2 问题分析。 何谓“原孔筛”,即与骨料生产系统筛分骨料所用筛网具有相同筛孔的筛。 何谓“超逊、径筛”,依据《水工混凝土砂石骨料试验规程 DL/T 5151-2001》的规定,超径筛孔形状为“圆 孔”。筛孔规定如表5。 《施工规范》、《质量评定标准》和《试验规程》存在两个问题: (1)《施工规范》认为,超逊径试验,既可以采用“原孔筛”,也可以采用“超逊径筛”,而《试验规程》仅仅给 出了“超逊径筛”,导致两者不统一。 (2)两种筛孔得出的试验结果常常存在矛盾,无法评定骨料的超逊径试验结果。 在小湾水电站工程中,进行了大量的对比试验。对比试验方法为,对于同一样品,分别采用原孔筛和超逊径筛进行检测。实际上是采用与骨料公称粒径尺寸一致的“方孔筛”代替“原孔筛”进行试验,因为与骨料公称粒径尺寸一致的“方孔筛”与骨料生产系统的筛孔很接近,可以将其当作“原孔筛”使用。大量的对比试验结果表明,采用原孔筛与超逊径筛的检测结果相差很大。一般情况下,采用“原孔筛”的试验结果,其合格率明显高于“超逊 径筛”的试验结果。部分试验结果如表6所示。 众所周知,骨料超逊径试验检测的目的,主要有二: (1)对使用者而言,合适的超逊径含量,可以减小骨料在运输过程中的分离,同时能够较好地控制混凝土中 的骨料实际级配组成。同时控制骨料尺寸与混凝土泵送管径及结构钢筋布设的尺寸相适应。 (2)对于生产者而言,通过检测超逊径情况,查知骨料生产系统的工艺及质量控制情况,从而采取有效的质 量控制措施,以确保产品质量。 骨料粒级的分级直接决定于生产系统的筛网,所以从理论上讲,只有采用真正的“原孔筛”才最能反映骨料的生产工艺以及质量控制情况,骨料生产者能够依据试验结果及时调整生产系统的生产工艺。如果采用“超逊径筛”,则由于筛孔与生产系统的实际筛孔相差很大,骨料生产者难以依据其检测结果对生产系统和生产工 艺进行及时调整。 目前,我国水电工程骨料生产系统的筛网为“方孔筛” (在等效面积上的孔数多,透筛率高)。应当采用与骨 料公称粒径尺寸一致的“方孔筛”作为超逊径的试验用筛,其理由如下: (1)由于生产工艺和质量控制的需要,骨料生产系统的实际筛孔尺寸与骨料的公称尺寸略有差别,虽然按照“公称粒径尺寸”分级的“方孔筛”并不是真正的“原孔筛”,但是两者很接近。可以将符合公称粒径尺寸要求的 筛网“看做”原孔筛。 (2)符合骨料公称粒径尺寸的“方孔筛”的筛孔与水工混凝土骨料的公称粒径分级及生产系统的筛孔分级是相互一致的,“超逊径筛”则不一致。所以采用“方孔筛”,既符合混凝土骨料公称粒径的分级标准要求,又符合 骨料生产系统的生产工艺和质量控制要求。 (3)符合骨料公称粒径尺寸的“方孔筛”与骨料生产系统的筛孔很接近,骨料生产者可以依据“方孔筛”对超 逊径的检测结果,及时调整生产系统以及生产工艺。 (4)目前,水电工程中,大多使用“方孔筛”进行骨料超逊径试验。 (5)实践证明,只要“方孔筛”对超逊径的试验结果符合要求,骨料搬运过程中就不易发生分离,混凝土拌和 物中的骨料级配组成情况完全是可以得到良好控制的。 (6)另外,在用超逊径筛试验中规定“超径为零”。即无论检测样本多大,只要有一块超径石,结果就不能“为 3零”——这种规定过于绝对化,即使在数万m的骨料仓内,因偶然原因出现了一块不合格的超径骨料,就可判定整个贮料仓内的骨料超径指标不合格。在工程实际中,大规模骨料生产系统,偶然出现几块大于“超逊径筛” 超径筛孔的骨料势所难免。如果缺乏相对条件的判定数据,既不现实又不科学。 3.3 建议。 《施工规范》及其相关试验规程,对粗骨料的超逊径标准和试验方法进行了规定,但对同一样品的粗骨料,采用“原孔筛”和“超逊径筛”检测,其得出的质量评定结果往往矛盾,致使无从评定超逊径试验结果是否合格。 “原孔筛”不但能够满足骨料超逊径质量的控制要求,同时还能够正确反映骨料生产系统的工艺及质量控 制情况,所以“原孔筛”更具有合理性和适用性。 骨料分级的“公称粒径”与生产系统的“原孔筛”虽然不真正相同,但是很接近,可以将符合骨料公称粒径尺 寸的“方孔筛”当作“原孔筛”。 综上所述,建议以符合骨料分级“公称粒径”尺寸要求的“方孔筛”作为超逊径检测的标准筛。以“方孔筛”的 检测结果,以及《施工规范》中相应的超逊径允许值,作为评定超逊径是否合格的依据。 参考文献 [1] 《水工混凝土施工规范 DL/T 5144-2001》 [2] 《Specifications for Hydraulic Concrete ConstructionDL/T 5144-2001》(水工混凝土施工规范英文 版本) [3] 《水工混凝土砂石骨料试验规程 DL/T 5151-2001》 [4] 《水电水利基本建设工程单元工程质量等级评定标准 DL/T 5113.1-2005》 [作者简介]罗毅(1963- ),男,高级工程师、律师,云南华能澜沧江公司小湾建管局质量安全部,从事过水电 工程施工、监理、业主质量管理等多种工作。