安哥拉地区配制高强度混凝土的原材选择
与施工质量控制
□北京建工国际建设有限责任公司 程寅雪
伴随着我国企业“走出去”发展战略的实施，已经有越来越多的建筑企业走出国门，投入到国际工程的竞争中去。安哥拉位于非洲西部，濒临大西洋，自2002年停止内战后，百废待兴，在国家战后重建委员会的领导下，经过10余年的建设，该国经济得到了较快的恢复和发展，人民生活水平有了显著的提高，基本建设也得到了迅猛发展，众多高层建筑拔地而起。近年来，安哥拉政府在首都罗安达启动了一系列惠民工程，积极开展旧城改造工作，开发经济适用房，兴建高层住宅楼，罗安达近郊KILAMBA和ZANGO地区已陆续建成了两大住宅区。北京建工国际公司先后承建了32栋9－12层的住宅楼，承建了桑比桑戈一号商住楼、LWini总统夫人基金会工程等。
在一个个高层建筑陆续兴建的同时，设计者对混凝土强度和耐久性的要求也越来越高，某些高层建筑物已开始使用C50甚至更高强度的混凝土。高强度混凝土在我国已普遍推广使用，但在安哥拉还相对落后，国家建材市场缺少必要的管理，出售的砂、石等原材质量良莠不齐，当地产的水泥强度不稳定，加之施工企业管理不善，不按照规范施工等，使得当地配制并使用高强度混凝土存在很大的困难。
配制并使用高强混凝土是我国建筑企业在境外尤其是在欠发达地区承包施工必须要面对和攻克的一道课题。笔者以安哥拉施工工程为背景，结合当地的实际情况，就当地出产的水泥、砂子、石子、外加剂情况进行分析，提出为配制高强度混凝土在当地选择原材的建议，同时总结施工环节对混凝土质量控制的影响，希望能为今后施工企业在当地配制并使用高强度混凝土提供有益的帮助和借鉴。
一、水泥的影响及建议
水泥是构成混凝土并决定其使用质量的重要成分，其质量的好坏直接或间接地影响到混凝土的性能。水泥最基本的物理性能包括强度、细度、凝结时间、安定性等。
目前提高混凝土效能最主要的渠道是采取降低水灰比（或水胶比）的方法，就是在满足施工和易性的前提下尽可能降低需水量。影响需水量的因素有化学作用，也有物理作用。加入的水首先要填充颗粒间的空隙，这部分水量约占水泥重量的22%。水将所有颗粒打湿，在表面形成平均0.22μm 厚的水膜,这需要约水泥重量28%的水量。水量要能够满足C3A 和caso4水化初期化学结合水的需要,还要满足少量的C3A水化的需要。
水泥的凝结硬化是个复杂的过程，既有化学作用也有物理作用，其中水泥磨细度和颗粒组成对充分发挥水泥的化学潜能十分重要。一般细度的水泥加水后到28d龄期还会有25%以上的部分没有水化，在普通水泥混凝土中可能有20%至40%的水泥没有参与混凝土的强度增进过程，太粗的颗粒不能完全水化，过细的颗粒有可能结团，增大了孔隙率，影响强度。因此我国规范对水泥细度比表面积（≥300㎡/kg），80μm和40μm累计筛余均有所要求。
2008年以前安哥拉当地多使用从国外进口的水泥。进口水泥由于海运或者陆运时间过长，常导致强度降低，用到工程中以后只得降低强度使用。随着2010年安哥拉中基水泥厂的建成投产，该厂出产的水泥占据了较大的市场份额，目前基本处于垄断地位（散装水泥143美元/吨），当地中资企业绝大多数都使用该厂生产的水泥。目前中基水泥厂生产的水泥以普通硅酸盐水泥42.5级为主，水泥生产及检验均执行我国标准。该厂水泥强度稳定性较好，水泥早期强度较高，但强度总体富裕量并不多，经过国标检测，28天抗压强度集中在45MPa至55MPa之间。近两年随着该厂水泥所占市场份额的增多，该厂从成本控制的角度出发，还在逐步调整配方，使得水泥强度富裕量进一步降低。目前经检测该厂出产的水泥28天抗压强度基本保持在45Mpa左右。安哥拉当地所出售的其他国家进口的水泥也多为32.5级和42.5级，罕有52.5级水泥出售。结合当地现有原材料和各种因素的影响，当地使用42.5级水泥配制的现场混凝土强度极限为C45，且质量控制非常困难，若想配制更高强度的混凝土，在不改变砂石质量及外加剂质量的前提下，必须要选择更高等级的水泥才行。虽然试验室使用当地砂石原料和常用减水剂，在使用该厂生产的42.5级水泥情况下也可配制出C50甚至C55强度的水泥，但是水灰比要求极其严格，不能超过0.4，在当地高温的气候条件下，混凝土的和易性无法满足现场的施工要求，无法使用。因此，若想在当地配制更高等级的混凝土，首先就要在当地寻找到更高等级的水泥，或者从国内直接海运高强度水泥。
二、骨料的影响及建议
骨料是构成混凝土的重要部分。骨料有粗骨料和细骨料之分，其体积在混凝土的配制中占了总体积的80％左右，因此骨料的品质、粒径、级配、含水量等都会对混凝土的性能和生产成本产生很大的影响。研究表明，骨料品质对混凝土强度的影响主要表现在骨料强度、骨料与水泥浆体的粘结能力等方面。混凝土受力破坏一般出现在骨料和水泥石的分界面上，这是常见的粘结面破坏的形式。若骨料中的杂质含量超标，杂质会在集料表面形成包裹层，妨碍水泥水化，影响骨料与水泥的粘结，降低混凝土的强度，并能与水泥的水化产物进行化学反应，产生有害的膨胀物质，给混凝土带来很大危害。在骨料选择时，人们常常更加关注骨料的物理化学性能如强度、抗冻、化学成分、颗粒形状、级配等各项指标，杂质含量往往容易被忽略。
在安哥拉地区配备高强度混凝土，更应重视骨料的选择。目前在罗安达省有多家经营砂、石料的场所，但是质量参差不齐，某些料场出售的骨料含泥量较高，石子粒形中针片状含量较多，且级配单一，不利于配制高强度混凝土。若想在当地配制高强混凝土，应选择强度高、粒径小、级配良好、表面粗糙、杂质含量少的骨料。
当地料场出售的砂子大多为河沙，砂子属于级配良好的中粗砂，天然砂总体质量水平高于我国国内，但也要提防送检砂样中是否为海沙，防止氯离子对混凝土耐久性及钢筋的腐蚀。
当地出售的石子与北京周边相比，质量和类型并无太大的区别，但风化岩质量受开采部位影响很不稳定，且吸水率偏高、比重偏轻，粒型不好。使用前务必要以安定性指标检验判定。高强混凝土主要用于高楼的建设中，它需要承受较大的压力和应力，在骨料的选用上应选用具有较高抗压强度的骨料。当骨料的比重小、吸水率高、空隙大时，所配制的混凝土强度较低，反之，则混凝土强度较高。混凝土强度取决于骨料同水泥浆体粘结的牢固程度。骨料宜选用碎石，碎石表面粗糙可增大粘结面积，提高界面的粘结比例，其混凝士的强度则较高。卵石表面较光滑，粘结面积相对较少，其混凝土抗压强度较碎石混凝土要低。笔者在罗安达省接触过的中安合资石厂主要有：1、韩安石厂。岩石疑似沉积岩，比重适中，含少量云母，岩石坚固性良好。2、卡其度中基石厂A厂。岩石疑似变质风化岩，比重小针片状含量高，石子坚固性较差，该石子表面呈暗紫色，含泥量高，且该石子遇水后易陈腐变酥，严禁用在结构混凝土中，只可在低强度混凝土如C15垫层混凝土配制时使用。3、卡其度中基石厂B厂。疑似玄武岩，硬度高，比重大，石子坚固性良好，岩石表面呈黑色，石子针片状含量少，含泥量较小，但级配较单一，石子粒径集中在16mm-31.5mm之间，可满足配制C40强度混凝土的条件。
选择配备高强混凝土的骨料时，尤其要重视检测有害物质的含量。骨料中有害物质主要包括针片状的粗骨料颗粒、骨料中的有机杂质、含泥量及细骨料中的云母含量。石子的针片状颗粒含量过大，在混凝土的振捣过程中，骨料周围会形成大量水膜，骨料底部更厚，这样容易形成更多的裂缝，这层水膜也使骨料与水泥浆体的粘结能力下降，在压力作用下会引起剪切破坏导致混凝土开裂。骨料中常常会含有较多的粘土杂质，粘土附着在骨料的表面，降低了骨料颗粒与水泥浆体之问的粘结性能，使混凝土形成大面积的软弱点。按照GB 14684-2001和GB 14685-2001规定，骨料中的含泥量不能超过3％，且不能有明显可见的块状粘土，如果有必须应用水冲洗或用化学方法处理骨料表面。在进行骨料选择时应特别重视这一点。
三、外加剂的影响及建议
目前在安哥拉房屋建设中常用到的外加剂有减水剂、缓凝剂、引气剂等，其中高效减水剂应用最为广泛。混凝土减水剂是最常用的外加剂之一。早在20世纪4O年代，木质素系减水剂和具有同等效果的各种减水剂的开发和研究工作就已发展起来，6O年代初以萘系减水剂为代表的第二代高效减水剂问世，到了80年代出现了以聚羧酸系减水剂为代表的第三代高性能减水剂。
在安哥拉应用比较普遍且得到实践检验效果较好的复合减水剂主要有JF-3型高效缓凝减水剂、中岩N型高效缓凝减水剂以及UNF-5AST缓凝减水剂。这几类减水剂均属于第二代萘系减水剂，其共同特点是减水效果较好，减水率约在15%-25%之间，基本不影响混凝土的凝结时间；引气量低（<2%），通过降低水灰比提高混凝土强度的效果比较明显。这类减水剂在使用安哥拉当地原材的情况下，由于当地原材质量的不稳定，可以满足配备C40以下混凝土的条件，但难以配制更高强度的混凝土，主要原因是萘系减水剂存在如下缺点：第一是水泥的适应性问题。这与减水剂本身的磺化程度、聚合度、中和离子的种类及硫酸钠的含量有关系。第二是减水剂掺加时的状态、掺量和掺加方法。液态减水剂效果优于粉状减水剂。相同掺量时，粉状外加剂比液状外加剂的分散效果降低约5％，其原因是粉状外加剂的分子呈缠绕状结构，溶解在水中的外加剂分子呈直链结构，直链结构在吸附性能上优于缠绕状结构。为了便于搬运和储存，从我国国内运至安哥拉的减水剂基本都是浓缩的粉状高效减水剂。粉状减水剂使用时不方便，需要人工配合添加，易造成投料误差且粉剂不易与各种原材混合均匀，难以发挥其全部减水效果。为解决此问题，可使用搅拌站搅拌系统自带的液剂添加设备，先将粉料液化后再使用。另外，减水剂的添加量也需要计量投料准确，以JF-3型高效缓凝减水剂为例，该减水剂的掺量上限是投入水泥质量的0.7%，超过此上限投入再多的减水剂也无法得到更好的减水效果。萘系高效减水剂的缺点之三是掺加后混凝土坍落度损失较快。这是萘系减水剂的一条致命弱点。配制高强度混凝土的关键是在满足施工所需和易性的前提下，选择合适的骨料，尽可能降低水灰比，增加混凝土的密实度进而提高其强度。使用萘系减水剂在试验室中往往可以配备较高强度的混凝土，且刚刚配制出的混凝土和易性良好，然而在安哥拉炎热的气候条件下，混凝土经过较长时间的运输，坍落度损失极快，运抵现场后达不到泵送的要求，只得再次加水使用，此时已改变了水灰比，人为降低了混凝土的强度。笔者曾在当地做过试验，使用萘系减水剂，搅拌站刚刚出盘的混凝土坍落度测试为210mm,在高温环境下经过约1小时的运输，坍落度减少到只有100mm,运抵现场后无法进行泵送。
针对萘系减水剂的局限性，建议使用聚羧酸系减水剂代替萘系减水剂。与常用的萘系和密胺系高效减水剂相比，聚羧酸系高效减水剂具有掺量低、增强效果好、坍落度保持性好、与水泥适应性较好等特点，是配制低水胶比、高强、高耐久性混凝土的首选。聚羧酸系减水剂在掺量很小（0.1%-0.2%）的情况下便可产生较好的分散效果，并具有良好的早强作用和坍落度保持性能。聚羧酸系减水剂的分子中，由于主链和侧链上带有多个极性很强的活性基团，如乙氧基链节可使其在水泥颗粒表面形成面积较大且吸附能力较强的吸附区，有利于保持水泥浆体的流动性，提高了混凝土的经时损失能力。聚羧酸系减水剂有利于减小混凝土的收缩值，对体积稳定性能够起到很好的改善作用。相反，掺加萘系减水剂的混凝土后期收缩值大于基准混凝土，不能起到减少收缩的作用。另外，聚羧酸系减水剂和萘系减水剂均能提高混凝土的抗渗性、抗冻性和抗碳化性能，其中提高抗冻性方面两者效果相当，但对于抗渗性和抗碳化性的改善，聚羧酸系减水剂效果更为显著。
但也要注意，聚羧酸系减水剂对于骨料中的泥含量极为敏感，含泥量的多少对减水效果影响巨大。因此若在安哥拉地区使用该系减水剂，挑选骨料时一定要注意选择含泥量低的砂石原材。另外，使用聚羧酸系减水剂的混凝土易分层离析甚至出现较严重的泌水现象，在使用时要特别注意。
四、施工管理控制
搅拌站根据试验室出具的混凝土配合比通知单生产商品混凝土，在施工过程中控制混凝土质量、加强振捣和养护尤为重要。结合安哥拉地区的特点，总结起来有如下几点需要注意：
1、选择合理的浇筑时间
安哥拉地区属于热带海洋性气候，每年分雨季和旱季两个季节，白天气温炎热且日照强度很高，夜晚相对凉爽。混凝土若选择在白天浇筑，由于当地堵车现象非常严重，加之高温天气，混凝土的和易性将受到很大影响。若选择在夜间浇筑，则可避免白天交通拥堵所带来的运输风险，同时夜间气温较低（夜晚气温15-20度左右），混凝土的和易性将在一定程度上得到改善。
2、严控浇筑过程
混凝土浇筑要提前做好浇筑方案，确定最优浇筑顺序。浇筑时若混凝土和易性不佳，现场负责人要及时与搅拌站联系，适度调节配方。现场严禁劳务队向混凝土中加水，若和易性不能满足施工条件时需及时请示总工，可适当添加一些减水剂，但切忌不可过多。
混凝土浇筑时要加强振捣，不要漏振或过振，同时要控制浇筑速度和浇筑高度。过厚混凝土要分层浇筑。大体积混凝土浇筑时，需要提前做好保温、降温措施，督促搅拌站备料充足，做好连续性浇筑的准备。浇筑时要及时与搅拌站联系，根据路途远近控制好发车时间，保证让料等人，也不可压车过多，一般以1-2辆为最优。夜间搅拌站生产人员易疲劳易发生误操作等情况，因此要求搅拌站每车混凝土均留存一组试块，便于及时检查混凝土质量，也便于一旦发生混凝土质量问题时的追责。
混凝土硬化时所处的环境温度和湿度对其强度有着重要的影响。环境温度高，水泥水化速度快，混凝土强度发展快；温度低，水泥水化速度减慢，混凝土强度发展则受到影响。湿度对水泥能否正常进行水化也有显著影响。湿度大，水泥水化可正常进行；湿度不够，水泥水化作用则不能正常进行，甚至停止水化。同时，混凝土在凝结过程中，如果水份散失太快，还会加速混凝土的收缩，致使混凝土产生收缩裂缝。因此，混凝土的养护是相当重要的环节，必须派专人负责，使混凝土表面保持湿润状态，以确保水泥的正常水化。在安哥拉地区可以使用塑料薄膜覆盖混凝土表面的方法进行养护，养护时间不得少于14天。尤其是前三天，混凝土早期强度增长很快，水化热最大，更需要加强做好养护工作，保证混凝土强度的快速健康增长。
3、控制好原材质量
安哥拉地区原材质量极不稳定，同一个石厂开采出的石子质量也是时好时坏，离散性很大，这就要求搅拌站做好原材选择工作。选料时技术人员要随车队一同前往料场，对认为合适的原材进行取样，并送往试验室检测。在平时的生产过程中，质检员要经常性的检查原材料外观、含泥量是否有变化，并根据规范要求，及时将样品送往试验室复测。运输骨料的车辆进场验收合格后方可卸料，原料不合格时严禁卸货。技术人员也要经常性的随同运输车辆一同前往料场检查原材产地的产品质量，指导司机拉取合适的原材。
由于当地原材质量的不稳定性，浇筑混凝土时应尽量多留存一些7天试块。7天试块经过试压可以很快推算出混凝土强度是否可以达到设计要求，及时反应出原材料质量是否过关，出现问题时可以更快的采取补救措施，及时更换原材料。
4、保障施工机械的正常运转
安哥拉地区相对比较落后，机械设备往往因为保养或维修不及时给现场的生产带来很大影响。浇筑混凝土前务必提前检查机械设备能否运转正常，特别是地泵一定要泵送一些清水试验一下，检查气密性。泵管接头要提前检查是否牢固，泵管布置要合理可靠，尽量减少弯头的数量，防止出现堵泵的情况。地泵要坚持经常性保养和维修，地泵生产厂家一般不在安哥拉地区提供售后保养和维修服务，公司应配备懂机械懂保养的专门维修人员，在浇筑混凝土时安排维修人员值班，一旦出现问题可得到快速恢复。
五、总结
若想在安哥拉等非洲欠发达地区配备较高强度的混凝土，需要尽量选择较高强度的水泥品种，如52.5级水泥、62.5级水泥，水泥要复试合格后方能使用；要重视砂石原材的质量，包括骨料形状、粒径、级配、坚固性等指标，需要特别注重原材的有害杂质含量；要加强原材产地的质量监控，发现产地砂石不合格后要及时更换料场；应使用高效减水剂，使用聚羧酸系列减水剂代替萘系减水剂，提高混凝土和易性，减少混凝土的经时损失，满足现场的施工需要。还要特别重视混凝土浇筑过程中的质量控制。根据当地气候及交通情况选择合适的浇筑时间，提前制定出浇筑方案，商品混凝土运抵现场后立即使用，不做长时间的停留。浇筑时严禁劳务队私自向混凝土中加水，保证混凝土的强度。
