对现行回弹法规范测定矿物掺合料混凝土碳化深度方法的质疑.pdf

2 0 1 2 年 第 1期 (总 第 2 6 7 期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 2 ( T o t a l N o ．2 6 7 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEORET I CAL RESE ARCH d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j A s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ． 2 0 1 2 ． 0 1 ． 0 1 5 对现行回弹法规范测定矿物掺合料混凝土 碳化深度方法的质疑 黄振兴 ( 天津市汉沽区渤建混凝土搅拌有限公司，天津 3 0 0 4 8 0 ) 摘 要： 通过工程实例， 论述了采用现行规范《 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》 来测碳化深度， 并且使用附录 A ( 测区混凝土强度换算 表) 来推定混凝土强度。 测定碳化深度时会出现严重偏差和失真， 最终导致回弹法测得的混凝土强度出现严重偏差和失真。 并提出了解决方案。 关键词： 回弹法； 碳化深度；混凝土强度 中图分类号 ： T U5 2 8 ． 0 7 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 1 — 0 0 4 6 — 0 3 Qu e s t i o n o n t e s t i n g c a r b o n i z a t i o n d e p t h o f t h e mi n e r a l a d mi x t u r e c o n c r e t e a c c o r d i n g t o t h e c ur r e nt s t an dar d by r e bound me t hod HUANG Zh e n — x i n a ( T i i nB o h a i C o n s t r u c t i o nC o n c r e t e Mi x i n gC o ． ， L t d ． ， Ha n g uDi s t r i c t ， Ti a n j i n 3 0 0 4 8 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th r o ug h e n g i n e e r i n g e x a mpl e ， t e s t i n g c a r bo n i z a t i o n d e p t h a c c o r d i n g t o “ Te c h ni c a l s p e c i fic a t i o n f o r i ns p e c t i n g o f c o n c r e t e c o mp r e s — s i v e s t r e n g t h b y r e b o u n d me tho d ”wa s d i s c u s s e d， a n d p r e s u mi n g t h e c o n c r e t e s t r e n g t h a c c o r d i n g t o“ Ap p e n d i x A： c o n v e r s i o n t a b l e o f c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f c o n c r e t e for t e s t a r e a ”o f t h e c u r r e n t s t a n d a r d ． T h e s e r i o u s d e v i a t i o n a n d d i s t o r t i o n w h e n t e s t i n g c a r b o n i z a t i o n d e p t h e v e n tu a l l y l e d t o the s e r i o u s d e v i a t i o n a n d d i s t o r t i o n o f c o nc r e t e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h b y r e b o u n d me tho d， t h e n t h e s o l u t i o n s we re pr o p o s e d ． Ke y wor d s： reb o u n d me t h o d； c a r b o n i z a t i o n d e p t h； c o n c r e t e s tre n g t h 0 引言 随着混凝土技术的发展和进步， 高性能、 高耐久性 、 绿色混 凝土得到大量应用； 而要配制高性能、 高耐久性 、 绿色混凝土必 须使用大掺量矿物掺合料， 如粉煤灰、 磨细矿粉和硅灰等， 其中 又以粉煤灰、 磨细矿粉最为常用。 矿物掺合料首先因为比水泥还 细， 填充了水泥浆中的孔隙， 起到了集料填充效应 ， 使混凝土更 加密实 ； 其次 ， 矿物掺合料中的主要成分( 二氧化硅) 通过与水 泥一次水化后产生的氢氧化钙发生二次、 三次水化生成硅酸盐 凝胶， 有微膨胀效应 ， 有效地封闭了混凝土中有害的孑 L 隙； 提高 了混凝土抗渗性 、 密实性 ， 提高了混凝土抗有害离子侵入的性 能， 从而提高了混凝土耐久性， 使混凝土具有了高强、 高性能。 而且， 由于消耗了大量工业废渣 ， 起到了节能、 环保的效果 ， 使 混凝土的生产走上绿色、 环保之路。 然而 ， 一个问题 随之 出现 了。 现行回弹规范测定碳化深度， 主要方法是： “ 在混凝土表面 的测区采用适当工具形成直径 1 5 mm的孑 L 洞 ， 其深度应大于混 凝土碳化深度， 清除孔洞中粉末和碎屑( 不得用水冲洗) ， 同时 采用浓度为 1 ％的酚酞酒精溶液滴在孔洞边缘处 ，再用测深工 具测已碳化与未碳化交界面( 变红色与未变红色的交界面) 到混 凝土表面的垂直距离， 测量不少于三次， 取其平均值。 ” 现行规 范测定混凝土碳化深度的方法， 利用的原理是： “ 混凝土中的水 泥水化时， 除生成硅酸盐、 铝酸盐 、 铁铝酸盐等胶结材料外， 还 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ J 0 7 — 0 9 4 6 生成氢氧化钙 ； 混凝土表面在与空气接触后 ， 空气中二氧化碳 会通过混凝土表面孔隙渗入混凝土中与氢氧化钙反应生成碳 酸钙， 这就是所谓的“ 碳化” 。 氢氧化钙是碱性的， 遇酚酞会变 红； 而碳酸钙是中性的， 遇酚酞不变色。 在混凝土表面的测区凿 出孑 L 洞， 滴人酚酞后 ， 就可根据混凝土变色情况测出碳化深度。 这在使用水泥一种胶凝材料时， 现行回弹规范是没有问题 的， 没有任何干扰因素。 但是在使用大掺量矿物掺合料混凝土中， 胶凝材料就不是水泥一种， 还有粉煤灰、 磨细矿粉 、 硅灰等其他 胶凝材料， 这些矿物掺合料的共同特点是， 它们会在二次 、 三次 水化时， 消耗掉混凝土中绝大部分氢氧化钙。 由于矿物掺合料消 耗掉了水泥水化的大量的氢氧化钙， 就造成碳化深度测不准； 或 由于混凝土中氢氧化钙被消耗殆尽， 混凝土滴酚酞后根本不变 色， 造成混凝土已完全碳化的假象。 1 工 程 买例 1 ． 1 混凝土 回弹 强度 某在建工程 ， 混凝土设计强度 C 3 0 ， 龄期 5 0 ～ 6 0 d ， 施工单 位请当地质监部门用回弹法做结构验收， 混凝土为泵送混凝土， 具体数据见表 3回弹法测得的混凝土强度。 ( 1 ) 测区平均回弹值： 从测区的 l 6个回弹值中剔除 3 个最 大值和 3 个最小值， 余下的 1 0 个回弹值求平均值。 ( 2 ) 测区混凝土强度换算值， 见表 1 Ⅲ 。 ( 3 ) 泵送混凝土测区混凝土强度换算值的修正值， 见表 2 [ 1 ]。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 测区混凝土 强度换算值 MP a 表2 泵送混凝土测区混凝土强度换算值的修正值 MP a ( 5 ) 测区混凝土强度回弹结果： 当地质检部门， 在用回弹法 碳化深度 抗压强度 做混凝土结构检验时发现， 碳化深度都异常大， 均在 4 n R l"n左右， 刑～ ≤4 o 4 5 5 0 5 5 ～ 6 0 有的混凝土凿开滴酚酞后甚至根本不变红 ， 由于混凝土不可能 + j + J 0 完全碳化 ， 该质检部门也按 4 ml -l l 计算了 当时该质检部门的检 ．～ ≤3 0 3 5 4 0 一 一 6 0 4 0 ~ 6 0 测人员也对龄期仅 5 0 ～ 6 0 d的混凝土， 碳化竞如此深感到不可思 议 ， 但由于没有找到原因， 也没有可依据的规范， 只得按实测数 注： 类型一碳化深度为0 , 0 5 、 1 o mm； 类型二碳化深度为1 ． 2 、 2 ．O m m 。 据计算回弹结果 ，见表 3 。 ( 4 ) 测区混凝土强度推定值的计算 ： 测区平均 回弹值 =测 通过表 3可知 ， 该贡检部门判断该在建工程该批混凝土不 区混凝土强度换算值 + 泵送混凝土测区混凝土强度换算值的 合格。 施工单位只得委托上一级质检部门做钻芯取样， 实测混凝 修正值。 土强度。 表 3 回弹法测得的混凝土强度 1 ． 2 混凝土钻芯取样强度 施工单位为了对建筑物准确做结构验收， 只得在做回弹的 每个测区均委托了上一级质检部门做钻芯取样， 实测混凝土强 度， 结果如表 4所示。 表 4 钻芯取样强度 1 ． 3 回弹法 测得 的混凝 土强度 出现严 重偏 差 通过与钻芯取样获得的混凝土实际强度对比， 可以发现回 弹法测得的混凝土强度出现严重偏差和失真。 钻芯取样强度与 回弹推定值对比， 如表 5所示。 其他 l 2 栋一层 ～ 八层所有构件的强度情况与上述这栋楼 情况一样， 现行回弹法测得的混凝土强度出现严重偏差和失真。 由于数据雷同且繁多， 故不一一列举。 由此可见 ， 现行回弹规范在检测该建筑群混凝土实体强度 时， 出现了严重偏差。 那么闩题出在哪里呢? 表 5 钻芯取样 强度与 回弹推定值对比 2 回弹法测得 的混凝 土强度 出现严 重偏差和 失真 的原 因分析 2 ． 1 回弹法测得的混凝土强度出现严重偏差和失真 的原 因 笔者在仔细分析后， 首先发现一个有趣的现象 ， 如果碳化 深度取 0 ． 5 m m， 那么回弹强度推定值就与钻芯取样获得的混凝 土强度实际值非常接近。 碳化深度为 0 ． 5 ra i n时钻芯取样强度 与回弹推定值对比， 如表 6 所示。 47 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 6 碳化深度为 0 ． 5 mm 时钻芯取样强度与回弹推定值对 比 由此可见， 现行回弹规范在检测该建筑群混凝土实体强度 时， 出现了严重偏差的原因主要是碳化深度的测定出现了严重 偏差和失真。 那么为什么在碳化深度测定时出现严重偏差和失真呢? 2 ． 2 碳化深度测定时出现严重偏差和失真的原因 笔者通过了解该 C 3 0混凝土配合 比， 见表 7 。 表 7 C3 O混凝土配合 比 水 水 泥粉 煤 灰矿 粉砂 子 石 子 聚 羧 酸望 配合比 1 8 0 1 9 3 1 0 1 8 6 8 0 9 1 0 3 0 6 ． 1 2 5 ．5 3 9 ． 6 认为主要原因如下： 从混凝土配合比分析， 水泥使用的是冀东 P O 4 2 ． 5 级水泥 ( 2 8 d 强度达到5 1 MP a ) 、 粉煤灰为优质I I 级粉煤灰( 细度仅 1 2 ％) ， 矿粉是合格的 $ 9 5级矿粉( 7 d 活性指数达到 8 2 ％， 2 8 d活性指 数达到 1 0 1 ％) ， 砂为二区中砂， 石子为 5 - 2 5 r f ln l 连续粒径I 夕 加 剂用的是减水率高达 2 5 ％的聚羧酸； 取代前水泥用量为 3 6 3 k g ， 取 代前水灰比0 ． 5 ； 胶材用量 3 8 0 k g ， 水胶比0 ． 4 7 ； 7 d强度达到设 计强度的 8 5 ％、 为 2 5 ． 5 MP a ， 2 8 d强度达到设计强度的 1 3 2 ％、 为 3 9 ． 6 MP a ； 完全符合相关国家规范和设计要求。 该配合比很好的 应用 了目前混凝土配合比设计的先进理念， 使用了大掺量的矿 物掺合料， 不仅大大提高了混凝土耐久性， 充分满足了强度要 求， 而且还符合节能 、 环保的先进理念， 消耗了大量工业废料。 该大掺量矿物掺合料混凝土在水化时水泥会率先水化， 这一 过程也被业界称作一次水化， 生成硅酸盐、 铝酸盐、 铁铝酸盐等胶 结材料外， 同时还生成氢氧化钙； 随后矿粉会和水泥水化后生成的 氢氧化钙反应生成硅酸盐凝胶， 这被业界称作二次水化； 最后， 粉 煤灰才会和混凝土中剩余的氢氧化钙反应生成硅酸盐、 铝酸盐凝 胶， 这被业界称作三次水化。 粉煤灰之所以水化晚于矿粉， 是由于 矿粉是物理破碎， 细度较细， 表面能及时充分的与氢氧化钙接触、 反应； 而粉煤灰由于是电厂静电除尘所得的原状灰， 颗粒为玻璃球 状体， 表面非常致密， 故它与氢氧化钙充分反应前， 先有个氢氧化 钙腐蚀玻璃球状体致密表面的 破壁过程， 然后玻璃球状体中的二 氧化硅、 三氧化二铝再与氢氧化钙反应， 所以反应要慢于矿粉。 从上述大掺量矿物掺合料混凝土水化反应机理可以看出， 矿粉 、 粉煤灰在二次水化及三次水化过程中， 消耗了大量水泥 一 次水化时生成的氢氧化钙及原材料带入的氢氧化钙。 而且 ， 在墙、 柱等结构施工时， 由于钢筋比较密集 ， 施工人员为了将混 凝土振捣密实 ， 往往振捣时间过长， 甚至过振， 在这一过程中， 由于矿粉、 粉煤灰比较轻， 它们会随着振捣过程迁移到墙、 柱等 48 结构表面， 使混凝土表面 1 c m左右相对其他部分矿物掺合料较 多， 这就导致了混凝土表面 1 c m左右的混凝土中氢氧化钙消耗 比混凝土其他部分更大， 甚至消耗殆尽。 这样 ， 最终导致了现行回弹规范测定碳化深度时产生巨大 偏差 ， 甚至混凝土会出现在凿出的测洞中滴人酚酞试剂后， 混凝 土不变色的现象， 给人以混凝土碳化已经非常深的假象( 实际 上是表层混凝土中氢氧化钙被矿粉 、 粉煤灰消耗殆尽 ； 而不是 氢氧化钙与空气中二氧化碳进行了碳化反应) 。 2 ． 3 造成混凝土回弹强度偏低的其他原 因 除了在上述论述中提及的造成混凝土回弹强度偏低的主 要原因——碳化深度测定时出现严重偏差和失真之外， 笔者认 为还有两个原因造成混凝土回弹强度偏低。 首先， 在墙、 柱等结构施工时， 由于钢筋比较密集， 施工人员为 了将混凝土振捣密实， 往往振捣时间过长， 甚至过振， 在这一过程 中， 由于矿粉、 粉煤灰比较轻， 它们会随着振捣过程迁移到墙、 柱等 结构表面， 使混凝土表面 1 c m左右相对其他部分矿物掺合料较多， 这样表面混凝土强度的发展就会慢于且低于混凝土内部的强度。 其次， 在全国几乎绝大部分工地， 墙柱等结构的混凝土养 护都很差， 甚至几乎不养护。 笔者分析的这个工地就是这种情况， 只在每层的混凝土楼板表面浇浇水， 墙柱等结构的混凝土根本 不养护， 这就造成墙柱等结构的混凝土表面强度偏低。 3 回弹法测得 的混凝 土强度 出现 严重偏 差和 失真的解决办法 笔者认为解决回弹法测得的混凝土强度出现严重偏差和 失真的办法可以有两个： 一 个办法是在测定混凝土碳化深度， 同时采用现行规范 《 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》 中附录A《 测区混凝土强 度换算表》 时， 可以仿效混凝土碱含量计算规范中计算矿粉和粉煤 灰碱含量时乘一个折算系数的方法。 例如： 粉煤灰碱含量计算的折 算系数是 0 ． 1 5 ； 矿粉碱含量计算的折算系数是 0 ． 5 。 在测定混凝土 碳化深度后乘—个折算系数， 通过大量数据计算， 大掺量矿物掺合 料混凝土碳化深度的折算系数为 0 ． 1 2 5 ， 供业内同行参考。 另一个办法是在测定大掺量矿物掺合料混凝土强度时， 严格 按现行规范《 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》 6 ． 1 ． 1 第三条 的规定， 建立大掺量矿物掺合料混凝土专用测强曲线。 这样才能保证回弹法检测混凝土抗压强度的 结果准确、 可靠。 4结语 综上所述，由于大掺量矿物掺合料混凝土水化时的特殊 性 ， 如果采用现行规范《 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》 来测碳化深度， 并且使用附录 A 《 测区混凝土强度换算表》 来推 定混凝土强度， 碳化深度测定时会出现严重偏差和失真， 最终 导致回弹法测得的混凝土强度出现严重偏差和失真。 要想使回弹法测得的混凝土强度准确、 可靠， 必须在测得 的实际碳化深度乘一个折算系数； 最准确的方法是建立大掺量 矿物掺合料混凝土专用测强曲线。 参考文献 ： 【 1 ] J G J ／ T 2 3 —2 0 0 1 ， 回弹法 作者简介： 黄振兴( 1 9 6 4 一 ) ， 男， 高级工程师， 总工程师。 联系地址： 天津市汉沽区芦汉路火车站北 2 0 0 米( 3 0 0 4 8 0 ) 联系电话： 1 3 9 2 0 0 2 9 4 7 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m