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對混凝土碳化深度測定方法的質疑

2020-01-07


隨著混凝土技術的發展和進步,高性能、高耐久性、綠色混凝土得到大量應用;而要配制高性能、高耐久性、綠色混凝土必須使用大摻量礦物摻合料,如粉煤灰、磨細礦粉和硅灰等,其中又以粉煤灰、磨細礦粉最為常用。礦物摻合料首先因為比水泥還細,填充了水泥漿中的孔隙,起到了集料填充效應,使混凝土更加密實;其次,礦物摻合料中的主要成分(二氧化硅)通過與水泥一次水化后產生的氫氧化鈣發生二次、三次水化生成硅酸鹽凝膠,有微膨脹效應,有效封閉了混凝土中有害的孔隙,提高了混凝土抗滲性、密實性,提高了混凝土抗有害離子侵入的性能,從而提高了混凝土耐久性,使混凝土具有了高強、高性能。而且,由于消耗了大量工業廢渣,起到了節能、環保的效果,使混凝土的生產走上綠色、環保之路。

然而,一個問題隨之出現了?,F行回彈規范測定碳化深度,主要方法是:在混凝土表面的測區采用適當工具形成直徑15mm的孔洞,其深度應大于混凝土碳化深度,清除孔洞中粉末和碎屑(不得用水沖洗),同時采用濃度為1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞邊緣處,再用測深工具測已碳化與未碳化交界面(變紅色與未變紅色的交界面)到混凝土表面的垂直距離,測量不少于三次,取其平均值?,F行規范測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時,除生成硅酸鹽、鋁酸鹽、鐵鋁酸鹽等膠結材料外,還生成氫氧化鈣;混凝土表面在與空氣接觸后,空氣中二氧化碳會通過混凝土表面孔隙滲入混凝土中與氫氧化鈣反應生成碳酸鈣,這就是所謂的“碳化”。氫氧化鈣是堿性的,遇酚酞會變紅;而碳酸鈣是中性的,與酚酞不變色。在混凝土表面的測區鑿出孔洞,滴入酚酞后,就可根據混凝土變色情況測出碳化深度。

這在使用水泥一種膠凝材料時,現行回彈規范是沒有問題的,沒有任何干擾因素。但是在使用大摻量礦物摻合料混凝土中,膠凝材料就不是水泥一種,還有粉煤灰、磨細礦粉、硅灰等其它膠凝材料,這些礦物摻合料的共同特點是,它們會在二次、三次水化時,消耗掉混凝土中絕大部分氫氧化鈣。由于礦物摻合料消耗掉了水泥水化的大量的氫氧化鈣,就造成碳化深度測不準;或由于混凝土中氫氧化鈣被消耗殆盡,混凝土滴酚酞后根本不變色,造成混凝土已完全碳化的假象。尤其在混凝土表面,由于施工單位澆筑柱和剪力墻混凝土時一般都會出現過振,造成混凝土表面浮漿過多,而混凝土中礦粉和粉煤灰在浮漿由于比較輕會遷移的比較快,而造成混凝土表面浮漿中礦粉、粉煤灰這些摻合料比其它地方多。這樣在這些區域氫氧化鈣就被礦物摻合料幾乎全部消耗掉,測碳化的孔洞中滴酚酞后根本不變色,造成混凝土已完全碳化的假象。

1工程實例一

1.1混凝土回彈強度

某在建工程,混凝土設計強度C30,齡期5060天,施工單位請當地質監部門用回彈法做結構驗收,混凝土為泵送混凝土。

1.1.1測區平均回彈值

從測區的16個回彈值中剔除3個最大值和三個最小值,余下的10個回彈值求平均值。

1.1.2測區混凝土強度換算值

測區混凝土強度換算值見表1,泵送混凝土混凝土強度換算值的修正值見表2,均摘自JGJ/T232001《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規范》。

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1.1.3測區混凝土強度推定值的計算

測區平均回彈值=測區混凝土強度換算值+泵送混凝土測區混凝土強度換算值的修正值

1.1.4測區混凝土強度回彈結果

當地質檢部門,在用回彈法做混凝土結構檢驗時發現碳化深度都異常大,均在4mm左右,有的混凝土鑿開滴酚酞后甚至根本不變紅,由于混凝土不可能完全碳化,該質檢部門也按4mm計算了。當時該質檢部門的檢測人員也對齡期僅5060天的混凝土,碳化竟如此深感到不可思議,但由于沒有找到原因,也沒有可依據的規范,得按實測數據計算回彈結果,見表3。

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通過表3可知,該質檢部門判斷該在建工程該批混凝土不合格。施工單位只得委托上一級質檢部門做鉆芯取樣,實測混凝土強度。

1.2混凝土鉆芯取樣強度

施工單位為了對建筑物準確做結構驗收,只得在做回彈的每個測區均委托了上一級質檢部門做鉆芯取樣,實測混凝土強度。結果見表4。

1.3回彈法測得的混凝土強度出現嚴重偏差

通過與鉆芯取樣獲得的混凝土實際強度對比,可以發現回彈法測得的混凝土強度出現嚴重偏差和失真。(見表5鉆芯取樣強度與回彈推定值對比)

其它1218層所有構件的強度情況與上述這棟樓情況一樣,現行回彈法測得的混凝土強度出現嚴重偏差和失真。由于數據雷同且繁多,故不一一列舉。由此可見,現行回彈規范在檢測該建筑群混凝土實


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體強度時,出現了嚴重偏差。那么問題出在哪里呢?

2回彈法測得的混凝土強度出現嚴重偏差和失真的原因分析

2.1回彈法測得的混凝土強度出現嚴重偏差和失真的原因

筆者在仔細分析后,首先發現一個有趣的現象,如果碳化深度為0.5mm,那么回彈強度推定值就與鉆芯取樣獲得的混凝土強度實際值非常接近。(表6碳化深度為0.5mm時鉆芯取樣強度與回彈推定值對比)

由此可見,現行回彈規范在檢測該建筑群混凝土實體強度時,出現了嚴重偏差的原因主要是碳化深度的測定出現了嚴重偏差和失真。

那么為什么在碳化深度測定時出現嚴重偏差和失真呢?

2.2碳化深度測定時出現嚴重偏差和失真的原因

筆者通過了解該C30混凝土配合比(見表7)認為主要原因如下:

從混凝土配合比分析,水泥使用的是冀東P·O42.5水泥(28天強度達到51MPa)、粉煤灰為優質Ⅱ級粉煤灰(細度僅12%),礦粉是合格的S95級礦粉(7天活性指數達到82%,28天活性指數達到101%),砂為Ⅱ區中砂,石子為525mm連續粒徑;外加劑用的是減水率高達25%的聚羧酸;取代前水泥用量為363㎏,取代前水灰比0.5;膠材用量380㎏,水膠比0.47;7天強度達到設計強度的85%、為25.5MPa,28天強度達到設計強度的132%、為39.6MPa;完全符合相關國家規范和設計要求。該配合比很好f應用了目前混凝土配合比設計的先進理念,使用了大摻量的礦物摻合料,不僅大大提高了混凝土耐久性,充分滿足了強度要求,而且還符合節能、環保的先進理念,消耗了大量工業廢料。

該混凝土在水化時水泥會率先水化,這一過程也被業界稱作“一次水化”,生成硅酸鹽、鋁酸鹽、鐵鋁酸鹽等膠結材料外,還生成氫氧化鈣;隨后礦粉會和水泥水化后生成的氫氧化鈣反應生成硅酸鹽凝膠,這被業界稱作“二次水化”;最后,粉煤灰才會和混凝土中剩余

的氫氧化鈣反應生成硅酸鹽、鋁酸鹽凝膠,這被業界稱作“三次水化”。粉煤灰之所以水化晚于礦粉,是由于礦粉是物理破碎,細度較細,表面能及時充分地與氫氧化鈣接觸、反應;而粉煤灰由于是電廠靜電除塵所得的原狀灰,顆粒為玻璃球狀體,表面非常致密,故它與氫氧化鈣充分反應前,先有個氫氧化鈣腐蝕玻璃球狀體表面的破壁過程,然后玻璃球狀體中的二氧化硅、三氧化二鋁再與氫氧化鈣反應,所以反應要慢于礦粉。

從上述大摻量礦物摻合料混凝土水化反應機理可以看出,礦粉、粉煤灰在二次水化及三次水化過程中,消耗了大量水泥一次水化時生成的氫氧化鈣及原材料帶入的氫氧化鈣。而且,在墻、柱等結構施工時,由于鋼筋比較密集,施工人員為了將混凝土振搗密實,往往振搗時間過長,甚至過振,在這一過程中,由于礦粉、粉煤灰比較輕,它們會隨著振搗過程遷移到墻、柱等結構表面,使混凝土表面1cm左右相對其它部分礦物摻合料較多,這就導致了混凝土表面1cm左右的混凝土中氫氧化鈣消耗比混凝土其它部分更大,甚至消耗殆盡。

這樣,最終導致了現行回彈規范測定碳化深度時產生巨大偏差,甚至混凝土會出現在鑿出的測洞中滴入酚酞試劑后,混凝土不變色的現象,給人以混凝土碳化已經非常深的假象(實際上是表層混凝土中氫氧化鈣被礦粉、粉煤灰消耗殆盡;而不是氫氧化鈣與空氣中二氧化碳進行了碳化反應)。

3工程實例二

某工地驗收時,某些品德低下的質檢人員,起初故意把碳化深度測得很大,一個多月的混凝土實體,他們測出來的碳化深度居然達到5mm以上。導致C30混凝土回彈值達到3536MPa時,推算的強度都不合格。經過潛規則后,第二次復測時把碳化深度改成2mm,就全部合格了。

有些質檢人員根本不知道什么是碳化,全然不顧碳化是空氣中稀薄的二氧化碳(空氣中二氧化碳含量0.03%),并且要通過混凝土表面的空隙滲透進去,與水泥水化后形成的氫氧化鈣起化學反應后才能完成碳化;全然不顧碳化是一個極其緩慢的過程;也全然不顧摻加摻合料的混凝土表面有可能因為摻合料在這個區域較多,消耗掉了混凝土氫氧化鈣,有可能測不到氫氧化鈣,而誤判為全部碳化的事實。實際上,碳化是一個非常緩慢的化學反應過程,一般2個月左右,結構驗收時,混凝土的碳化深度不會超過0.5mm。

道德品質低下的一些質監部門人員不學無術,不去不斷提高自己的專業技能;反而充分利用了規范,把碳化深度作為了折騰混凝土從業人員的利器,作為獲取黑色收入的卑鄙手段。

4對如何解決用回彈法結構驗收時混凝土從業人員遭到不公平待遇的解決思路

首先,加強各地質監部門質檢人員專業學習,提高他們的專業水平,使其在檢測時能準確無誤;同時,加強這些人員的職業道德教育,杜絕違法行為;另外,執法部門接到舉報,要及時介入,嚴格執法,嚴處這類違法行為。其次,綜上所述,由于大摻量礦物摻合料混凝土水化時的特殊性,如果采用現行規范《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》來測碳化深度,并且使用附錄B《測區混凝土強度換算表》來推定混凝土強度,碳化深度測定時會出現嚴重偏差和失真,最終導致回彈法測得的混凝土強度出現嚴重偏差和失真。規范要根據實際情況及時修訂。


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