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对混凝土碳化深度测定方法的质疑

2020-01-07


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,有效封闭了混凝土中有害的孔隙,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15mm的孔洞,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,与酚酞不变色。在混凝土表面的测区凿出孔洞,滴入酚酞后,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、硅灰等其它胶凝材料,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。尤其在混凝土表面,由于施工单位浇筑柱和剪力墙混凝土时一般都会出现过振,造成混凝土表面浮浆过多,而混凝土中矿粉和粉煤灰在浮浆由于比较轻会迁移的比较快,而造成混凝土表面浮浆中矿粉、粉煤灰这些掺合料比其它地方多。这样在这些区域氢氧化钙就被矿物掺合料几乎全部消耗掉,测碳化的孔洞中滴酚酞后根本不变色,造成混凝土已完全碳化的假象。

1工程实例一

1.1混凝土回弹强度

某在建工程,混凝土设计强度C30,龄期5060天,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。

1.1.1测区平均回弹值

从测区的16个回弹值中剔除3个最大值和三个最小值,余下的10个回弹值求平均值。

1.1.2测区混凝土强度换算值

测区混凝土强度换算值见表1,泵送混凝土混凝土强度换算值的修正值见表2,均摘自JGJ/T232001《回弹法检测混凝土抗压强度技术规范》。

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1.1.3测区混凝土强度推定值的计算

测区平均回弹值=测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修正值

1.1.4测区混凝土强度回弹结果

当地质检部门,在用回弹法做混凝土结构检验时发现碳化深度都异常大,均在4mm左右,有的混凝土凿开滴酚酞后甚至根本不变红,由于混凝土不可能完全碳化,该质检部门也按4mm计算了。当时该质检部门的检测人员也对龄期仅5060天的混凝土,碳化竟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,得按实测数据计算回弹结果,见表3

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通过表3可知,该质检部门判断该在建工程该批混凝土不合格。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。结果见表4

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。(见表5钻芯取样强度与回弹推定值对比)

其它1218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


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体强度时,出现了严重偏差。那么问题出在哪里呢?

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,如果碳化深度为0.5mm,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。(表6碳化深度为0.5mm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C30混凝土配合比(见表7)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·O42.5水泥(28天强度达到51MPa)、粉煤灰为优质Ⅱ级粉煤灰(细度仅12%),矿粉是合格的S95级矿粉(7天活性指数达到82%28天活性指数达到101%),砂为Ⅱ区中砂,石子为525mm连续粒径;外加剂用的是减水率高达25%的聚羧酸;取代前水泥用量为363㎏,取代前水灰比0.5;胶材用量380㎏,水胶比0.477天强度达到设计强度的85%、为25.5MPa28天强度达到设计强度的132%、为39.6MPa;完全符合相关国家规范和设计要求。该配合比很好f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,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,表面能及时充分地与氢氧化钙接触、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、柱等结构表面,使混凝土表面1cm左右相对其它部分矿物掺合料较多,这就导致了混凝土表面1cm左右的混凝土中氢氧化钙消耗比混凝土其它部分更大,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入酚酞试剂后,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)。

3工程实例二

某工地验收时,某些品德低下的质检人员,起初故意把碳化深度测得很大,一个多月的混凝土实体,他们测出来的碳化深度居然达到5mm以上。导致C30混凝土回弹值达到3536MPa时,推算的强度都不合格。经过潜规则后,第二次复测时把碳化深度改成2mm,就全部合格了。

有些质检人员根本不知道什么是碳化,全然不顾碳化是空气中稀薄的二氧化碳(空气中二氧化碳含量0.03%),并且要通过混凝土表面的空隙渗透进去,与水泥水化后形成的氢氧化钙起化学反应后才能完成碳化;全然不顾碳化是一个极其缓慢的过程;也全然不顾掺加掺合料的混凝土表面有可能因为掺合料在这个区域较多,消耗掉了混凝土氢氧化钙,有可能测不到氢氧化钙,而误判为全部碳化的事实。实际上,碳化是一个非常缓慢的化学反应过程,一般2个月左右,结构验收时,混凝土的碳化深度不会超过0.5mm

道德品质低下的一些质监部门人员不学无术,不去不断提高自己的专业技能;反而充分利用了规范,把碳化深度作为了折腾混凝土从业人员的利器,作为获取黑色收入的卑鄙手段。

4对如何解决用回弹法结构验收时混凝土从业人员遭到不公平待遇的解决思路

首先,加强各地质监部门质检人员专业学习,提高他们的专业水平,使其在检测时能准确无误;同时,加强这些人员的职业道德教育,杜绝违法行为;另外,执法部门接到举报,要及时介入,严格执法,严处这类违法行为。其次,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B《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。规范要根据实际情况及时修订。


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