結構混凝土標養期后的強度變化規律研究

孫 華，謝秀萍，黃麗卿

(福建林業職業技術學院，福建 南平 353000)

混凝土的強度按照國家規范規定28 d達到期望強度值，但是該值并不是強度的終點值[1]。無論是在實驗室標準條件的養護，還是在自然條件下的養護，隨著時間的增長，工程結構混凝土抗壓強度在一定的溫度和濕度的環境下，結構內部的水泥會持續水化，其強度也會有所增加[2]。一般采用回彈儀對工程結構混凝土進行無損檢測，根據碳化深度來確定混凝土的強度值[3]。現著重探究在原材料相同、配合比相同、相同養護條件下，結構混凝土隨著養護齡期的變化，其抗壓強度所產生的變化，旨在研究結構混凝土后28 d的抗壓強度的變化規律。

1 試驗對象

本研究試驗在某高校的一座11層新建的學生公寓內，主體結構為框架結構，樓板混凝土采用C25強度的商品混凝土。其中采用P.045.5水泥，細集料用中砂，細度模數為2.8～2.9，表觀密度為2 560～2 630 kg/m3，粗集料Ⅰ為連續級配5～25 mm的碎石，表觀密度2 620～2 940 kg/m3，粗集料Ⅱ為單粒徑16～31.5 mm碎石，表觀密度為2 600～2 670 kg/m3，摻和料為某粉煤灰廠生產的F類Ⅱ級粉煤灰，外加劑為XB-HWRR緩凝高效減水劑。樓板混凝土配合比，見表1。

表1 混凝土配合比

由于大樓單層的面積較大，每一層面積為1 530 m2，考慮到澆搗時長和模板利用率，因此每一層都分成兩部分澆搗，以后澆帶位置分界，1軸到后澆帶為一部分，下文簡稱A部份，后澆帶到19軸為另一部份，下文簡稱B部份。采用機械攪拌，非泵送施工方法，成品混凝土的坍落度為100 mm，表觀密度2 370 kg/m3，每批次的澆搗時間見表2。

表2 樓層澆搗時間(2014年)

注：時間為月-日。

2 試驗方法

2.1 試驗儀器

試驗采用ZC3-A型回彈儀，標準能量為2.207 J，示值系統為指針直讀式，其技術性能及主要參數均符合國家計量檢定規程《混凝土回彈儀》(JJG 817-2011)的規定。其工作原理是用一彈簧驅動彈擊錘，通過彈擊桿彈擊混凝土表面所產生瞬時彈性變形的恢復力，使彈擊錘帶動指針彈回，并指示出彈回的距離[4]。以回彈值(彈回的距離與沖擊前彈擊錘至彈擊桿的距離之比，按百分比計算)作為混凝土抗壓強度相關的指標之一，來推定混凝土的抗壓強度。它是用于無損檢測結構或構件混凝土抗壓強度的一種儀器。

碳化深度測定采用HT-2型混凝土碳化深度測量儀，測量范圍0～25 mm，測量精度0.01 mm。混凝土的碳化是指混凝土中的Ca(OH)2與空氣中或水中溶的CO2或其它酸性物質反應，變成CaCO3而失去堿性的過程。按1%配合比制作的酚酞酒精溶液，就是利用酸堿反應來測定混凝土的碳化深度的，酚酞遇到碳化的酸性表面呈現無色狀態，遇到尚未碳化的內部堿性混凝土，則指示為紅色。

2.2 試驗準備

根據規范要求，回彈儀使用之前要進行率定試驗，本次率定試驗在環境溫度22℃的室內，鋼砧放置在室內混凝土地板上，將鋼砧的表面用干布擦凈清潔。率定分4個方向進行，彈擊桿每次旋轉90°，彈擊桿每旋轉一次所測得3次率定值[5]。本試驗準備共檢測回彈儀12次，東南西北方向各3次，數據見表3。結果表明，在4個方向上的率定均值在國家規范要求的80±2范圍之內，說明該回彈儀符合測量的標準，可以作為本實驗儀器。

表3 回彈儀率定試驗數據

2.3 試驗過程

本試驗的大樓各層混凝土澆搗的時間都不一致，同一層再分成兩個時間澆搗，測量的時間2014年5月5日，對象是2～10層樓面進行測量，測量時11層的樓面模板尚未拆除，因此本試驗只對2～10層采集原始數據進行分析。根據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》(JGJ-T23-2011)的要求，測區不少于10個，本試驗測區共分成18個測區，每個測區布置16個測點，各個測點在測區范圍內均勻分布，相鄰兩測點的凈距離大于2 m，測點距外露鋼筋、預埋件的距離大于50 cm，測點選擇在均勻的混凝土面上，垂直方向測量，且同一測點只彈擊一次。測量過程和測點的布置都符合國家規范的要求。各層次的澆搗到回彈測定的時間長度，見表4。

表4 各測區混凝土養護的時間 d

回彈測量完后，在有代表性的測區上測量碳化深度值，按規定要求測點數不少于測區數的30%[5]。本試驗選9個測點，在各個測點用鋼釬開鑿直徑為20 mm的孔洞，深20 mm。用吹耳球吹去孔洞內的粉末和碎屑，用1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內壁邊緣處，用數顯碳化深度測定儀測量混凝土表面至碳化與未碳化的分界處，測量3次，取平均值，數據精確到0.5 mm。

3 數據分析

3.1 回彈模量測量數據

根據測量各測點得出的回彈模量值Ri，見表5。

表5 各測點回彈模量值Ri

3.2 回彈模量修正值

根據規范規定計算測區平均回彈值時，應從該測區的16個回彈值中剔除3個最大值和3個最小值，其余的10個回彈值按公式(1)計算，計算的結果，見表6。

。

(1)

式中：Rm為測區平均回彈值，精確至0.1；Ri為第i個測點的回彈值。

根據參考文獻[5]的規定，水平方向檢測混凝土澆筑表面時，平均回彈值需按公式(2)進行修正。

(2)

根據文獻[5]附錄D中查詢，用內插法得出本實驗的各個測區修正后的回彈值，見表6。

3.3 碳化深度值

回彈測量完畢后，進行各測區的碳化深度測量，本試驗共測量9個測點，具體結構混凝土碳化深度測量值，見表7。

表6 澆筑表面回彈修正值

表7 測區碳化深度測定值dm

3.4 混凝土強度換算值

表8 混凝土強度換算值 MPa

按規程規定，當測區數大于10個以上的時，應進行強度平均值和標準差的計算。本試驗測區有18個，強度平均值和標準差的計算公式，按公式(3)和公式(4)進行計算。

。

(3)

。

(4)

3.4 不同后齡期混凝土強度的變化規律

混凝土在28 d的養護期結束后其強度的變化值，見表9。

表9 不同后養護期混凝土強度換算值

以養護齡期作為X軸，強度換算值為Y軸，建立直角坐標系，各測區結構混凝土在其養護時間下，其強度換算值散點趨勢，如圖1所示。

圖1 后28 d混凝土強度換算散點圖

根據散點圖，利用EXCEL軟件內的數據分析功能，對有典型趨勢的28～80 d強度換算值進行回歸分析，采用線性分析、對數分析、乘冪分析、多項式分析等分析方法[6]，擬合結果如圖2～圖5所示。

圖2 線性分析

圖3 對數分析

圖4 乘冪分析

圖5 多項式分析

從上述的分析方法可知，最符合散點圖分布趨勢的應該是多項式分析方法，后28 d強度換算值與養護齡期的關系公式，選擇公式(5)。

Y=-0.001 7X2+0.297 7X+8.511 6。

(5)

式中：X為后28 d養護齡期，d；Y為強度換算值，MPa。

3.6 影響后齡期強度換算值的因素分析

本試驗采用回彈儀來測定28 d后混凝土的回彈模量，而后根據混凝土表面的碳化深度來換算混凝土的強度值。試驗數據來源于正在施工中的學生公寓內的樓面結構混凝土。因此影響回彈模量和碳化深度的因素比較多樣化，根據國內的研究表明[7]，主要影響因素還是從以下幾個方面進行分析。

3.6.1 原材料

本次試驗針對的是同一種標號的同一廠家生產的水泥，沒有對不同標號和種類的水泥進行試驗對比，但根據國內研究表明，普通水泥、礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥等常用水泥對混凝土回彈模量的測定都沒有什么顯著的影響，其影響主要是體現在碳化深度上面。本試驗采用了碳化深度作為換算的條件，因此不考慮水泥種類和強度的影響。

對于混凝土中的粗骨料，其強度符合要求，符合篩分曲線的石子粒徑，無論是哪種品質的石子，基本上對回彈模量沒有什么影響，這在國內的研究已經成定論[8]。但粗骨料的最大粒徑也不能太大，應符合國家規范的要求，否則會影響回彈模量的取用值。對于混凝土中的細骨料，只要是符合國家的采用標準，基本對混凝土的回彈強度沒有影響。外添加劑為普通的高效減水劑，也對回彈測強沒有顯著的影響[7]。

3.6.2 結構混凝土的齡期

混凝土在0～28 d的標準養護時間內，0～14 d的時間段由于水泥水化熱的作用，結構混凝土基本沒有硬化，但其強度增加很快，此階段不能進行回彈強度的測定。21 d后混凝土已經基本硬化，其表面出現明顯的碳化現象，對測定回彈值會產生一定的影響[7]。28～80 d混凝土的強度已經形成，其表面的碳化深度也趨于一致，此階段后比較適合用回彈儀來測定強度值。80 d后混凝土強度基本沒有什么變化，但是其碳化深度在逐步加深，對測定的結果影響較大。

3.6.3 成型的方法

混凝土成型的方法分成兩種，一種為機械振搗工藝成型，另一種為人工振搗工藝成型。研究表明，混凝土經過密實成型后，人工插搗成型與機械振動成型的混凝土回彈法測強曲線非常接近，因此制定回彈測強曲線時不必考慮成型方法的影響。但是如果采用別的成型技術，如離心法等，需要做進一步的試驗研究方可使用，否則會帶來較大的誤差[9]。

3.6.4 養護條件

本試驗是在一座在建的學生公寓中進行的，混凝土的養護條件不屬于標準養護條件，而是屬于自然養護條件，自然養護條件與標準養護條件最主要就表現在溫度和濕度的影響不同。標準養護采用濕養護，以在養護期內連續保持濕潤狀態，混凝土強度值在齡期內隨濕度增高而增長[10]。自然養護條件下，混凝土因為失水會造成水泥水化熱不充分，后期的強度增加比較緩慢，甚至還會出現倒退的現象。濕度太大或在水中進行養護，與干燥的狀態下養護相比，其早期或后期的強度都要高，但由于表面濕度的影響，硬度會被水軟化，其回彈測定值反而有所降低。有研究表明，養護方法對混凝土的強度形成有較大的影響[11-12]。

3.6.5 模板的性能

模板的影響主要體現在模板的吸水性能上，木模板會吸收混凝土表面上的水分，改變混凝土表面的水灰比，使混凝土表面的硬度增大，其實混凝土的內部強度并沒有達到表面的強度值，影響了回彈模量數據的準確性。通常采用鋼模，并在鋼模的內壁涂以少量礦物油輔助脫模，這種方法能盡量保證強度測定的準確性。

3.6.6 施測的位置

測區的表面應為混凝土原漿面，應清潔、平整，不應有疏松層、浮漿、油垢、涂層以及蜂窩、麻面。本試驗在施工中的樓面上進行，選擇測區的位置都有一定的代表性，避開梁、柱的位置，避開鋼筋的位置，測量時將測點位置的表面泥灰清掃干凈，選擇沒有氣孔和外露石子的平整測點，兩個測點之間的距離控制在2 m以上。

4 結 論

在標準養護齡期過后，結構混凝土由于內部水化熱的持續，其強度依然會緩慢提升，當齡期到80 d左右時，強度達到最大值，比28 d的強度大

約可以提高20%～30%。

在齡期80 d之后，由于結構混凝土表面的碳化原因，其碳化修正值略高，強度換算值反而有所降低，100 d后強度換算值趨于一定值。

結構混凝土在自然條件下養護28～80 d，采用線性分析、對數分析、乘冪分析、多項式分析對其強度換算值的變化規律與齡期的關系進行擬合，對比擬合結果，最終確定其關系可采用多項式公式：Y=-0.001 7X2+0.297 7X+8.511 6來表示。

【參 考 文 獻】

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