養(yǎng)護(hù)條件和礦物摻合料摻量對混凝土回彈法檢測精度的影響

郭峰雷，葉慈彪，曾志勇，鐘林諺，孫盛佩

（1.臺州市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，浙江 臺州 318000；2.臺州四強(qiáng)新型建材有限公司，浙江 臺州 318000；3.臺州學(xué)院 建筑工程學(xué)院，浙江 臺州 318000）

0 引言

眾所周知，建筑工程中許多混凝土豎向構(gòu)件前期沒有很好養(yǎng)護(hù)會造成混凝土構(gòu)件表面失水，水泥不能正常水化，另外，高礦物摻合料混凝土由于混凝土中的 Ca（OH）2含量低，表面水分又少，使得后期的“二次”水化不能正常在構(gòu)件的表面進(jìn)行，再者，水泥水化生成的C-S-H 凝膠需要混凝土液相有一定濃度的 Ca（OH）2，否則 C-S-H 凝膠就會分解，因此沒有養(yǎng)護(hù)好和高礦物摻合料的混凝土容易造成構(gòu)件表面疏松層。這層疏松層，酚酞指示劑不呈紅色，是否為“假碳化”，這直接影響著回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的檢測精度。

基于上述背景，采用兩個強(qiáng)度等級的混凝土，研究不同養(yǎng)護(hù)條件和不同礦物摻合料摻量對碳化深度和抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律；對混凝土試塊抗壓強(qiáng)度值與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)回彈測強(qiáng)曲線換算的抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行對比，揭示兩個測強(qiáng)曲線與實際測量值之間的誤差規(guī)律；通過 XRD 分析混凝土表面層物質(zhì)成分，從而揭示混凝土中是否存在“假碳化”問題，為提高回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的檢測精度提供依據(jù)。

1 試驗研究過程

1.1 原材料

1.1.1 水泥

臺州海螺水泥有限公司生產(chǎn)的 P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，水泥的物理性能如表 1 所示。

表1 水泥的物理性能

1.1.2 粉煤灰

臺州三門電廠Ⅱ級粉煤灰，其物理性能如表 2 所示。

表2 粉煤灰的物理性能

1.1.3 礦粉

臺州美標(biāo) S95 礦粉，其物理性能如表 3 所示。

1.1.4 骨料

粗骨料：采用 5～25 mm 連續(xù)級配碎石。

細(xì)集料：C30 混凝土細(xì)集料采用福建產(chǎn)淡化砂，細(xì)度模數(shù)為 2.3；C50 混凝土細(xì)集料采用臺州臨海河砂，細(xì)度模數(shù)為 2.9。

1.1.5 外加劑

采用浙江某公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，減水率 20 %。

1.1.6 拌合水

試驗所用拌合水為自來水。

1.2 配合比

本試驗采用 C30 和 C50 強(qiáng)度等級混凝土作為研究對象，每個強(qiáng)度等級混凝土設(shè)計礦物摻合料低摻和高摻兩種摻量（低摻為 L，高摻為 H），低摻為粉煤灰 10 %+礦粉 10 %，高摻為粉煤灰 20 %+礦粉 30 %。具體配合比如表 4 所示。

表4 混凝土配合比

1.3 試件制作與養(yǎng)護(hù)

混凝土試件制作成型依據(jù) GB/T 50080—2016《普通混凝土拌和物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》［1］進(jìn)行，采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌 2 min 后于 150 mm 立方體試模中振動成型，采用中性脫模劑。試驗齡期采用 28、60、90、120、180 d，共 5 個齡期。每次同盤成型 4 組，澆水和不澆水養(yǎng)護(hù)各 2 組。

24 h 后拆模，在上表面寫上“等級、摻量（低摻為 L，高摻為 H 表示）、養(yǎng)護(hù)條件（不澆水為 A、澆水為 B）、齡期”。例如 C30 低摻量澆水養(yǎng)護(hù) 60 d 齡期的試塊，標(biāo)記為“C30LB60”。

將同盤成型的試塊拆模后按澆水與不澆水兩種養(yǎng)護(hù)條件，放到同一通風(fēng)室內(nèi)的兩個區(qū)塊進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，每組試塊表面朝上（見圖 1）。澆水養(yǎng)護(hù)按 GB 50666—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》［2］的要求，用土工布覆蓋試塊，至少早晚各澆水一次，保證試塊處于潮濕狀態(tài)，低摻澆水養(yǎng)護(hù) 7 d，高摻澆水養(yǎng)護(hù) 14 d。整個試驗過程從 2020 年 4 月 9 日開始至 2020 年 10 月 13 日結(jié)束。

圖1 混凝土試塊養(yǎng)護(hù)

1.4 試驗方法

1.4.1 混凝土回彈值和碳化深度測試

到達(dá)試驗齡期后，取出同盤成型的 4 組試塊（2 組澆水養(yǎng)護(hù)，2 組不澆水養(yǎng)護(hù)），分別在每塊試塊的兩個側(cè)面進(jìn)行回彈（每側(cè)面彈 8 個點），回彈結(jié)束后按規(guī)定的加荷速度將試塊壓至破壞，抗壓試驗結(jié)束后，用鋼筋劈開試塊，在回彈的兩個側(cè)面分別測量有代表性的部位碳化深度兩次，共 4 次取平均值，精確到 0.5 mm。

1.4.2 混凝土試塊表面層成分分析

用砂輪磨取混凝土試件表層，取得粉末樣品，通過 16μm 篩，裝入玻璃小瓶置于真空干燥箱 60 ℃ 干燥，3 d 后取出進(jìn)行 XRD 試驗。XRD 試驗采用德國 BRUKER AXS 公司生產(chǎn)的 D8 ADVANCE X 射線粉末衍射儀（見圖 2）定性分析粉末樣品的化學(xué)成分。

圖2 X 射線粉末衍射儀和粉末樣品

2 試驗結(jié)果與分析

C30 和 C50 混凝土養(yǎng)護(hù)條件和礦物摻合料摻量對碳化深度、抗壓強(qiáng)度及回彈法檢測精度的影響有許多相似的地方，本文僅對 C30 混凝土進(jìn)行討論分析；對于 C30 和 C50 混凝土的 XRD 試驗分別進(jìn)行了討論分析。

2.1 養(yǎng)護(hù)條件對混凝土碳化深度的影響

不同 C30 混凝土在各個齡期的碳化深度測試結(jié)果如表 5 和圖 3 所示。

表5 不同養(yǎng)護(hù)條件和礦物摻合料摻量的 C30 混凝土碳化深度 mm

圖3 不同養(yǎng)護(hù)條件和礦物摻合料摻量對 C30 混凝土碳化深度的影響

從表 5 和圖 3 可以看出，隨著齡期增長，空氣中 CO2不斷滲透入混凝土的內(nèi)部，從而使得 C30 混凝土的碳化深度不斷增大。不澆水低摻的 C30 混凝土碳化深度從 4.5 mm（28 d）增加到 9.5 mm（180 d），而澆水低摻的 C30 混凝土從 1.5 mm 增加到 4.5 mm，相差 3～5 mm；不澆水高摻的 C30 混凝土碳化深度從 5.0 mm（28 d）增加到 11.0 mm（180 d），而澆水高摻的 C30 混凝土從 1.0 mm 增加到 4.5 mm，相差 4～6.5 mm。

從中可以看出，養(yǎng)護(hù)條件對混凝土的碳化深度值影響很大；齡期越長，碳化深度差值也越大。對于不同礦物摻合料摻量養(yǎng)護(hù)條件相同的混凝土，澆水的碳化深度比較接近，不澆水的高摻碳化深度明顯高于不澆水的低摻碳化深度。這是因為，不澆水水泥沒有充分水化，表面不密實且產(chǎn)生的 Ca（OH）2量很少，碳化速度就越大；澆水養(yǎng)護(hù)下，水泥能得到充分的水化，無論高摻還是低摻表面相對密實且有夠量的 Ca（OH）2量，使得碳化深度相差不大。對于不澆水高摻量的混凝土，由于水泥礦物成分相對少，水化又不能正常進(jìn)行，使得混凝土表面產(chǎn)生的 Ca（OH）2更小，更不密實，所以不澆水高摻量的碳化深度要比不澆水低摻量的大。

2.2 養(yǎng)護(hù)條件對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

不同 C30 混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度測試結(jié)果如表 6 和圖 4 所示。

表6 不同養(yǎng)護(hù)條件和礦物摻合料摻量的 C30 混凝土抗壓強(qiáng)度 MPa

圖4 不同養(yǎng)護(hù)條件和礦物摻合料摻量對 C30 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

從表 6 和圖 4 可以看出，是否澆水養(yǎng)護(hù)對不同礦物摻合料摻量和不同齡期的 C30 混凝土抗壓強(qiáng)度都具有很大影響。當(dāng)?shù)V物摻合料摻量為低摻量時，相比澆水養(yǎng)護(hù)的 C30 混凝土試塊，不澆水養(yǎng)護(hù)的不同齡期混凝土試塊抗壓強(qiáng)度下降了 8.6～11.1 MPa；當(dāng)?shù)V物摻合料摻量為高摻量時，相比澆水養(yǎng)護(hù)的 C30 混凝土試塊，不澆水養(yǎng)護(hù)的不同齡期混凝土試塊抗壓強(qiáng)度下降了 11.0～18.9 MPa。從中可以看出，隨著礦物摻合料摻量增大，養(yǎng)護(hù)條件對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響更大；齡期越長，養(yǎng)護(hù)條件對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響也越大。這是因為，不澆水養(yǎng)護(hù)的混凝土缺水，使得混凝土中水泥水化和礦物摻合料的“二次水化”未能充分發(fā)揮，從而使得混凝土的后期強(qiáng)度低且增長緩慢。

雪螢在楓樹下一塊石頭上坐了下來，一杭便解下背上的包袱，拿出一塊餅干和一瓶礦泉水遞過去。雪螢望著河心一片手掌樣的紅葉，葉面向下，葉背向上，可以想象從樹上掉落時在風(fēng)中翻動的樣子，或者被流水帶走時在水里搖曳的樣子。現(xiàn)在，它一半浮在淤泥上，一半飄在流水里，一顫一顫地，讓人擔(dān)心它時刻要被沖走。

2.3 養(yǎng)護(hù)條件對混凝土回彈法檢測精度的影響

為研究養(yǎng)護(hù)條件對 C30 混凝土回彈法檢測精度的影響規(guī)律，檢測了澆水養(yǎng)護(hù)和不澆水養(yǎng)護(hù)的 C30 混凝土的回彈值和碳化深度，并分別依據(jù) JGJ/T 23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》和 DB33/T 1049—2016《回彈法檢測泵送混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行抗壓強(qiáng)度換算，測試和換算結(jié)果如表 7 所示。

表7 養(yǎng)護(hù)條件對 C30 混凝土回彈法檢測精度的影響

低摻和高摻不同養(yǎng)護(hù)條件的試塊抗壓強(qiáng)度與回彈換算強(qiáng)度分別表述如表 8～表 11，圖 5～圖 8 所示。

表8 C30 低摻不澆水養(yǎng)護(hù)回彈換算強(qiáng)度與試塊強(qiáng)度對比

表9 C30 低摻澆水養(yǎng)護(hù)回彈換算強(qiáng)度與試塊強(qiáng)度對比

表10 C30 高摻不澆水養(yǎng)護(hù)回彈換算強(qiáng)度與試塊強(qiáng)度對比

表11 C30 高摻澆水養(yǎng)護(hù)回彈換算強(qiáng)度與試塊強(qiáng)度對比

圖5 C30 低摻不澆水回彈換算強(qiáng)度、試塊強(qiáng)度與齡期關(guān)系圖

圖6 C30 低摻澆水回彈換算強(qiáng)度、試塊強(qiáng)度與齡期關(guān)系圖

圖7 C30 高摻不澆水回彈換算強(qiáng)度、試塊強(qiáng)度與齡期關(guān)系圖

圖8 C30 高摻澆水回彈換算強(qiáng)度、試塊強(qiáng)度與齡期關(guān)系圖

從表 8、9 及圖 5、6 可以看出對于 C30 低摻在不澆水養(yǎng)護(hù)下，按行標(biāo)換算強(qiáng)度平均高出試塊強(qiáng)度+21.1 %，而按地標(biāo)換算強(qiáng)度平均高出試塊強(qiáng)度+39.3 %；對于 C30 低摻澆水養(yǎng)護(hù)下，按行標(biāo)換算強(qiáng)度平均高出試塊強(qiáng)度+14.7 %，而按地標(biāo)換算強(qiáng)度平均高出試塊強(qiáng)度+26.8 %。從而說明低摻 C30 混凝土在不澆水養(yǎng)護(hù)條件的檢測誤差更大。

從表 10、11 及圖 7、8 可以看出對于 C30 高摻在不澆水養(yǎng)護(hù)下，按行標(biāo)換算強(qiáng)度平均高出試塊強(qiáng)度+18.0 %，而按地標(biāo)換算強(qiáng)度平均高出試塊強(qiáng)度+35.6 %；對于 C30 高摻在澆水養(yǎng)護(hù)條件下，行標(biāo)換算強(qiáng)度平均值與試塊強(qiáng)度比較接近，而按地標(biāo)換算強(qiáng)度平均高出試塊強(qiáng)度+12 %。同樣說明高摻 C30 混凝土在不澆水養(yǎng)護(hù)條件的檢測誤差更大。

從上分析可知，無論高摻、低摻、澆水養(yǎng)護(hù)、不澆水養(yǎng)護(hù)，行標(biāo)檢測結(jié)果產(chǎn)生的誤差比地標(biāo)的小；從澆水和不澆水養(yǎng)護(hù)來看，澆水養(yǎng)護(hù)的檢測結(jié)果產(chǎn)生的誤差小，不澆水養(yǎng)護(hù)的檢測結(jié)果產(chǎn)生的誤差大。這是因為無論行標(biāo)還是地標(biāo)在測強(qiáng)曲線建立時，試塊是按 GB 50666—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》的要求進(jìn)行前期澆水養(yǎng)護(hù)的，而在不澆水養(yǎng)護(hù)的試塊上檢測，使得混凝土表面硬度和強(qiáng)度的關(guān)系偏離了標(biāo)準(zhǔn)建立的測強(qiáng)曲線，就會產(chǎn)生較大誤差。由此可見在前期不澆水養(yǎng)護(hù)的構(gòu)件上檢測也是一樣。

2.4 混凝土表面層 XRD 分析

為研究分析不同養(yǎng)護(hù)條件下不同礦物摻合料摻量混凝土表面層的物質(zhì)成分，分別磨取了 C30、C50 五個齡期混凝土試塊表面的砂漿，研磨至通過 16μm 篩，置于真空干燥箱 60 ℃干燥 3 d，取出進(jìn)行 XRD 試驗。測試結(jié)果如圖 9～圖 13 所示。

圖9 28 d 不同強(qiáng)度等級混凝土表面層 XRD 圖譜

圖10 60 d 不同強(qiáng)度等級混凝土表面層 XRD 圖譜

圖11 90 d 不同強(qiáng)度等級混凝土表面層 XRD 圖譜

圖12 120 d 不同強(qiáng)度等級混凝土表面層 XRD 圖譜

圖13 180 d 不同強(qiáng)度等級混凝土表面層 XRD 圖譜

另外，從圖 9～圖 13 看出，對于 C30、C50 兩個強(qiáng)度等級的混凝土，無論是否澆水養(yǎng)護(hù)，還是礦物摻合料摻量多少，其 XRD 圖譜中均有方解石（CaCO3）的特征衍射峰，這說明不同齡期混凝土表面發(fā)生碳化是真實存在的，只是高摻 C50 混凝土的表面成分多樣化，碳化和其他礦物同時存在。

3 結(jié)論

通過本次試驗研究，得出如下結(jié)論。

1）混凝土前期不澆水養(yǎng)護(hù)與澆水養(yǎng)護(hù)相比大大地增加了混凝土各齡期的碳化深度，而且對高礦物摻合料混凝土增加更為明顯；混凝土前期不澆水養(yǎng)護(hù)，長齡期的碳化深度更大。

2）混凝土前期不澆水養(yǎng)護(hù)與澆水養(yǎng)護(hù)相比，大大地降低了各齡期抗壓強(qiáng)度，而且不澆水養(yǎng)護(hù)影響后期抗壓強(qiáng)度的發(fā)揮，對高礦物摻合料混凝土后期抗壓強(qiáng)度發(fā)揮影響尤其明顯。

3）前期澆水養(yǎng)護(hù)的混凝土采用回彈法檢測的檢測精度高于前期不澆水養(yǎng)護(hù)的混凝土。對于前期不澆水養(yǎng)護(hù)的混凝土，因檢測誤差太大，不應(yīng)直接采用回彈法進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的檢測，應(yīng)采用鉆芯法修正的方法進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測。

4）對于 C30 和 C50 兩個強(qiáng)度等級的混凝土，無論是否澆水養(yǎng)護(hù)，以及礦物摻合料摻量多少，在不同齡期其表面層 XRD 圖譜中均有方解石（CaCO3）的特征衍射峰，混凝土的碳化是確實存在，純粹的“假碳化”是不存在的。

5）高摻量 C50 混凝土表面的礦物種類增多，成分復(fù)雜，因而在回彈法測強(qiáng)時，不能把其表面層完全看作 CaCO3的“硬殼層”。Q