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混凝土回弹法测强中假性碳化
发布人：admin 发布时间：2009年11月24日 被浏览 9108 次

混凝土回弹法测强中假性碳化

童寿兴
（同济大学材料科学与工程学院,上海200092）
【摘  要】   混凝土的碳化作用能提高其表面的硬度，现行无损检测规程把碳化深度作为回弹法测强的一个修正参量来采用。研究发现在某种场合用酚酞试剂测定到的碳化值，不一定是实质意义上氢氧化钙和二氧化碳反应生成的碳酸钙现象。这疑似混凝土碳化深度值实际是混凝土表层失碱产生的中性化现象，研究揭示了回弹法检测中酚酞试剂指示的假性碳化对混凝土检测强度评判的误区。
【关键词】   混凝土   碳化  回弹法  检测
 
1.前言
硅酸盐水泥主要由石灰质原料和粘土质原料组成。石灰质原料提供氧化钙，氧化钙是碱性物质。新拌混凝土由于水化作用形成氢氧化钙，水泥浆在空气中硬化时，表层水化形成的氢氧化钙就会与空气中的二氧化碳生成碳化钙，这被称为混凝土的碳化作用。混凝土的碳化速度及碳化深度与混凝土水灰比有关，还与混凝土所处的的环境条件：如空气中的二氧化碳浓度，空气相对湿度有关。由于碳化收缩，碳酸钙的生成能提高混凝土表面的硬度，在回弹法检测强度时提高了回弹值读数，而且碳化深度与混凝土的龄期接近正比，因此我国在早期的回弹法测定混凝土强度技术的研究中，为了克服混凝土碳化及龄期对回弹法测强的影响，就把碳化深度作为一个参量来采用，使之成为一个反比的系数，当回弹值相当时，碳化深度值越大其对应的混凝土检测强度值越低。
我国现行无损检测规程JGJ/T23-2001(回弹法检测混凝土抗压强度技术规程)[1]中规定了测量碳化深度的方法：采用浓度为1%的酚酞酒精溶液测量已碳化与未碳化混凝土交接面到混凝土表面的垂直距离，读数精确至0.5mm，大于6mm以上时以6.0mm计。这种检测混凝土碳化的方法已经使用了几十年。酚酞酒精溶液是一种指示剂，它可以成为混凝土是否碳化的一种检测方法，但广义上讲酚酞试剂是一种对物质进行酸，碱性检测的指示剂，有时它所指示的上述界面到混凝土表面的垂直距离并不一定是混凝土的碳化层。如果当被测混凝土表面受到了某化学物质的侵蚀，比如混凝土试块成型时的立方体试模，或工地浇筑混凝土架支的模版，采用了酸性脱模剂而使与模板接触的混凝土表面失碱产生的中性化现象，并不是真正意义上的回弹检测中的碳化事实，这种假性碳化现象，对混凝土表面硬度没有多少提高，当然回弹值也并不提高，但由此计算的回弹强度值却因这假性碳化深度的引入而较大程度的
锐减，甚至致使判定检测工程质量的不合格，如不适时纠正将会造成财产的巨大损失。本文通过某一回弹法测强课题的研究中偶尔发现的混凝土表层中性化现象，揭示了回弹法检测中假碳化现象对混凝土检测强度评判的误区。
 
2.问题的提出
某一研究课题成型了一批150mm×150mm×150mm的立方体试块，设计混凝土强度等级为C20、C30、C40、C50等，在混凝土试块上进行回弹、抗压强度检测的混凝土龄期分别为14、28、60、90、120天。每组试块的回弹平均值、碳化深度及极限抗压强度平均值见表1。
 
表1检测数值

检测项
设计混凝土强度等级
C20
C30
C40
C50
14天
回弹值
27.9
31.7
33.4
35.0
碳化深度（mm）
-
-
-
-
抗压强度（Mpa）
17.0
24.5
31.0
42.2
28天
回弹值
30.4
33.7
35.1
39.1
碳化深度（mm）
3
2
2
1
抗压强度（Mpa）
20.7
31.3
36.5
48.9
60天
回弹值
34.3
38.5
41.0
43.5
碳化深度（mm）
4
3
3
2
抗压强度（Mpa）
27.3
37.6
46.8
56.3
90天
回弹值
35.5
40.1
42.0
43.4
碳化深度（mm）
5
4
4
3
抗压强度（Mpa）
28.4
40.8
46.5
60.0
120天
回弹值
37.3
43.2
46.0
48.8
碳化深度（mm）
5
5
4
3
抗压强度（Mpa）
35.5
47.7
53.2
64.4

注： 14天碳化深度值未做测量试验
 
从表1的检测数据可以得知：
1）随混凝土设计强度等级的提高及混凝土龄期的增长，其回弹值和抗压强度也提高，而且回弹值R与抗压强度f几乎成线性关系： f=-45.5+2.248R 、直线方程相关系数r=0.94、平均相对误差δ=±8.6%。
2）混凝土的碳化深度随混凝土的龄期逐渐增加，但是碳化深度值有些怪异。该批试块按计划成型一天拆模后放入水中养护一周，然后移至室外进行自然养护。按以往经验，放入水中养护一周龄期为14天的混凝土几乎没有碳化，故没有检测14天龄期的混凝土碳化值，但28天龄期的碳化值却出乎意料的大。
3）将表1中20对回弹值直接代入文献[1]（取碳化值为零），把查得的回弹强度值与实际抗压强度值作比较，其负误差为6个，正误差为14个，平均相对误差δ为18.3%；同样，将16对回弹值、碳化值代入文献[1]，查得的回弹强度值与实际抗压强度值作比较，16个全体为负误差，即回弹强度值全体小于实际强度值，平均相对误差δ为24.0%，即同批试块引入碳化之后得到的回弹强度值误差更大，显然回弹强度值与实际强度值之间存在系统性偏差。
 
3.疑似混凝土碳化深度值
回弹法检测混凝土强度规程中引入碳化深度值，能克服混凝土的长龄期影响因素、且能显著提高无损检测的精度，这一公认的事实为什么在本次试验中不能得到体现？回弹强度值与实际强度值之间存在系统性偏差的原因是什么？在现场观察到，同一试块6个面上的碳化值不尽相同，有些同一组3块试块的碳化值也不尽相当，甚至没法取其平均值。有些试块底面和侧面的碳化值大、成型面碳化值很小或为零。这和自然规律相左：室外自然养护时，试块的成型面朝上，底面直接放在支承体上，因场地小，试块较集中，其间距也比较小，相对而言，底面和侧面较成型面于空气的接触少，但却有较大的碳化测量值。如此反常现象使疑点集中在脱模剂上，脱模剂使用的是废机油，经PH检测PH值为5，呈酸性。将试块成型面及底面中各放置1根 Φ12钢筋，在压力机上作劈裂破坏，从被劈开的正方形截面上用肉眼就清晰可见：除成型面一边的另外三条边旁有或宽或窄成条状的灰色印痕，用1%浓度酚酞酒精溶液点滴，该灰色印痕呈非碱性反映，这灰色的印痕并不是实质意义上氢氧化钙和二氧化碳反应生成的碳酸钙，只不过是混凝土表层被污染或酸、碱性物质中和形成的混凝土试块表层中性化现象，揭示了是试模上的脱模剂造成了混凝土表面的疑似碳化值。
 
4.工程实例
某一工程混凝土设计强度等级C30，采用回弹法检测混凝土强度。因有一部分设备基础构件不具备侧面水平检测的条件，这些构件在基础成型面上进行回弹检测并按回弹检测规程进行测试角度与检测面的修正后计算回弹强度，对具备能进行侧面回弹的构件尽可能水平检测。结果发现成型面和侧面这二个面上的回弹测定强度显著差异。有代表对比性构件的回弹法测定强度结果见表2。
              
表2部分构件检测结果

构件检测面
回弹值
碳化值（mm）
回弹法测定强度
（Mpa）
1#成型面
27.8
0
32.4
2#成型面
28.3
0
33.1
1#侧面
32.7
2
26.8
2#侧面
33.0
2
27.3

表2构件检测面的一个区别是测试角度、检测面状况不同；另一个区别就是混凝土浇筑时成型面上无模板、侧面上架设有模板，二者的回弹差值约为5左右，但成型面上混凝土的碳化深度为0，侧面上的碳化深度为2mm。同批混凝土同龄期在统一施工环境中成型养护，同一构件的成型面和侧面成直角的二个面上竟有2mm的碳化区别。经询问该工程使用的脱模剂是酸性脱模剂。同一构件在成型面上检测的回弹值经测试角度、检测面修正后与侧面的回弹值相当。因无碳化值，其回弹法测定混凝土强度大于30 Mpa，可满足混凝土设计强度要求，但侧面上检测的回弹值经碳化值修正，却得到不满足混凝土设计强度要求的结论。
 
5.结论
（1）采用废机油或酸性脱模剂成型的混凝土，其模板结合面的表层混凝土，用酚酞酒精溶液测定到的碳化值，不一定是实质意义上氢氧化钙和二氧化碳反应生成的碳酸钙，这疑似碳化现象只不过是碱性混凝土受到脱模剂侵蚀后的中性化反映。
（2）现行无损检测规程把碳化深度作为一个参量用来克服某些混凝土回弹法测强的影响因素：当回弹值相当时，测量到的碳化深度值越大其对应的混凝土检测强度值越低，回弹法检测中存在假碳化现象对混凝土检测强度评判的误区。
（3）当在短龄期混凝土检测到大数据碳化值或对碳化值有怀疑时，可打磨掉混凝土表层疑似碳化层后进行回弹验证，但此时应避免裸露石子对回弹测值的影响，并应及时询问工程中使用的混凝土脱模剂种类，避免假碳化值对混凝土回弹检测强度的误导。
 
参考文献
[1]中华人民共和国行业标准.JGJ/T23:2001回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.
作    者
童寿兴，男，1952，副教授，电话：021-65024210，Email:tongshouxing@126.com

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