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回弹法检测混凝土强度的影响因素 发布时间:2017-04-27 新闻来源:CCPA外加剂应用技术分会

     (一)原材料的影响

混凝土是以水泥为主要胶凝材料,与水、粗、细骨料及矿物掺合料和外加剂等按一定配合比,经过均匀搅拌、成型及养护而成。混凝土的制作工艺简单,却是极其复杂的体系,主要表现在:原材料的来源非常广泛,形成的微结构是离散而非匀质的;微结构对环境中的温度、湿度以及时间有依赖性;水泥水化形成的胶凝物较为复杂,目前技术还难以测定。从而,混凝土具有微结构的复杂性和性能的不确定性,显示出了非线性体系的特点。

水泥和粗骨料的强度以及二者的粘结力很大程度上决定了混凝土抗压强度的大小。回弹法测定的是混凝土表面硬度,这个主要与水泥的强度有关,而与二者之间的粘结力大小以及混凝土内部性能的关系并不大。对于粗骨料对于回弹法的影响,国内外至今还无一致的看法。

1)水泥

国外大量研究表明,水泥品种是影响回弹法的重要因素之一,罗马尼亚采用影响系数法定义普通水泥的影响系数为1.0,而矿渣水泥的强度异于普通水泥,则影响系数为0.9。我国在制作混凝土常用的水泥品种有普通水泥、矿渣水泥、粉煤灰水泥、硅酸盐水泥及火山灰水泥等。水泥品种对于回弹法的影响,国内学者议论纷纷,一种观点是影响很大,需重点对其进行研究;另一种观点是考虑了碳化深度对回弹法的影响后,可以忽略水泥品种的影响。

浙江省建筑科学设计研究院对于这两种观点进行了试验研究,在其他原材料一致的前提下,选用三种水泥制作混凝土试件共一百多组,分别是普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥,试件标准养护7天后,放置空气中自然养护,在龄期分别为72890180天时进行回弹值、碳化深度值以及强度值的测定。试验结果如下:


1  dm=2mm 时不同品种水泥的"fcuR"测强曲线


2  dm=4mm 时不同品种水泥的"fcuR"测强曲线

如图1及图2中给出的是当dm=2mmdm=4mm时,不同品种水泥混凝土的测强曲线图,可看出混凝土强度值与回弹值之间的关系基本与水泥品种无关。当碳化深度为零或相同时,三种不同水泥制作的混凝土试件的抗压强度f回弹值R间的规律基本一致,并未因为水泥品种的不同而造成测强曲线"fcuR"有明显的差别。

2)粗骨料

粗骨料按形成方式可分为卵石(天然形成)和碎石(人工破碎),粗骨料品种对混凝土强度检测的影响,目前国内各地区还未得出一致的看法,做法也不统一。有认为粗骨料的品种对检测结果没什么影响;也有人持否定态度,并根据粗骨料品种的差异分别建立测强曲线。有一些国外资料显示,正常的骨料如卵石和多数碎石具有相似的相关关系;另一类观点是即使粗骨料的品种相同,也必须根据所在产地的不同得出不一样的相关关系。

福建省建筑科学研究院、浙江省建筑科学研究院在研究中发现不同石子品种对回弹法测强有一定的影响,主张按不同品种分别建立相关曲线。图3和图4为当dm=1mm时,福建省和浙江省地区回弹法卵石和碎石测强曲线对比。


3  dm=1mm福建地区的"fcuR"测强曲线

4  dm=1mm,浙江地区的"fcuR"测强曲线

由上可知,在某些地区,粗骨料的品种对于回弹法检测混凝土强度存在一定的影响,相同条件和回弹情况下,碎石的由于表面积大于卵石,与水泥的粘结力要好于卵石,可能由于骨料品种的原因而造成检测结果的不一致。故存在区分粗骨料品种进行曲线分析的必要性。与之相对应的是,全国统一测强曲线及陕西省、重庆市等地区测强曲线均未区分骨料品种进行分类计算。陕西省建筑科学研宄院及重庆市建筑科学研究院都分别通过大量对比试验及计算分析得出,不同石子品种对混凝土检测结果的影响并不明显,可不采用任何修正系数,没有分别建立曲线的必要性。现场测试过程中,同一品种石子的表面粗细程度及质量差别较大,也很难将石子品种调查清楚,根据石子品种不同分别考虑的方法反会引起测量误差,同时对于有些工程项目本身使用的就是混合的卵石和碎石或者破碎卵石,分类的测强曲线也未必可以保证检测精度。我国地域辽阔,气候相差较大,各地区混凝土材料品种多种多样,当粗骨料品种不作为影响因素时,可研究不同产地的粗骨料对混凝土检测结果的影响。

3外加剂的影响

我国建筑工程上的混凝土在制备时,常掺入各类外加剂改善其质量和性能,其中有改善混凝土拌合物流变性能的减水剂、泵送剂等;有调节混凝土凝结时间、硬化性能的缓凝剂、早强剂等;有改善混凝土耐久性的引气剂、防水剂等;还有改善混凝土其他性能的膨胀剂等。

国内各研究单位及众多学者在外加剂是否影响回弹法检测混凝土强度的课题上做了大量试验研究。陕西省及浙江省的科研机构分别都研究了木钙减水剂、三乙醇胺复合早强剂对回弹法测强的影响。试验表明,在外加剂掺量正常的情况下,基本没有影响。四川省建筑科学研究院对于混凝土是否掺入外加剂进行了平行对比试验,试验中混凝土的种类分别为不掺外加剂掺早强剂掺减水剂。得出的试验结论是:上述外加剂对于回弹法测强的影响并不显著。王亚军(2013)在研究回弹法测强曲线的试验中,考虑了膨胀剂对回弹法测强的影响,试验结果表明,膨胀剂的掺入使得混凝土的强度和回弹值都有所增大,原因应该是混凝土内部有大量空隙,而膨胀剂有效地填充了这些空隙,使得混凝土更加密实。通过试验数据可知,当膨胀剂的掺量控制在一个合理的范围内(<10%)时,混凝土的回弹法测强曲线基本是保持稳定的。同样也有些文献中指出,对于掺入引气性外加剂的混凝土,回弹法统一测强曲线不可用来对混凝土强度进行推定,需要建立专用测强曲线或试验修正后才能使用。

    (二)施工技术的影响

1成型方法的影响

有实验表明,混凝土在龄期和强度等级完全相同的情况下,成型方法的不同,也会造成回弹法检测结果的差异。有研究分别将C10C40的混凝土进行人工插捣和机械振捣(又分为适振、欠振、过振),振动以混凝土表面出浆时停止操作。试验结果如图5

                                   图5  成型方法的影响

不管是人工插捣或者是机械振捣,只要成型后的混凝土是密实的,回弹法检测混凝土强度的结果基本可以不受两种成型方式的影响。采用混凝土搅拌锅机械拌和,同时进行人工插捣。可消除拌制混凝土过程中的材料散失、不均匀性等对浇筑成型的影响,使得混凝土成型更加密实,也要尽量避免出现过振的现象,过振会让混凝土强度出现离散现象,这样可以减少成型方法对混凝土检测结果的影响。

2养护方法的影响

养护方法包括标准潮湿养护、自然养护和蒸压养护,其中规范规定,蒸压养护不适用于回弹检测。混凝土潮湿养护期内,强度检测值明显降低,混凝土的湿度也随着养护方式的不同而不同,则混凝土的含水率也是不同的,混凝土表面的硬度也将产生差异。相对来说,自然养护期内的混凝土强度检测值较高。对此,相关试验研究了针对 C40C60混凝土在标准潮湿养护和自然养护两种养护方式下不同龄期的回弹值反映,每种养护条件下,混凝土的龄期分别为714286090180d,试验结果如图6所示:


6   回弹值随龄期变化图

 相同龄期、同种强度下的混凝土在不同养护方式下的回弹值差异明显,自然养护条件下的混凝土所测得的回弹值比标准湿润养护条件下的要高得多。相同龄期、同种养护条件下的混凝土随着强度大小的差异回弹值也有所不同,对于低强度的混凝土,养护条件造成影响较为明显。相同强度、同种养护条件下的混凝土在早期受到湿度的影响较大,即养护方式的不同在早龄期混凝土中反应显著。对于回弹法统一测强曲线的使用条件是自然养护状态下的混凝土,对于标准湿润养护下的混凝土,需自然养护7天以上,检测时混凝土表面是处于干燥状态,否则不能采用统一测强曲线进行混凝土强度的推定,而应该建立专用测强曲线。

3碳化深度和龄期的影响

国内大量研究指出结构表面的碳化深度和龄期极大地影响了回弹法测量混凝土强度的准确度,国家规程已将碳化深度作为自变量,统一测强曲线综合回弹值和碳化深度值来推定混凝土强度值。混凝土在硬化过程中,环境条件对碳化反应产生影响。空气中的二氧化碳会和一定湿度下混凝土中的氢氧化钙发生化学反应,产成碳酸钙,而碳酸钙会在混凝土的表面凝结硬化而增强表面硬度。因此,随着混凝土表面的碳化深度的增大,使得表面硬度不断增加。如果环境中相对湿度在25%以下,二氧化碳氢氧化钙作用缺少足够的水分,则碳化将不会发生;理论上空气认为相对湿度在50%80%时,产生碳化反映的速度最快、深度也较大。混凝土中的水灰比对碳化反应产生影响。一般认为,随着水灰比的增大,或水泥的使用量的降低,混凝土的碳化反应将会加速。因此,施工过程中要严格控制混凝土的水灰比。有研究表明,选择合适的外加剂,可以有效地减缓混凝土的碳化速度,提高混凝土的质量。通常情况下,混凝土的碳化深度值与龄期成正比,即龄期越大,碳化深度值越大;回弹值大小又与碳化深度值成正比。下图7是全国统一测强曲线在不同碳化深度值的影响下的强度反映:


7 不同碳化深度下的"fcuR"测强曲线

 由图可知,在回弹值相同时,混凝土强度值与碳化深度值呈反比;强度值相同时,回弹值与碳化深度值呈正比,与理论也是吻合的。所以,碳化深度的存在使测得的回弹值比实际值偏大,故测强曲线中混凝土强度值与碳化深度值是成反比的。在实际工程混凝土检测中,如果碳化深度值dm0.5mm时,碳化对测量混凝土强度的结果的影响可不忽略不计;当碳化深度值dm6mm时,碳化的影响作用基本不变,可以按照dm=6mm处理。在建立测强曲线时,应将碳化深度值作为其中一个自变量来考虑。