碳化深度測定方法探討

混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度回彈檢測中碳化深度測定應(yīng)注意問題隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，高性能、高耐久性、綠色混凝土得到大量應(yīng)用；而要配制高性能、高耐久性、綠色混凝土必須使用大摻量礦物摻合料，如粉煤灰、磨細(xì)礦粉和硅灰等，其中又以粉煤灰、磨細(xì)礦粉最為常用。礦物摻合料首先因?yàn)楸人噙€細(xì)，填充了水泥漿中的孔隙，起到了集料填充效應(yīng)，使混凝土更加密實(shí)；其次，礦物摻合料中的主要成分（二氧化硅）通過與水泥一次水化后產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生二次、三次水化生成硅酸鹽凝膠，有微膨脹效應(yīng)，有效封閉了混凝土中有害的孔隙，提高了混凝土抗?jié)B性、密實(shí)性，提高了混凝土抗有害離子侵入的性能，從而提高了混凝土耐久性，使混凝土具有了高強(qiáng)度、高性能。而且，由于消耗了大量工業(yè)廢渣，起到了節(jié)能、環(huán)保的效果，使混凝土的生產(chǎn)走上綠色、環(huán)保之路。然而，一個問題隨之出現(xiàn)了?，F(xiàn)行回彈規(guī)范（《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》JGJ/T23-2011）測定碳化深度，主要方法是：在混凝土表面的測區(qū)采用適當(dāng)工具形成直徑 15mm的孔洞，其深度應(yīng)大于混凝土碳化深度，清除孔洞中粉末和碎屑（不得用水沖洗、擦洗），同時采用濃度為1%~2%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處，當(dāng)已碳化和未碳化界限清晰時，再用測深工具測已碳化與未碳化交界面（變紅色與未變紅色的交界面）到混凝土表面的垂直距離，測量不少于三次（每次精確至0.25mm），取其平均值（精確值0.5mm）。對于檢測泵送混凝土強(qiáng)度時，測區(qū)應(yīng)選在澆筑面的側(cè)面。現(xiàn)行規(guī)范測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時，除生成硅酸鹽、鋁酸鹽、鐵鋁酸鹽等膠結(jié)材料外，還生成氫氧化鈣；混凝土表面在與空氣接觸后，空氣中二氧化碳會通過混凝土表面孔隙滲入混凝土中與氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣，這就是所謂的“碳化”。氫氧化鈣是堿性的，遇酚酞會變紅；而碳酸鈣是中性的，與酚酞不變色。在混凝土表面的測區(qū)鑿出孔洞，滴入酚酞后，就可根據(jù)混凝土變色情況測出碳化深度。這在使用水泥一種膠凝材料時，現(xiàn)行回彈規(guī)范是沒有問題的，沒有任何干擾因素。但是在使用大摻量礦物摻合料混凝土中，膠凝材料就不是水泥一種，還有粉煤灰、磨細(xì)礦粉、硅灰等其它膠凝材料，這些礦物摻合料的共同特點(diǎn)是，它們會在二次、三次水化時，消耗掉混凝土中絕大部分氫氧化鈣。由于礦物摻合料消耗掉了水泥水化的大量的氫氧化鈣，就造成碳化深度測不準(zhǔn)；或由于混凝土中氫氧化鈣被消耗殆盡，混凝土滴酚酞后根本不變色，造成混凝土已完全碳化的假象（比實(shí)際的要偏大很多）。尤其在混凝土表面，由于施工單位澆筑柱和剪力墻混凝土?xí)r一般都會出現(xiàn)過振，造成混凝土表面浮漿過多，而混凝土中礦粉和粉煤灰在浮漿由于比較輕會遷移的比較快，而造成混凝土表面浮漿中礦粉、粉煤灰這些摻合料比其它地方多。這樣在這些區(qū)域氫氧化鈣就被礦物摻合料幾乎全部消耗掉，測碳化的孔洞中滴酚酞后根本不變色，造成混凝土已完全碳化的假象。1工程實(shí)例一1.1混凝土回彈強(qiáng)度某在建工程，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度C30，齡期50?60天，施工單位請當(dāng)?shù)刭|(zhì)監(jiān)部門用回彈法做結(jié)構(gòu)驗(yàn)收，混凝土為泵送混凝土。1.1.1測區(qū)平均回彈值從測區(qū)的16個回彈值中剔除3個最大值和三個最小值，余下的10個回彈值求平均值。1.1.2測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值見表1，泵送混凝土混凝土強(qiáng)度換算值的修正值見表2，均摘自JGJ/T23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)范》。表1咧區(qū)混凝土強(qiáng)度換算直 MPaf…--一關(guān)切底k,哭度宜:mi豆由旦禪密0CJ1C1.52CU302J4045；05.532.21(.)25115.3弭1Z.L22：21.52]71技[)A1京門If.5瓦L17.2W15.9XA22(件兀.11京1332627.52狂方據(jù)疽221方：212兀.41偵〕：3.1I"J2.ci小J皿22.JN七2J1ItJ1/J33.0WX.3W217:CJ2321C.117.133.2277直.325723722C21.2件15.3：3.717.333.￡蕓.J2317.12u24[22:31.42]71口33.6*17.4Z.2242工3lit21.7IS01'-住表2泵送溫瓣土混凝土強(qiáng)度換算值的修正值碌化舞度［mm)折壓強(qiáng)度(MP令0.0；OJ：1.0CTLK^40.0+4.54^.0+35口口 5XX如.D+1J 0.01.2s2.0產(chǎn)皿K^30.0+335+1J40.0~^0.0|53??一[0.0 及活1.1.3測區(qū)混凝土強(qiáng)度推定值的計(jì)算測區(qū)平均回彈值=測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值+泵送混凝土測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的修正值1.1.4測區(qū)混凝土強(qiáng)度回彈結(jié)果當(dāng)?shù)刭|(zhì)檢部門，在用回彈法做混凝土結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)碳化深度都異常大，均在4mm左右，有的混凝土鑿開滴酚酞后甚至根本不變紅，由于混凝土不可能完全碳化，該質(zhì)檢部門也按 4mm計(jì)算了。當(dāng)時該質(zhì)檢部門的檢測人員也對齡期僅 50?60天的混凝土，碳化竟如此深感到不可思議，但由于沒有找到原因，也沒有可依據(jù)的規(guī)范，得按實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算回彈結(jié)果，見表 3。夫3 叵1彈法刨J錚的溫;疑_1_弓雖建序m123 ，567sgID樁H斗墻杵廂瞄杵墻廂作4t墉29303422343233342S3633363E3633333334353536263235333433333032263533323231332P324031笑3M303532333431333334333434333334立J1或如心g*玉Q2對哉馬私w回彈值R29332632：3132342232232&323232上：132JJ32*333231333d3431313033333032223532322LI2722333囚3135393231303325343433313331293LI3233333J32323132333^313-d343D36343323乩3334甲均回璋造32；32.632.433032.522.532.932.332.433.1444匚mmj4■4444442D-32172D.L衛(wèi)口，20.33D.320.E2D.Q2D.121.1廖正固3333333333快，度HE定誼23.324.723.123023.323.323.82323.1二1在通過表3可知，該質(zhì)檢部門判斷該在建工程該批混凝土不合格。施工單位只得委托上一級質(zhì)檢部門做鉆芯取樣，實(shí)測混凝土強(qiáng)度。1.2混凝土鉆芯取樣強(qiáng)度施工單位為了對建筑物準(zhǔn)確做結(jié)構(gòu)驗(yàn)收，只得在做回彈的每個測區(qū)均委托了上一級質(zhì)檢部門做鉆芯取樣，實(shí)測混凝土強(qiáng)度。結(jié)果見表4。表4鉆林取樣弓雖度 MPa序號1 23457S910構(gòu)件境性眉墻柱墻增柱柱墻鉆芯取怦強(qiáng)度31.634.930.134.333.733634.030.133233.S表5鉆芯取樣強(qiáng)度與回彈推定值對比MP&序號1 234567S910構(gòu)件墻性扈墻柱墻墻牲柱墻鉆芯取麻強(qiáng)度31.634.930.134.333.733.634.030.133233.S回龔弼度推定值23.324.723.123.323.323323.S2323.124.1表S碳化深度為0.6mm時鉆芯取樣強(qiáng)度與回彈推定值對比 MPa平均回沸值2.533.632.433.032.532.532.932.332.433.1碳化陲度(tnm)0J0J0.50J0J0.5挽算值26.62S.436.427.426.6處.637326.326.427.6修正值4.^4.54.34.5心4.54.34.5心回慢牲度推定值31132.930.931P31131.13130.S30P321站芯取悻強(qiáng)度31.634.930134.333.733.634.030.133.233.S表7C3D混凝土配合比睨含比0田也'誡配程度(MF動水水泥粉煤荻礦粉砂子石■子聚檢酸 7d 2如ISO193 101 §6SO?1030 6.1 25.5 39.6二.瘀1.3回彈法測得的混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)嚴(yán)重偏差通過與鉆芯取樣獲得的混凝土實(shí)際強(qiáng)度對比，可以發(fā)現(xiàn)回彈法測得的混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真。（見表5鉆芯取樣強(qiáng)度與回彈推定值對比）其它12棟1?8層所有構(gòu)件的強(qiáng)度情況與上述這棟樓情況一樣，現(xiàn)行回彈法測得的混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真。由此可見，現(xiàn)行回彈規(guī)范在檢測該建筑群混凝土實(shí)體強(qiáng)度時，出現(xiàn)了嚴(yán)重偏差。那么問題出在哪里呢？2回彈法測得的混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真的原因分析2.1回彈法測得的混凝土強(qiáng)度出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真的原因在仔細(xì)分析后，首先發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象，如果碳化深度為0.5mm，那么回彈強(qiáng)度推定值就與鉆芯取樣獲得的混凝土強(qiáng)度實(shí)際值非常接近。（表6碳化深度為0.5mm時鉆芯取樣強(qiáng)度與回彈推定值對比）由此可見，現(xiàn)行回彈規(guī)范在檢測該建筑群混凝土實(shí)體強(qiáng)度時，出現(xiàn)了嚴(yán)重偏差的原因主要是碳化深度的測定出現(xiàn)了嚴(yán)重偏差和失真。那么為什么在碳化深度測定時出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真呢？2.2碳化深度測定時出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真的原因通過了解該C30混凝土配合比（見表7）認(rèn)為主要原因如下：從混凝土配合比分析，水泥使用的是冀東P-O42.5水泥（28天強(qiáng)度達(dá)到51MPa）、粉煤灰為優(yōu)質(zhì)II級粉煤灰（細(xì)度僅12%），礦粉是合格的S95級礦粉（7天活性指數(shù)達(dá)到82%,28天活性指數(shù)達(dá)到101%），砂為II區(qū)中砂，石子為5?25mm連續(xù)粒徑；外加劑用的是減水率高達(dá)25%的聚羧酸；取代前水泥用量為363kg,取代前水灰比0.5；膠材用量380kg,水膠比0.47；7天強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%、為25.5MPa,28天強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的132%、為39.6MPa；完全符合相關(guān)國家規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。該配合比很好應(yīng)用了目前混凝土配合比設(shè)計(jì)的先進(jìn)理念，使用了大摻量的礦物摻合料，不僅大大提高了混凝土耐久性，充分滿足了強(qiáng)度要求，而且還符合節(jié)能、環(huán)保的先進(jìn)理念，消耗了大量工業(yè)廢料。該混凝土在水化時水泥會率先水化，這一過程也被稱作“一次水化”，生成硅酸鹽、鋁酸鹽、鐵鋁酸鹽等膠結(jié)材料外，還生成氫氧化鈣；隨后礦粉會和水泥水化后生成的氫氧化鈣反應(yīng)生成硅酸鹽凝膠，這被稱作“二次水化”；最后，粉煤灰才會和混凝土中剩余的氫氧化鈣反應(yīng)生成硅酸鹽、鋁酸鹽凝膠，這被稱作“三次水化”。粉煤灰之所以水化晚于礦粉，是由于礦粉是物理破碎，細(xì)度較細(xì)，表面能及時充分地與氫氧化鈣接觸、反應(yīng)；而粉煤灰由于是電廠靜電除塵所得的原狀灰，顆粒為玻璃球狀體，表面非常致密，故它與氫氧化鈣充分反應(yīng)前，先有個氫氧化鈣腐蝕玻璃球狀體表面的破壁過程，然后玻璃球狀體中的二氧化硅、三氧化二鋁再與氫氧化鈣反應(yīng)，所以反應(yīng)要慢于礦粉。從上述大摻量礦物摻合料混凝土水化反應(yīng)機(jī)理可以看出，礦粉、粉煤灰在二次水化及三次水化過程中，消耗了大量水泥一次水化時生成的氫氧化鈣及原材料帶入的氫氧化鈣。而且，在墻、柱等結(jié)構(gòu)施工時，由于鋼筋比較密集，施工人員為了將混凝土振搗密實(shí)，往往振搗時間過長，甚至過振，在這一過程中，由于礦粉、粉煤灰比較輕，它們會隨著振搗過程遷移到墻、柱等結(jié)構(gòu)表面，使混凝土表面1cm左右相對其它部分礦物摻合料較多，這就導(dǎo)致了混凝土表面1cm左右的混凝土中氫氧化鈣消耗比混凝土其它部分更大，甚至消耗殆盡。這樣，最終導(dǎo)致了現(xiàn)行回彈規(guī)范測定碳化深度時產(chǎn)生巨大偏差，甚至混凝土?xí)霈F(xiàn)在鑿出的測洞中滴入酚酞試劑后，混凝土不變色的現(xiàn)象，給人以混凝土碳化已經(jīng)非常深的假象（實(shí)際上是表層混凝土中氫氧化鈣被礦粉、粉煤灰消耗殆盡；而不是氫氧化鈣與空氣中二氧化碳進(jìn)行了碳化反應(yīng)）。3工程實(shí)例二某工地驗(yàn)收時，某些品德低下的質(zhì)檢人員，起初故意把碳化深度測得很大，一個多月的混凝土實(shí)體，他們測出來的碳化深度居然達(dá)到5mm以上。導(dǎo)致C30混凝土回彈值達(dá)到35~36MPa時，推算的強(qiáng)度都不合格。經(jīng)過潛規(guī)則后，第二次復(fù)測時把碳化深度改成2mm，就全部合格了。有些質(zhì)檢人員（包括我們的檢測人員）根本不知道什么是碳化，全然不顧碳化是空氣中稀薄的二氧化碳（空氣中二氧化碳含量0.03%），并且要通過混凝土表面的空隙滲透進(jìn)去，與水泥水化后形成的氫氧化鈣起化學(xué)反應(yīng)后才能完成碳化；全然不顧碳化是一個極其緩慢的過程；也全然不顧摻加摻合料的混凝土表面有可能因?yàn)閾胶狭显谶@個區(qū)域較多，消耗掉了混凝土氫氧化鈣，有可能測不到氫氧化鈣，而誤判為全部碳化的事實(shí)。實(shí)際上，碳化是一個非常緩慢的化學(xué)反應(yīng)過程，一般2個月左右，結(jié)構(gòu)驗(yàn)收時，混凝土的碳化深度一般不會超過0.5mm。所以我們在平時自檢和交工驗(yàn)收時要特別注意碳化深度的檢測。（特別注意對于一些道德品質(zhì)低下的一些質(zhì)監(jiān)部門人員，他們會充分利用了規(guī)范，把碳化深度作為折騰混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)收利器，作為獲取黑色收入的卑鄙手段）4對如何