回彈法檢測混凝土強度的影響因素!

建築 逢甲大學 化學 消息鋪子 2017-04-29

(一)原材料的影響

混凝土是以水泥為主要膠凝材料,與水、粗、細骨料及礦物摻合料和外加劑等按一定配合比,經過均勻攪拌、成型及養護而成。混凝土的製作工藝簡單,卻是極其複雜的體系,主要表現在:原材料的來源非常廣泛,形成的微結構是離散而非勻質的;微結構對環境中的溫度、溼度以及時間有依賴性;水泥水化形成的膠凝物較為複雜,目前技術還難以測定。從而,混凝土具有微結構的複雜性和性能的不確定性,顯示出了非線性體系的特點。

水泥和粗骨料的強度以及二者的粘結力很大程度上決定了混凝土抗壓強度的大小。回彈法測定的是混凝土表面硬度,這個主要與水泥的強度有關,而與二者之間的粘結力大小以及混凝土內部性能的關係並不大。對於粗骨料對於回彈法的影響,國內外至今還無一致的看法。

(1)水泥

國外大量研究表明,水泥品種是影響回彈法的重要因素之一,羅馬尼亞採用影響係數法定義普通水泥的影響係數為1.0,而礦渣水泥的強度異於普通水泥,則影響係數為0.9。我國在製作混凝土常用的水泥品種有普通水泥、礦渣水泥、粉煤灰水泥、硅酸鹽水泥及火山灰水泥等。水泥品種對於回彈法的影響,國內學者議論紛紛,一種觀點是影響很大,需重點對其進行研究;另一種觀點是考慮了碳化深度對回彈法的影響後,可以忽略水泥品種的影響。

浙江省建築科學設計研究院對於這兩種觀點進行了試驗研究,在其他原材料一致的前提下,選用三種水泥製作混凝土試件共一百多組,分別是普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥,試件標準養護7天后,放置空氣中自然養護,在齡期分別為7、28、90、180天時進行回彈值、碳化深度值以及強度值的測定。試驗結果如下:

回彈法檢測混凝土強度的影響因素!

圖1dm=2mm 時不同品種水泥的"fcu−R"測強曲線

回彈法檢測混凝土強度的影響因素!

圖2dm=4mm 時不同品種水泥的"fcu−R"測強曲線

如圖1及圖2中給出的是當dm=2mm和dm=4mm時,不同品種水泥混凝土的測強曲線圖,可看出混凝土強度值與回彈值之間的關係基本與水泥品種無關。當碳化深度為零或相同時,三種不同水泥製作的混凝土試件的抗壓強度f回彈值R間的規律基本一致,並未因為水泥品種的不同而造成測強曲線"fcu−R"有明顯的差別。

(2)粗骨料

粗骨料按形成方式可分為卵石(天然形成)和碎石(人工破碎),粗骨料品種對混凝土強度檢測的影響,目前國內各地區還未得出一致的看法,做法也不統一。有認為粗骨料的品種對檢測結果沒什麼影響;也有人持否定態度,並根據粗骨料品種的差異分別建立測強曲線。有一些國外資料顯示,正常的骨料如卵石和多數碎石具有相似的相關關係;另一類觀點是即使粗骨料的品種相同,也必須根據所在產地的不同得出不一樣的相關關係。

福建省建築科學研究院、浙江省建築科學研究院在研究中發現不同石子品種對回彈法測強有一定的影響,主張按不同品種分別建立相關曲線。圖3和圖4為當dm=1mm時,福建省和浙江省地區回彈法卵石和碎石測強曲線對比。

回彈法檢測混凝土強度的影響因素!

圖3dm=1mm時,福建地區的"fcu−R"測強曲線

回彈法檢測混凝土強度的影響因素!

圖4dm=1mm時,浙江地區的"fcu−R"測強曲線

由上可知,在某些地區,粗骨料的品種對於回彈法檢測混凝土強度存在一定的影響,相同條件和回彈情況下,碎石的由於表面積大於卵石,與水泥的粘結力要好於卵石,可能由於骨料品種的原因而造成檢測結果的不一致。故存在區分粗骨料品種進行曲線分析的必要性。與之相對應的是,全國統一測強曲線及陝西省、重慶市等地區測強曲線均未區分骨料品種進行分類計算。陝西省建築科學研宄院及重慶市建築科學研究院都分別通過大量對比試驗及計算分析得出,不同石子品種對混凝土檢測結果的影響並不明顯,可不採用任何修正係數,沒有分別建立曲線的必要性。現場測試過程中,同一品種石子的表面粗細程度及質量差別較大,也很難將石子品種調查清楚,根據石子品種不同分別考慮的方法反會引起測量誤差,同時對於有些工程項目本身使用的就是混合的卵石和碎石或者破碎卵石,分類的測強曲線也未必可以保證檢測精度。我國地域遼闊,氣候相差較大,各地區混凝土材料品種多種多樣,當粗骨料品種不作為影響因素時,可研究不同產地的粗骨料對混凝土檢測結果的影響。

(3)外加劑的影響

我國建築工程上的混凝土在製備時,常摻入各類外加劑改善其質量和性能,其中有改善混凝土拌合物流變性能的減水劑、泵送劑等;有調節混凝土凝結時間、硬化性能的緩凝劑、早強劑等;有改善混凝土耐久性的引氣劑、防水劑等;還有改善混凝土其他性能的膨脹劑等。

國內各研究單位及眾多學者在外加劑是否影響回彈法檢測混凝土強度的課題上做了大量試驗研究。陝西省及浙江省的科研機構分別都研究了木鈣減水劑、三乙醇胺複合早強劑對回彈法測強的影響。試驗表明,在外加劑摻量正常的情況下,基本沒有影響。四川省建築科學研究院對於混凝土是否摻入外加劑進行了平行對比試驗,試驗中混凝土的種類分別為:不摻外加劑、摻早強劑、摻減水劑。得出的試驗結論是:上述外加劑對於回彈法測強的影響並不顯著。王亞軍(2013)在研究回彈法測強曲線的試驗中,考慮了膨脹劑對回彈法測強的影響,試驗結果表明,膨脹劑的摻入使得混凝土的強度和回彈值都有所增大,原因應該是混凝土內部有大量空隙,而膨脹劑有效地填充了這些空隙,使得混凝土更加密實。通過試驗數據可知,當膨脹劑的摻量控制在一個合理的範圍內(<10%)時,混凝土的回彈法測強曲線基本是保持穩定的。同樣也有些文獻中指出,對於摻入引氣性外加劑的混凝土,回彈法統一測強曲線不可用來對混凝土強度進行推定,需要建立專用測強曲線或試驗修正後才能使用。

(二)施工技術的影響

(1)成型方法的影響

有實驗表明,混凝土在齡期和強度等級完全相同的情況下,成型方法的不同,也會造成回彈法檢測結果的差異。有研究分別將C10~C40的混凝土進行人工插搗和機械振搗(又分為適振、欠振、過振),振動以混凝土表面出漿時停止操作。試驗結果如圖5:

回彈法檢測混凝土強度的影響因素!

圖5 成型方法的影響

不管是人工插搗或者是機械振搗,只要成型後的混凝土是密實的,回彈法檢測混凝土強度的結果基本可以不受兩種成型方式的影響。採用混凝土攪拌鍋機械拌和,同時進行人工插搗。可消除拌制混凝土過程中的材料散失、不均勻性等對澆築成型的影響,使得混凝土成型更加密實,也要儘量避免出現過振的現象,過振會讓混凝土強度出現離散現象,這樣可以減少成型方法對混凝土檢測結果的影響。

(2)養護方法的影響

養護方法包括標準潮溼養護、自然養護和蒸壓養護,其中規範規定,蒸壓養護不適用於回彈檢測。混凝土潮溼養護期內,強度檢測值明顯降低,混凝土的溼度也隨著養護方式的不同而不同,則混凝土的含水率也是不同的,混凝土表面的硬度也將產生差異。相對來說,自然養護期內的混凝土強度檢測值較高。對此,相關試驗研究了針對 C40~C60混凝土在標準潮溼養護和自然養護兩種養護方式下不同齡期的回彈值反映,每種養護條件下,混凝土的齡期分別為7、14、28、60、90、180d,試驗結果如圖6所示:

回彈法檢測混凝土強度的影響因素!

圖6 回彈值隨齡期變化圖

相同齡期、同種強度下的混凝土在不同養護方式下的回彈值差異明顯,自然養護條件下的混凝土所測得的回彈值比標準溼潤養護條件下的要高得多。相同齡期、同種養護條件下的混凝土隨著強度大小的差異回彈值也有所不同,對於低強度的混凝土,養護條件造成影響較為明顯。相同強度、同種養護條件下的混凝土在早期受到溼度的影響較大,即養護方式的不同在早齡期混凝土中反應顯著。對於回彈法統一測強曲線的使用條件是自然養護狀態下的混凝土,對於標準溼潤養護下的混凝土,需自然養護7天以上,檢測時混凝土表面是處於乾燥狀態,否則不能採用統一測強曲線進行混凝土強度的推定,而應該建立專用測強曲線。

(3)碳化深度和齡期的影響

國內大量研究指出結構表面的碳化深度和齡期極大地影響了回彈法測量混凝土強度的準確度,國家規程已將碳化深度作為自變量,統一測強曲線綜合回彈值和碳化深度值來推定混凝土強度值。混凝土在硬化過程中,環境條件對碳化反應產生影響。空氣中的二氧化碳會和一定溼度下混凝土中的氫氧化鈣發生化學反應,產成碳酸鈣,而碳酸鈣會在混凝土的表面凝結硬化而增強表面硬度。因此,隨著混凝土表面的碳化深度的增大,使得表面硬度不斷增加。如果環境中相對溼度在25%以下,二氧化碳與氫氧化鈣作用缺少足夠的水分,則碳化將不會發生;理論上空氣認為相對溼度在50%~80%時,產生碳化反映的速度最快、深度也較大。混凝土中的水灰比對碳化反應產生影響。一般認為,隨著水灰比的增大,或水泥的使用量的降低,混凝土的碳化反應將會加速。因此,施工過程中要嚴格控制混凝土的水灰比。有研究表明,選擇合適的外加劑,可以有效地減緩混凝土的碳化速度,提高混凝土的質量。通常情況下,混凝土的碳化深度值與齡期成正比,即齡期越大,碳化深度值越大;回彈值大小又與碳化深度值成正比。下圖7是全國統一測強曲線在不同碳化深度值的影響下的強度反映:

回彈法檢測混凝土強度的影響因素!

圖7 不同碳化深度下的"fcu−R"測強曲線

由圖可知,在回彈值相同時,混凝土強度值與碳化深度值呈反比;強度值相同時,回彈值與碳化深度值呈正比,與理論也是吻合的。所以,碳化深度的存在使測得的回彈值比實際值偏大,故測強曲線中混凝土強度值與碳化深度值是成反比的。在實際工程混凝土檢測中,如果碳化深度值dm<0.5mm時,碳化對測量混凝土強度的結果的影響可不忽略不計;當碳化深度值dm>6mm時,碳化的影響作用基本不變,可以按照dm=6mm處理。在建立測強曲線時,應將碳化深度值作為其中一個自變量來考慮。

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