摻合料對回彈法檢測泵送混凝土強度的影響研究

■柴天紅，習海平 ■江西省建筑材料工業科學研究設計院，江西 南昌 330001

1 前言

目前，針對混凝土結構工程無損檢測的方法中，最常用最經濟的檢測方法是回彈法。與鉆芯法相比，回彈法不會損壞混凝土結構的承載力，而且回彈儀檢測混凝土強度操作簡單、效率高，應用前景非常廣闊。正是基于以上這些優點，回彈法在我國工程界獲得了廣泛應用，建設工程的業主、施工單位、監理單位等各方為了對泵送混凝土強度進行抽樣檢測和重點結構部位的承載力排查、混凝土強度驗證等，普遍采用了回彈法或回彈超聲綜合法［1］。即使在正式結構檢測評價中，回彈法也是一種常用的基本方法。回彈法檢測泵送混凝土強度的現行國家標準有《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》(JGJ/T 23-2011)和《超聲回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》(CECS02∶2005)等。

然而，回彈法的局限性［2，3］在于僅是通過表面硬度來反映整體混凝土的強度，若混凝土強度低、表面有疏松孔隙或砂漿層較厚時，測試過程中表面塑性變形較大，回彈損耗較大，回彈值對強度的反映就不太敏感;而且若構件截面尺寸較大、內外質量有明顯差異或混凝土凍傷、受化學侵蝕時，也很難通過回彈值反映結構的真實強度。

目前的研究表明超聲法的使用有較大局限［4］，其測試過程除了受材料內部傳播途徑影響因素復雜外，實際測試聲速值主要反映整個混凝土檢測面的動彈性，是否能準確推斷混凝土質量和強度依靠檢測面動彈性與強度間的相關性;對于高強度混凝土，其彈性指標波動較小，相應的測試聲速值波動輕小且對強度變化反映不敏感，一般對于C30以上的混凝土，其f-V 相關性往往較差;同時不同礦物摻合料會影響混凝土內部活化反應程度，導致內部含水率不同，影響測試聲速值對混凝土彈性指標和強度的反映。因此，本文旨在研究粉煤灰和礦粉對泵送混凝土回彈法檢測強度的影響規律，促進泵送混凝土強度檢測和評定的準確性，提高混凝土工程的質量控制水平，防范工程質量事故，保證混凝土結構工程安全。

2 原材料和試驗方法

2.1 原材料

水泥:南昌地區混凝土企業常用水泥為萬年青、洋房、海螺、紅獅、南方P.O42.5 級普通硅酸鹽水泥，其物理化學性能符合相關標準要求;

細骨料:II 區贛江中砂，其物理性能符合相關標準要求，細度模數在2.1～2.7 之間;

粗骨料:兩級配碎石，粒徑為5～31.5mm，5～25mm，主要來源于高安石灰石碎石，東鄉安石灰石碎石以及奉新花崗巖碎石;卵石粒徑為5-40mm，來源于贛江;

粉煤灰:II 級粉煤灰，主要來源于豐城電廠、新昌電廠、黃金埠電廠;

礦粉:S95 級礦粉，主要來源新余鋼廠;

減水劑:聚羧酸減水劑，目前南昌地區100%采用聚羧酸減水劑其中，95%以上為醚類，其他為醚酯復合產品。

2.2 試驗方法

選取南昌市10 余家具有代表性的混凝土攪拌站，采用各個混凝土攪拌站實際生產所用原材料，成型C30 混凝土試塊，坍落度控制在180±30mm，配合比見表1 和表2。試塊拆模后采用模擬施工地點的養護環境養護，在28d、60d、90d、180d 和360d5 個齡期點分別測試試塊的碳化值、回彈值、抗壓強度和超聲聲速值。

試塊回彈及碳化值按照標準《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》(JGJ/T 23-2011)規定的方法進行，在試塊到達指定齡期時，以澆筑側面的兩個相對面置于壓力機的上下承壓板之間，加壓至60～100KN，采用海創高科HT-225T 型回彈儀在試塊的兩個側面上分別彈擊8 個點，按照要求計算平均回彈值Rm。試塊抗壓強度按照標準《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T 50081-2002)規定的方法進行。試塊超聲聲速值按照《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程》(CECS02∶2005)規定的方法進行。

表1 單摻粉煤灰混凝土的配合比

表2 復摻粉煤灰和礦粉混凝土的配合比

3 試驗結果及分析

3.1 摻和料對混凝土碳化深度的影響

取6 組試塊的碳化深度平均值-摻料料變化進行數據分析，單摻粉煤灰及雙摻粉煤灰及礦粉摻量-碳化深度關系如圖1、圖2 所示。

試驗結果表明:隨著摻合料摻量增加，混凝土碳化深度上升，并且30%摻量時，碳化深度值出現明顯拐點，這一點和很多資料研究成果是一致的。混凝土碳化隨著齡期的增長，碳化深度進一步加劇。這是因為粉煤灰等摻合料與水泥水化產生的Ca(OH)2發生二次水化反應，會降低混凝土的pH 值即堿度，令混凝土更易于碳化。從而使得混凝土表面更容易發生碳化現象，這種碳化較普通混凝土過早發生且數值偏大。

3.2 摻和料對混凝土回彈值和抗壓強度的影響

單摻粉煤灰及雙摻粉煤灰礦粉摻量—回彈值及摻量—抗壓強度值關系圖見圖3～圖6。

圖1 單摻粉煤灰摻量-碳化深度關系圖

圖2 雙摻粉煤灰和礦粉摻量-碳化深度關系圖

圖3 單摻粉煤灰摻量-回彈值關系圖

圖4 雙摻粉煤灰和礦粉摻量-回彈值關系圖

試驗結果表明:摻合料摻量20%以內表面回彈強度增加了，摻量30%強度出現波折，同時發現，摻合料摻量越高，試塊抗壓強度呈明顯的下降趨勢，同時隨著摻合料摻量提高，試塊后期強度增加越多。這時因為:摻合料具有形態效應、活性效應和微集料效應等3 個基本效應。當摻合料摻量為20%時，粉煤灰由于密實填充作用(微集料效應)及二次水化反應，提高了混凝土密實程度，提高了混凝土表面硬度;當摻合料摻量大于20%時，隨著摻量繼續增加，填充效應達到極限后，混凝土漿體總孔隙率隨摻量增加而增加，其次由于粉煤灰摻量增加，早齡期時混凝土中總的水化產物相對減少，表面硬度降低，并且碳化深度也增加。

圖5 單摻粉煤灰摻量-抗壓強度值關系圖

圖6 雙摻粉煤灰和礦粉摻量-抗壓強度值關系圖

3.3 摻和料對混凝土超聲聲速值的影響

單摻粉煤灰及雙摻粉煤灰礦粉混凝土摻合料摻量—聲速值關系圖如圖7、圖8 所示。

圖7 單摻粉煤灰摻量-聲速值關系圖

由圖7、圖8 可以看出，摻合料變化對聲速值規律性不強。一方面摻合料屬粉體材料，降你了混凝土彈性模量，對聲速值不利;另一方面摻合料微粉顆粒均細小、光滑致密，且含有較多的硅質、凝膠，能使混凝土的孔隙得到合理填充，增加了混凝土的密實度，提高了混凝土聲速值。

4 結論

(1)對于混凝土中單摻粉煤灰及雙摻粉煤灰及礦粉，隨著摻量的提高，混凝土抗壓強度呈明顯下降，但混凝土回彈值并沒有出現明顯的下降趨勢。而隨著摻量提高，碳化深度呈明顯的上升趨勢，說明回彈值增大由碳化效應所致。

(2)南昌地區泵送混凝土普遍采用粉煤灰和礦粉雙摻合料體系，雙摻合料體系對混凝土試塊強度沒影響，并且混凝土工作性能和耐久性優于普通混凝土或單摻合料體系混凝土。但不同檢測方法，對雙摻合料體系的泵送混凝土檢測結果分不一樣，這點尤其體系在回彈和超聲檢測方法中。雙摻合料體系的使用對混凝土表面硬度、碳化值均有顯著影響。

圖8 雙摻粉煤灰和礦粉摻量-聲速值關系圖

［1］邵海東.回彈法檢測寧夏地區泵送混凝土抗壓強度測試曲線試驗研究［D］.西安:西安建筑科技大學.2012.

［2］王亞軍.泵送混凝土回彈測強曲線試驗研究［D］.甘肅，蘭州大學.2013.

［3］徐峰.幾種非破損檢測方法的特征及其比較［J］.混凝土，1991，(2):48-51.

［4］王茂杰.超聲回彈綜合法檢測泵送混凝土抗壓強度試驗研究［D］.甘肅，蘭州大學.2014.