混凝土回彈法測強中假性碳化

混凝土回彈法測強中假性碳化

混凝土的碳化作用能提高其表面的硬度，現(xiàn)行無損檢測規(guī)程把碳化深度作為回彈法測強的一個修正參量來采用。研究發(fā)現(xiàn)在某種場合用酚酞試劑測定到的碳化值，不一定是實質(zhì)意義上氫氧化鈣和二氧化碳反應生成的碳酸鈣現(xiàn)象。這疑似混凝土碳化深度值實際是混凝土表層失堿產(chǎn)生的中性化現(xiàn)象，研究揭示了回彈法檢測中酚酞試劑指示的假性碳化對混凝土檢測強度評判的誤區(qū)。 濁度計| 色度計| 粘度計| 折射計| 滴定儀| 密度計| 熱流計| 濃度計| 折射儀| 采樣儀|

1.前言

硅酸鹽水泥主要由石灰質(zhì)原料和粘土質(zhì)原料組成。石灰質(zhì)原料提供氧化鈣，氧化鈣是堿性物質(zhì)。新拌混凝土由于水化作用形成氫氧化鈣，水泥漿在空氣中硬化時，表層水化形成的氫氧化鈣就會與空氣中的二氧化碳生成碳化鈣，這被稱為混凝土的碳化作用�；炷�土的碳化速度及碳化深度與混凝土水灰比有關(guān)，還與混凝土所處的的環(huán)境條件：如空氣中的二氧化碳濃度，空氣相對濕度有關(guān)。由于碳化收縮，碳酸鈣的生成能提高混凝土表面的硬度，在回彈法檢測強度時提高了回彈值讀數(shù)，而且碳化深度與混凝土的齡期接近正比，因此我國在早期的回彈法測定混凝土強度技術(shù)的研究中，為了克服混凝土碳化及齡期對回彈法測強的影響，就把碳化深度作為一個參量來采用，使之成為一個反比的系數(shù)，當回彈值相當時，碳化深度值越大其對應的混凝土檢測強度值越低。

我國現(xiàn)行無損檢測規(guī)程JGJ/T23-2001(回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程)[1]中規(guī)定了測量碳化深度的方法：采用濃度為1%的酚酞酒精溶液測量已碳化與未碳化混凝土交接面到混凝土表面的垂直距離，讀數(shù)精確至0.5mm，大于6mm以上時以6.0mm計。這種檢測混凝土碳化的方法已經(jīng)使用了幾十年。酚酞酒精溶液是一種指示劑，它可以成為混凝土是否碳化的一種檢測方法，但廣義上講酚酞試劑是一種對物質(zhì)進行酸，堿性檢測的指示劑，有時它所指示的上述界面到混凝土表面的垂直距離并不一定是混凝土的碳化層。如果當被測混凝土表面受到了某化學物質(zhì)的侵蝕，比如混凝土試塊成型時的立方體試模，或工地澆筑混凝土架支的模版，采用了酸性脫模劑而使與模板接觸的混凝土表面失堿產(chǎn)生的中性化現(xiàn)象，并不是真正意義上的回彈檢測中的碳化事實，這種假性碳化現(xiàn)象，對混凝土表面硬度沒有多少提高，當然回彈值也并不提高，但由此計算的回彈強度值卻因這假性碳化深度的引入而較大程度的銳減，甚至致使判定檢測工程質(zhì)量的不合格，如不適時糾正將會造成財產(chǎn)的巨大損失。本文通過某一回彈法測強課題的研究中偶爾發(fā)現(xiàn)的混凝土表層中性化現(xiàn)象，揭示了回彈法檢測中假碳化現(xiàn)象對混凝土檢測強度評判的誤區(qū)。

2.問題的提出

某一研究課題成型了一批150mm×150mm×150mm的立方體試塊，設(shè)計混凝土強度等級為C20、C30、C40、C50等，在混凝土試塊上進行回彈、抗壓強度檢測的混凝土齡期分別為14、28、60、90、120天。每組試塊的回彈平均值、碳化深度及極限抗壓強度平均值見表1。

表1檢測數(shù)值

注： 14天碳化深度值未做測量試驗

從表1的檢測數(shù)據(jù)可以得知：

1）隨混凝土設(shè)計強度等級的提高及混凝土齡期的增長，其回彈值和抗壓強度也提高，而且回彈值R與抗壓強度f幾乎成線性關(guān)系： f=-45.5+2.248R、直線方程相關(guān)系數(shù)r=0.94、平均相對誤差δ=±8.6%。

2）混凝土的碳化深度隨混凝土的齡期逐漸增加，但是碳化深度值有些怪異。該批試塊按計劃成型一天拆模后放入水中養(yǎng)護一周，然后移至室外進行自然養(yǎng)護。按以往經(jīng)驗，放入水中養(yǎng)護一周齡期為14天的混凝土幾乎沒有碳化，故沒有檢測14天齡期的混凝土碳化值，但28天齡期的碳化值卻出乎意料的大。

3）將表1中20對回彈值直接代入文獻[1]（取碳化值為零），把查得的回彈強度值與實際抗壓強度值作比較，其負誤差為6個，正誤差為14個，平均相對誤差δ為18.3%；同樣，將16對回彈值、碳化值代入文獻[1]，查得的回彈強度值與實際抗壓強度值作比較，16個全體為負誤差，即回彈強度值全體小于實際強度值，平均相對誤差δ為24.0%，即同批試塊引入碳化之后得到的回彈強度值誤差更大，顯然回彈強度值與實際強度值之間存在系統(tǒng)性偏差。

3.疑似混凝土碳化深度值

回彈法檢測混凝土強度規(guī)程中引入碳化深度值，能克服混凝土的長齡期影響因素、且能顯著提高無損檢測的精度，這一公認的事實為什么在本次試驗中不能得到體現(xiàn)？回彈強度值與實際強度值之間存在系統(tǒng)性偏差的原因是什么？在現(xiàn)場觀察到，同一試塊6個面上的碳化值不盡相同，有些同一組3塊試塊的碳化值也不盡相當，甚至沒法取其平均值。有些試塊底面和側(cè)面的碳化值大、成型面碳化值很小或為零。這和自然規(guī)律相左：室外自然養(yǎng)護時，試塊的成型面朝上，底面直接放在支承體上，因場地小，試塊較集中，其間距也比較小，相對而言，底面和側(cè)面較成型面于空氣的接觸少，但卻有較大的碳化測量值。如此反�，F(xiàn)象使疑點集中在脫模劑上，脫模劑使用的是廢機油，經(jīng)PH檢測PH值為5，呈酸性。將試塊成型面及底面中各放置1根 Φ12鋼筋，在壓力機上作劈裂破壞，從被劈開的正方形截面上用肉眼就清晰可見：除成型面一邊的另外三條邊旁有或?qū)捇蛘�成條狀的灰色印痕，用1%濃度酚酞酒精溶液點滴，該灰色印痕呈非堿性反映，這灰色的印痕并不是實質(zhì)意義上氫氧化鈣和二氧化碳反應生成的碳酸鈣，只不過是混凝土表層被污染或酸、堿性物質(zhì)中和形成的混凝土試塊表層中性化現(xiàn)象，揭示了是試模上的脫模劑造成了混凝土表面的疑似碳化值。

4.工程實例

某一工程混凝土設(shè)計強度等級C30，采用回彈法檢測混凝土強度。因有一部分設(shè)備基礎(chǔ)構(gòu)件不具備側(cè)面水平檢測的條件，這些構(gòu)件在基礎(chǔ)成型面上進行回彈檢測并按回彈檢測規(guī)程進行測試角度與檢測面的修正后計算回彈強度，對具備能進行側(cè)面回彈的構(gòu)件盡可能水平檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)成型面和側(cè)面這二個面上的回彈測定強度顯著差異。有代表對比性構(gòu)件的回彈法測定強度結(jié)果見表2。

表2部分構(gòu)件檢測結(jié)果

表2構(gòu)件檢測面的一個區(qū)別是測試角度、檢測面狀況不同；另一個區(qū)別就是混凝土澆筑時成型面上無模板、側(cè)面上架設(shè)有模板，二者的回彈差值約為5左右，但成型面上混凝土的碳化深度為0，側(cè)面上的碳化深度為2mm。同批混凝土同齡期在統(tǒng)一施工環(huán)境中成型養(yǎng)護，同一構(gòu)件的成型面和側(cè)面成直角的二個面上竟有2mm的碳化區(qū)別。經(jīng)詢問該工程使用的脫模劑是酸性脫模劑。同一構(gòu)件在成型面上檢測的回彈值經(jīng)測試角度、檢測面修正后與側(cè)面的回彈值相當。因無碳化值，其回彈法測定混凝土強度大于30 Mpa，可滿足混凝土設(shè)計強度要求，但側(cè)面上檢測的回彈值經(jīng)碳化值修正，卻得到不滿足混凝土設(shè)計強度要求的結(jié)論。

5.結(jié)論

（1）采用廢機油或酸性脫模劑成型的混凝土，其模板結(jié)合面的表層混凝土，用酚酞酒精溶液測定到的碳化值，不一定是實質(zhì)意義上氫氧化鈣和二氧化碳反應生成的碳酸鈣，這疑似碳化現(xiàn)象只不過是堿性混凝土受到脫模劑侵蝕后的中性化反映。

（2）現(xiàn)行無損檢測規(guī)程把碳化深度作為一個參量用來克服某些混凝土回彈法測強的影響因素：當回彈值相當時，測量到的碳化深度值越大其對應的混凝土檢測強度值越低，回彈法檢測中存在假碳化現(xiàn)象對混凝土檢測強度評判的誤區(qū)。

（3）當在短齡期混凝土檢測到大數(shù)據(jù)碳化值或?qū)μ蓟�值有懷疑時，可打磨掉混凝土表層疑似碳化層后進行回彈驗證，但此時應避免裸露石子對回彈測值的影響，并應及時詢問工程中使用的混凝土脫模劑種類，避免假碳化值對混凝土回彈檢測強度的誤導。

28.4

40.8

46.5

60.0

120天

回彈值

37.3

43.2

46.0

48.8

碳化深度（mm）

5

5

4

3

抗壓強度（Mpa）

35.5

47.7

53.2

64.4

注： 14天碳化深度值未做測量試驗

從表1的檢測數(shù)據(jù)可以得知：

1）隨混凝土設(shè)計強度等級的提高及混凝土齡期的增長，其回彈值和抗壓強度也提高，而且回彈值R與抗壓強度f幾乎成線性關(guān)系： f=-45.5+2.248R、直線方程相關(guān)系數(shù)r=0.94、平均相對誤差δ=±8.6%。

2）混凝土的碳化深度隨混凝土的齡期逐漸增加，但是碳化深度值有些怪異。該批試塊按計劃成型一天拆模后放入水中養(yǎng)護一周，然后移至室外進行自然養(yǎng)護。按以往經(jīng)驗，放入水中養(yǎng)護一周齡期為14天的混凝土幾乎沒有碳化，故沒有檢測14天齡期的混凝土碳化值，但28天齡期的碳化值卻出乎意料的大。

3）將表1中20對回彈值直接代入文獻[1]（取碳化值為零），把查得的回彈強度值與實際抗壓強度值作比較，其負誤差為6個，正誤差為14個，平均相對誤差δ為18.3%；同樣，將16對回彈值、碳化值代入文獻[1]，查得的回彈強度值與實際抗壓強度值作比較，16個全體為負誤差，即回彈強度值全體小于實際強度值，平均相對誤差δ為24.0%，即同批試塊引入碳化之后得到的回彈強度值誤差更大，顯然回彈強度值與實際強度值之間存在系統(tǒng)性偏差。

3.疑似混凝土碳化深度值

回彈法檢測混凝土強度規(guī)程中引入碳化深度值，能克服混凝土的長齡期影響因素、且能顯著提高無損檢測的精度，這一公認的事實為什么在本次試驗中不能得到體現(xiàn)？回彈強度值與實際強度值之間存在系統(tǒng)性偏差的原因是什么？在現(xiàn)場觀察到，同一試塊6個面上的碳化值不盡相同，有些同一組3塊試塊的碳化值也不盡相當，甚至沒法取其平均值。有些試塊底面和側(cè)面的碳化值大、成型面碳化值很小或為零。這和自然規(guī)律相左：室外自然養(yǎng)護時，試塊的成型面朝上，底面直接放在支承體上，因場地小，試塊較集中，其間距也比較小，相對而言，底面和側(cè)面較成型面于空氣的接觸少，但卻有較大的碳化測量值。如此反常現(xiàn)象使疑點集中在脫模劑上，脫模劑使用的是廢機油，經(jīng)PH檢測PH值為5，呈酸性。將試塊成型面及底面中各放置1根 Φ12鋼筋，在壓力機上作劈裂破壞，從被劈開的正方形截面上用肉眼就清晰可見：除成型面一邊的另外三條邊旁有或?qū)捇蛘�成條狀的灰色印痕，用1%濃度酚酞酒精溶液點滴，該灰色印痕呈非堿性反映，這灰色的印痕并不是實質(zhì)意義上氫氧化鈣和二氧化碳反應生成的碳酸鈣，只不過是混凝土表層被污染或酸、堿性物質(zhì)中和形成的混凝土試塊表層中性化現(xiàn)象，揭示了是試模上的脫模劑造成了混凝土表面的疑似碳化值。

4.工程實例

某一工程混凝土設(shè)計強度等級C30，采用回彈法檢測混凝土強度。因有一部分設(shè)備基礎(chǔ)構(gòu)件不具備側(cè)面水平檢測的條件，這些構(gòu)件在基礎(chǔ)成型面上進行回彈檢測并按回彈檢測規(guī)程進行測試角度與檢測面的修正后計算回彈強度，對具備能進行側(cè)面回彈的構(gòu)件盡可能水平檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)成型面和側(cè)面這二個面上的回彈測定強度顯著差異。有代表對比性構(gòu)件的回彈法測定強度結(jié)果見表2。

表2部分構(gòu)件檢測結(jié)果

表2構(gòu)件檢測面的一個區(qū)別是測試角度、檢測面狀況不同；另一個區(qū)別就是混凝土澆筑時成型面上無模板、側(cè)面上架設(shè)有模板，二者的回彈差值約為5左右，但成型面上混凝土的碳化深度為0，側(cè)面上的碳化深度為2mm。同批混凝土同齡期在統(tǒng)一施工環(huán)境中成型養(yǎng)護，同一構(gòu)件的成型面和側(cè)面成直角的二個面上竟有2mm的碳化區(qū)別。經(jīng)詢問該工程使用的脫模劑是酸性脫模劑。同一構(gòu)件在成型面上檢測的回彈值經(jīng)測試角度、檢測面修正后與側(cè)面的回彈值相當。因無碳化值，其回彈法測定混凝土強度大于30 Mpa，可滿足混凝土設(shè)計強度要求，但側(cè)面上檢測的回彈值經(jīng)碳化值修正，卻得到不滿足混凝土設(shè)計強度要求的結(jié)論。

5.結(jié)論

（1）采用廢機油或酸性脫模劑成型的混凝土，其模板結(jié)合面的表層混凝土，用酚酞酒精溶液測定到的碳化值，不一定是實質(zhì)意義上氫氧化鈣和二氧化碳反應生成的碳酸鈣，這疑似碳化現(xiàn)象只不過是堿性混凝土受到脫模劑侵蝕后的中性化反映。

（2）現(xiàn)行無損檢測規(guī)程把碳化深度作為一個參量用來克服某些混凝土回彈法測強的影響因素：當回彈值相當時，測量到的碳化深度值越大其對應的混凝土檢測強度值越低，回彈法檢測中存在假碳化現(xiàn)象對混凝土檢測強度評判的誤區(qū)。

（3）當在短齡期混凝土檢測到大數(shù)據(jù)碳化值或?qū)μ蓟�值有懷疑時，可打磨掉混凝土表層疑似碳化層后進行回彈驗證，但此時應避免裸露石子對回彈測值的影響，并應及時詢問工程中使用的混凝土脫模劑種類，避免假碳化值對混凝土回彈檢測強度的誤導。