摻合料對回彈法檢測泵送混凝土強(qiáng)度的影響研究

■柴天紅，習(xí)海平 ■江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計院，江西 南昌 330001

1 前言

目前，針對混凝土結(jié)構(gòu)工程無損檢測的方法中，最常用最經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)的承載力，而且回彈儀檢測混凝土強(qiáng)度操作簡單、效率高，應(yīng)用前景非常廣闊。正是基于以上這些優(yōu)點(diǎn)，回彈法在我國工程界獲得了廣泛應(yīng)用，建設(shè)工程的業(yè)主、施工單位、監(jiān)理單位等各方為了對泵送混凝土強(qiáng)度進(jìn)行抽樣檢測和重點(diǎn)結(jié)構(gòu)部位的承載力排查、混凝土強(qiáng)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(jié)構(gòu)檢測評價中，回彈法也是一種常用的基本方法?；貜椃z測泵送混凝土強(qiáng)度的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)有《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 23-2011)和《超聲回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)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(qiáng)度，若混凝土強(qiáng)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(qiáng)度的反映就不太敏感;而且若構(gòu)件截面尺寸較大、內(nèi)外質(zhì)量有明顯差異或混凝土凍傷、受化學(xué)侵蝕時，也很難通過回彈值反映結(jié)構(gòu)的真實(shí)強(qiáng)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(nèi)部傳播途徑影響因素復(fù)雜外，實(shí)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(zhǔn)確推斷混凝土質(zhì)量和強(qiáng)度依靠檢測面動彈性與強(qiáng)度間的相關(guān)性;對于高強(qiáng)度混凝土，其彈性指標(biāo)波動較小，相應(yīng)的測試聲速值波動輕小且對強(qiáng)度變化反映不敏感，一般對于C30以上的混凝土，其f-V 相關(guān)性往往較差;同時不同礦物摻合料會影響混凝土內(nèi)部活化反應(yīng)程度，導(dǎo)致內(nèi)部含水率不同，影響測試聲速值對混凝土彈性指標(biāo)和強(qiáng)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(qiáng)度的影響規(guī)律，促進(jìn)泵送混凝土強(qiáng)度檢測和評定的準(zhǔn)確性，提高混凝土工程的質(zhì)量控制水平，防范工程質(zhì)量事故，保證混凝土結(jié)構(gòu)工程安全。

2 原材料和試驗方法

2.1 原材料

水泥:南昌地區(qū)混凝土企業(yè)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(xué)性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求;

細(xì)骨料:II 區(qū)贛江中砂，其物理性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，細(xì)度模數(shù)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(xiāng)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(qū)100%采用聚羧酸減水劑其中，95%以上為醚類，其他為醚酯復(fù)合產(chǎn)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(shí)際生產(chǎn)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(diǎn)的養(yǎng)護(hù)環(huán)境養(yǎng)護(hù)，在28d、60d、90d、180d 和360d5 個齡期點(diǎn)分別測試試塊的碳化值、回彈值、抗壓強(qiáng)度和超聲聲速值。

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

表1 單摻粉煤灰混凝土的配合比

表2 復(fù)摻粉煤灰和礦粉混凝土的配合比

3 試驗結(jié)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(jìn)行數(shù)據(jù)分析，單摻粉煤灰及雙摻粉煤灰及礦粉摻量-碳化深度關(guān)系如圖1、圖2 所示。

試驗結(jié)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(xiàn)明顯拐點(diǎn)，這一點(diǎn)和很多資料研究成果是一致的?；炷撂蓟S著齡期的增長，碳化深度進(jìn)一步加劇。這是因為粉煤灰等摻合料與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應(yīng)，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(fā)生碳化現(xiàn)象，這種碳化較普通混凝土過早發(fā)生且數(shù)值偏大。

3.2 摻和料對混凝土回彈值和抗壓強(qiáng)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(qiáng)度值關(guān)系圖見圖3～圖6。

圖1 單摻粉煤灰摻量-碳化深度關(guān)系圖

圖2 雙摻粉煤灰和礦粉摻量-碳化深度關(guān)系圖

圖3 單摻粉煤灰摻量-回彈值關(guān)系圖

圖4 雙摻粉煤灰和礦粉摻量-回彈值關(guān)系圖

試驗結(jié)果表明:摻合料摻量20%以內(nèi)表面回彈強(qiáng)度增加了，摻量30%強(qiáng)度出現(xiàn)波折，同時發(fā)現(xiàn)，摻合料摻量越高，試塊抗壓強(qiáng)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(qiáng)度增加越多。這時因為:摻合料具有形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)等3 個基本效應(yīng)。當(dāng)摻合料摻量為20%時，粉煤灰由于密實(shí)填充作用(微集料效應(yīng))及二次水化反應(yīng)，提高了混凝土密實(shí)程度，提高了混凝土表面硬度;當(dāng)摻合料摻量大于20%時，隨著摻量繼續(xù)增加，填充效應(yīng)達(dá)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(chǎn)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(qiáng)度值關(guān)系圖

圖6 雙摻粉煤灰和礦粉摻量-抗壓強(qiáng)度值關(guān)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(guān)系圖如圖7、圖8 所示。

圖7 單摻粉煤灰摻量-聲速值關(guān)系圖

由圖7、圖8 可以看出，摻合料變化對聲速值規(guī)律性不強(qiáng)。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(xì)小、光滑致密，且含有較多的硅質(zhì)、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(shí)度，提高了混凝土聲速值。

4 結(jié)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(qiáng)度呈明顯下降，但混凝土回彈值并沒有出現(xiàn)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(yīng)所致。

(2)南昌地區(qū)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(qiáng)度沒影響，并且混凝土工作性能和耐久性優(yōu)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(jié)果分不一樣，這點(diǎn)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(guān)系圖

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

［2］王亞軍.泵送混凝土回彈測強(qiáng)曲線試驗研究［D］.甘肅，蘭州大學(xué).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(qiáng)度試驗研究［D］.甘肅，蘭州大學(xué).2014.