养护条件和矿物掺合料掺量对混凝土回弹法检测精度的影响

郭峰雷，叶慈彪，曾志勇，钟林谚，孙盛佩

（1.台州市建设工程质量检测中心，浙江 台州 318000；2.台州四强新型建材有限公司，浙江 台州 318000；3.台州学院 建筑工程学院，浙江 台州 318000）

0 引言

众所周知，建筑工程中许多混凝土竖向构件前期没有很好养护会造成混凝土构件表面失水，水泥不能正常水化，另外，高矿物掺合料混凝土由于混凝土中的 Ca（OH）2含量低，表面水分又少，使得后期的“二次”水化不能正常在构件的表面进行，再者，水泥水化生成的C-S-H 凝胶需要混凝土液相有一定浓度的 Ca（OH）2，否则 C-S-H 凝胶就会分解，因此没有养护好和高矿物掺合料的混凝土容易造成构件表面疏松层。这层疏松层，酚酞指示剂不呈红色，是否为“假碳化”，这直接影响着回弹法检测混凝土抗压强度的检测精度。

基于上述背景，采用两个强度等级的混凝土，研究不同养护条件和不同矿物掺合料掺量对碳化深度和抗压强度的影响规律；对混凝土试块抗压强度值与行业标准和地方标准回弹测强曲线换算的抗压强度值进行对比，揭示两个测强曲线与实际测量值之间的误差规律；通过 XRD 分析混凝土表面层物质成分，从而揭示混凝土中是否存在“假碳化”问题，为提高回弹法检测混凝土抗压强度的检测精度提供依据。

1 试验研究过程

1.1 原材料

1.1.1 水泥

台州海螺水泥有限公司生产的 P·O 42.5 普通硅酸盐水泥，水泥的物理性能如表 1 所示。

表1 水泥的物理性能

1.1.2 粉煤灰

台州三门电厂Ⅱ级粉煤灰，其物理性能如表 2 所示。

表2 粉煤灰的物理性能

1.1.3 矿粉

台州美标 S95 矿粉，其物理性能如表 3 所示。

1.1.4 骨料

粗骨料：采用 5～25 mm 连续级配碎石。

细集料：C30 混凝土细集料采用福建产淡化砂，细度模数为 2.3；C50 混凝土细集料采用台州临海河砂，细度模数为 2.9。

1.1.5 外加剂

采用浙江某公司生产的聚羧酸减水剂，减水率 20 %。

1.1.6 拌合水

试验所用拌合水为自来水。

1.2 配合比

本试验采用 C30 和 C50 强度等级混凝土作为研究对象，每个强度等级混凝土设计矿物掺合料低掺和高掺两种掺量（低掺为 L，高掺为 H），低掺为粉煤灰 10 %+矿粉 10 %，高掺为粉煤灰 20 %+矿粉 30 %。具体配合比如表 4 所示。

表4 混凝土配合比

1.3 试件制作与养护

混凝土试件制作成型依据 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》［1］进行，采用强制式搅拌机搅拌 2 min 后于 150 mm 立方体试模中振动成型，采用中性脱模剂。试验龄期采用 28、60、90、120、180 d，共 5 个龄期。每次同盘成型 4 组，浇水和不浇水养护各 2 组。

24 h 后拆模，在上表面写上“等级、掺量（低掺为 L，高掺为 H 表示）、养护条件（不浇水为 A、浇水为 B）、龄期”。例如 C30 低掺量浇水养护 60 d 龄期的试块，标记为“C30LB60”。

将同盘成型的试块拆模后按浇水与不浇水两种养护条件，放到同一通风室内的两个区块进行养护，每组试块表面朝上（见图 1）。浇水养护按 GB 50666—2011《混凝土结构工程施工规范》［2］的要求，用土工布覆盖试块，至少早晚各浇水一次，保证试块处于潮湿状态，低掺浇水养护 7 d，高掺浇水养护 14 d。整个试验过程从 2020 年 4 月 9 日开始至 2020 年 10 月 13 日结束。

图1 混凝土试块养护

1.4 试验方法

1.4.1 混凝土回弹值和碳化深度测试

到达试验龄期后，取出同盘成型的 4 组试块（2 组浇水养护，2 组不浇水养护），分别在每块试块的两个侧面进行回弹（每侧面弹 8 个点），回弹结束后按规定的加荷速度将试块压至破坏，抗压试验结束后，用钢筋劈开试块，在回弹的两个侧面分别测量有代表性的部位碳化深度两次，共 4 次取平均值，精确到 0.5 mm。

1.4.2 混凝土试块表面层成分分析

用砂轮磨取混凝土试件表层，取得粉末样品，通过 16μm 筛，装入玻璃小瓶置于真空干燥箱 60 ℃ 干燥，3 d 后取出进行 XRD 试验。XRD 试验采用德国 BRUKER AXS 公司生产的 D8 ADVANCE X 射线粉末衍射仪（见图 2）定性分析粉末样品的化学成分。

图2 X 射线粉末衍射仪和粉末样品

2 试验结果与分析

C30 和 C50 混凝土养护条件和矿物掺合料掺量对碳化深度、抗压强度及回弹法检测精度的影响有许多相似的地方，本文仅对 C30 混凝土进行讨论分析；对于 C30 和 C50 混凝土的 XRD 试验分别进行了讨论分析。

2.1 养护条件对混凝土碳化深度的影响

不同 C30 混凝土在各个龄期的碳化深度测试结果如表 5 和图 3 所示。

表5 不同养护条件和矿物掺合料掺量的 C30 混凝土碳化深度 mm

图3 不同养护条件和矿物掺合料掺量对 C30 混凝土碳化深度的影响

从表 5 和图 3 可以看出，随着龄期增长，空气中 CO2不断渗透入混凝土的内部，从而使得 C30 混凝土的碳化深度不断增大。不浇水低掺的 C30 混凝土碳化深度从 4.5 mm（28 d）增加到 9.5 mm（180 d），而浇水低掺的 C30 混凝土从 1.5 mm 增加到 4.5 mm，相差 3～5 mm；不浇水高掺的 C30 混凝土碳化深度从 5.0 mm（28 d）增加到 11.0 mm（180 d），而浇水高掺的 C30 混凝土从 1.0 mm 增加到 4.5 mm，相差 4～6.5 mm。

从中可以看出，养护条件对混凝土的碳化深度值影响很大；龄期越长，碳化深度差值也越大。对于不同矿物掺合料掺量养护条件相同的混凝土，浇水的碳化深度比较接近，不浇水的高掺碳化深度明显高于不浇水的低掺碳化深度。这是因为，不浇水水泥没有充分水化，表面不密实且产生的 Ca（OH）2量很少，碳化速度就越大；浇水养护下，水泥能得到充分的水化，无论高掺还是低掺表面相对密实且有够量的 Ca（OH）2量，使得碳化深度相差不大。对于不浇水高掺量的混凝土，由于水泥矿物成分相对少，水化又不能正常进行，使得混凝土表面产生的 Ca（OH）2更小，更不密实，所以不浇水高掺量的碳化深度要比不浇水低掺量的大。

2.2 养护条件对混凝土抗压强度的影响

不同 C30 混凝土试块的抗压强度测试结果如表 6 和图 4 所示。

表6 不同养护条件和矿物掺合料掺量的 C30 混凝土抗压强度 MPa

图4 不同养护条件和矿物掺合料掺量对 C30 混凝土抗压强度的影响

从表 6 和图 4 可以看出，是否浇水养护对不同矿物掺合料掺量和不同龄期的 C30 混凝土抗压强度都具有很大影响。当矿物掺合料掺量为低掺量时，相比浇水养护的 C30 混凝土试块，不浇水养护的不同龄期混凝土试块抗压强度下降了 8.6～11.1 MPa；当矿物掺合料掺量为高掺量时，相比浇水养护的 C30 混凝土试块，不浇水养护的不同龄期混凝土试块抗压强度下降了 11.0～18.9 MPa。从中可以看出，随着矿物掺合料掺量增大，养护条件对混凝土抗压强度的影响更大；龄期越长，养护条件对混凝土抗压强度的影响也越大。这是因为，不浇水养护的混凝土缺水，使得混凝土中水泥水化和矿物掺合料的“二次水化”未能充分发挥，从而使得混凝土的后期强度低且增长缓慢。

雪萤在枫树下一块石头上坐了下来，一杭便解下背上的包袱，拿出一块饼干和一瓶矿泉水递过去。雪萤望着河心一片手掌样的红叶，叶面向下，叶背向上，可以想象从树上掉落时在风中翻动的样子，或者被流水带走时在水里摇曳的样子。现在，它一半浮在淤泥上，一半飘在流水里，一颤一颤地，让人担心它时刻要被冲走。

2.3 养护条件对混凝土回弹法检测精度的影响

为研究养护条件对 C30 混凝土回弹法检测精度的影响规律，检测了浇水养护和不浇水养护的 C30 混凝土的回弹值和碳化深度，并分别依据 JGJ/T 23—2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》和 DB33/T 1049—2016《回弹法检测泵送混凝土抗压强度技术规程》进行抗压强度换算，测试和换算结果如表 7 所示。

表7 养护条件对 C30 混凝土回弹法检测精度的影响

低掺和高掺不同养护条件的试块抗压强度与回弹换算强度分别表述如表 8～表 11，图 5～图 8 所示。

表8 C30 低掺不浇水养护回弹换算强度与试块强度对比

表9 C30 低掺浇水养护回弹换算强度与试块强度对比

表10 C30 高掺不浇水养护回弹换算强度与试块强度对比

表11 C30 高掺浇水养护回弹换算强度与试块强度对比

图5 C30 低掺不浇水回弹换算强度、试块强度与龄期关系图

图6 C30 低掺浇水回弹换算强度、试块强度与龄期关系图

图7 C30 高掺不浇水回弹换算强度、试块强度与龄期关系图

图8 C30 高掺浇水回弹换算强度、试块强度与龄期关系图

从表 8、9 及图 5、6 可以看出对于 C30 低掺在不浇水养护下，按行标换算强度平均高出试块强度+21.1 %，而按地标换算强度平均高出试块强度+39.3 %；对于 C30 低掺浇水养护下，按行标换算强度平均高出试块强度+14.7 %，而按地标换算强度平均高出试块强度+26.8 %。从而说明低掺 C30 混凝土在不浇水养护条件的检测误差更大。

从表 10、11 及图 7、8 可以看出对于 C30 高掺在不浇水养护下，按行标换算强度平均高出试块强度+18.0 %，而按地标换算强度平均高出试块强度+35.6 %；对于 C30 高掺在浇水养护条件下，行标换算强度平均值与试块强度比较接近，而按地标换算强度平均高出试块强度+12 %。同样说明高掺 C30 混凝土在不浇水养护条件的检测误差更大。

从上分析可知，无论高掺、低掺、浇水养护、不浇水养护，行标检测结果产生的误差比地标的小；从浇水和不浇水养护来看，浇水养护的检测结果产生的误差小，不浇水养护的检测结果产生的误差大。这是因为无论行标还是地标在测强曲线建立时，试块是按 GB 50666—2011《混凝土结构工程施工规范》的要求进行前期浇水养护的，而在不浇水养护的试块上检测，使得混凝土表面硬度和强度的关系偏离了标准建立的测强曲线，就会产生较大误差。由此可见在前期不浇水养护的构件上检测也是一样。

2.4 混凝土表面层 XRD 分析

为研究分析不同养护条件下不同矿物掺合料掺量混凝土表面层的物质成分，分别磨取了 C30、C50 五个龄期混凝土试块表面的砂浆，研磨至通过 16μm 筛，置于真空干燥箱 60 ℃干燥 3 d，取出进行 XRD 试验。测试结果如图 9～图 13 所示。

图9 28 d 不同强度等级混凝土表面层 XRD 图谱

图10 60 d 不同强度等级混凝土表面层 XRD 图谱

图11 90 d 不同强度等级混凝土表面层 XRD 图谱

图12 120 d 不同强度等级混凝土表面层 XRD 图谱

图13 180 d 不同强度等级混凝土表面层 XRD 图谱

另外，从图 9～图 13 看出，对于 C30、C50 两个强度等级的混凝土，无论是否浇水养护，还是矿物掺合料掺量多少，其 XRD 图谱中均有方解石（CaCO3）的特征衍射峰，这说明不同龄期混凝土表面发生碳化是真实存在的，只是高掺 C50 混凝土的表面成分多样化，碳化和其他矿物同时存在。

3 结论

通过本次试验研究，得出如下结论。

1）混凝土前期不浇水养护与浇水养护相比大大地增加了混凝土各龄期的碳化深度，而且对高矿物掺合料混凝土增加更为明显；混凝土前期不浇水养护，长龄期的碳化深度更大。

2）混凝土前期不浇水养护与浇水养护相比，大大地降低了各龄期抗压强度，而且不浇水养护影响后期抗压强度的发挥，对高矿物掺合料混凝土后期抗压强度发挥影响尤其明显。

3）前期浇水养护的混凝土采用回弹法检测的检测精度高于前期不浇水养护的混凝土。对于前期不浇水养护的混凝土，因检测误差太大，不应直接采用回弹法进行抗压强度的检测，应采用钻芯法修正的方法进行抗压强度检测。

4）对于 C30 和 C50 两个强度等级的混凝土，无论是否浇水养护，以及矿物掺合料掺量多少，在不同龄期其表面层 XRD 图谱中均有方解石（CaCO3）的特征衍射峰，混凝土的碳化是确实存在，纯粹的“假碳化”是不存在的。

5）高掺量 C50 混凝土表面的矿物种类增多，成分复杂，因而在回弹法测强时，不能把其表面层完全看作 CaCO3的“硬壳层”。Q