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1、当代混凝土存在的问题（续）,建筑之家,四、大掺量矿物掺合料混凝土相关问题,第一个问题：大掺量矿物掺合料使胶凝材料中SO3不足矿物掺合料的活性需要CaO和SO3激发，故水泥标准规定允许矿渣水泥中SO3最大掺量可达4%。而在混凝土中使用大掺量矿物掺合料会稀释水泥中的SO3，掺量越大，SO3越不足，造成混凝土早期强度低、凝结缓慢、收缩大。,胶凝材料中SO3不足的影响,传统上，生产水泥时对石膏的优化主要是为了调解凝结时间，基本上未考虑其他影响。在混凝土中掺入掺合料稀释SO3的同时当然也稀释C3A，但是石膏在有掺合料的浆体中的作用并不只涉及C3A对大掺量掺合料混凝土凝结时间的影响机理不同于与C3A的关系
2、。,胶凝材料中SO3不足的影响,混凝土中掺合料只要掺量大于20%，则SO3不足的影响就会有表现，掺合料掺量越大影响越大。胶凝材料的需水量对混凝土的体积稳定性有重要意义，需水量小，混凝土中浆骨比小，混凝土的弹性模量高，收缩小。需水量在减水剂一般掺量下随石膏掺量的增加而减少，而对不掺减水剂的没有影响，减水剂掺量超过饱和点后，就不再有影响。一般不会掺到饱和点。,矿物细粉掺和料由水泥厂来加？,第二个问题 掺矿物掺和料（粉煤灰等）混凝土碳化问题,传统认为，碳化会降低混凝土的碱度，加速钢筋锈蚀，涉及混凝土结构耐久性；传统观念认为掺矿物掺和料加重混凝土碳化；对于碳化和钢筋锈蚀的担忧成为大掺量矿物掺和料混凝土
3、的推广使用的障碍。,A.Neville的观点,碳化深度随水灰比的增加而增加，水灰比0.4的混凝土碳化深度是水灰比为0.6的一半，水灰比为0.5的混凝土在一般条件下暴露10年，碳化深度为510mm。具体数值与水泥用量有关，水泥用量500kg/m3的碳化深度是水泥用量为310kg/m3混凝土碳化深度的一半”,A.Neville和Mahotra的观点,“水灰比小于0.40而制作良好的混凝土几乎不发生碳化。”(A.Neville)这是对传统混凝土而言的Mahotra说，大掺量粉煤灰混凝土水胶比很低，碳化不成问题,粉煤灰掺量与混凝土碳化速率的关系,磨细矿渣掺量与混凝土碳化速率的关系,掺粉煤灰的混凝土同水
4、胶比下碳化深度较纯水泥混凝土增大的原因,粉煤灰在混凝土中，28天以前基本上不参与化学反应，拌和水基本上供给水泥，使水灰比增大早期水灰比大，造成早期孔隙率大，水胶比越大，混凝土孔隙率减小得越晚水灰比越大（粉煤灰掺量越大），水化速率，水化程度越高，但强度越低,掺粉煤灰混凝土孔隙率的发展,掺粉煤灰混凝土孔隙率的发展,活性与惰性掺和料混凝土的早期孔分布,适当增加掺粉煤灰混凝土的养护时间的必要性,当混凝土孔中充满水时，一方面，CO2扩散困难，另一方面，从混凝土孔中迁移出来的Ca(OH)2在表面碳化生成Ca(CO)3堵塞孔，使碳化终止。相对湿度低于30%时，无法形成碳酸，碳化也无法进行早期掺粉煤灰混凝土的
5、孔隙率比较大，为控制碳化，有必要增加湿养护时间,适当增加掺粉煤灰混凝土的养护时间的必要性,因为现行碳化试验结果是将试件养护至28天放在20%浓度的CO2条件下碳化28天得出的，而实际构件混凝土的碳化早在停止养护后就已开始进行。,不同粉煤灰掺量的试件之间孔隙率的差别随湿养护龄期的增长而缩小;不同粉煤灰掺量的试件之间孔隙率无差别的湿养护龄期与水胶比有关,如图2中水胶比为0.35时,该龄期约在28d,水胶比为0.30时,则该龄期约为22d。对于纯硅酸盐水泥来说,在这样低的水胶比下,湿养护2d足矣,而对于掺粉煤灰的混凝土,尽管掺粉煤灰的前提是必须降低水胶比,实际工程中混凝土湿养护龄期一般不会超过7d,
6、大掺量粉煤灰混凝土实际的碳化深度也会因孔隙率较大而较大。,深圳地铁足尺模型试验现场取样用现行标准方法检测的碳化深度,水胶比0.5 暴露90天,水胶比较大时，各试样碳化率均较大，并随粉煤灰掺量而明显加速；粉煤灰掺量为60%时，到90天碳化深度已超过10mm,水胶比0.4 暴露90天,水胶比为0.4的试样，粉煤灰掺量小于40%时，从不28天继续碳化到90天，碳化深度进展不大，而粉煤灰掺量达60%时，则碳化明显深入,水胶比0.3暴露90天,当水胶比很低时，粉煤灰掺量小于40%的试样在碳化28天以后，进占已很缓慢，但粉煤灰掺60%的仍有较明显的进展,图17 胶凝材料为400kg/m3时混凝土的碳化性能
7、,碳化深度减小,粉煤灰掺量减少,水胶比降低,掺矿物掺和料（粉煤灰等）混凝土的钢筋锈蚀问题,混凝土碳化的最有利条件是相对湿度50%左右，而钢筋锈蚀的最有利条件则是相对湿度70%以上。在我国大部分地区的自然环境都在这样的范围交替。关注掺矿物掺和料（粉煤灰等）混凝土的碳化问题实际上就是担心钢筋锈蚀,无锈蚀失重率0.25,锈蚀 弱 强,试验结论,钢筋保护层厚度为20mm时，水胶比在0.340.45，粉煤灰掺量在40%60%，胶凝材料用量为400 480kg/m3的大掺量粉煤灰混凝土可以保证钢筋不锈蚀。,(a)保护层为12mm(b)保护层为7mm图20 胶凝材料为400kg/m3时的钢筋锈蚀失重率,试验
8、结论,在胶凝材料用量为400kg/m3，粉煤灰掺量为40%，水胶比不大于0.37时，7mm的保护层就能保护钢筋不锈蚀；水胶比不大于0.40时，12mm的保护层就能保护钢筋不锈。,试验结论,降低水胶比可以有效控制大掺量粉煤灰混凝土的碳化深度，并能有效提高混凝土抗钢筋锈蚀能力。,另一种解决问题的办法,提高保护层混凝土的密实性，这是解决问题的最直接的途径。,提高保护层密实性的措施“外强内弱”使用透水模板延长养护时间拆模后立即加表面涂层减小早期混凝土的孔隙率的设想在掺粉煤灰的混凝土中使用为什么会抑制 膨胀？孔隙率大吸收膨胀能？在掺粉煤灰的混凝土中再掺膨胀剂，可否使膨胀性产物填充孔隙？,透水模板,两层无
9、纺布和中间的高倍吸水树脂压制而成质量要求：合适的吸水性，并吸水均匀，表面光滑，花纹整齐、规则材质挺括，便于操作便于拆模，不粘混凝土价格合适,使用透水模板效果,五、混凝土结构回弹检测抗压存在的问题与思考,问题的提出 近年来，越来越多的混凝土搅拌站和施工单位抱怨混凝土回弹检测抗压强度存在的问题，具体说有以下两个方面：1、掺加粉煤灰的泵送混凝土用回弹法测定的强度经常出现不合格，但实际结构中混凝土的强度合格。2、有些地区建筑管理与质量监督部门不按照GB/T 50344建筑结构检测技术标准规定，明明试块强度合格，抽检组数也够，动不动就回弹测强，一测就不够，然后就钻芯、就走关系。,学者质疑回弹法测强,清华
10、大学廉慧珍教授2007年在混凝土发表学术论文质疑“回弹法检测混凝土抗压强度”。主要观点有以下几个方面：1、材料的硬度和强度不是同一个概念。同一种匀质材料的硬度和强度之间有一定的相关性,而不同材料的硬度和强度之间不能建立相关的关系;同样水胶比的砂浆和混凝土是不同的材料,砂浆的硬度最多只可能与砂浆强度有一定的联系,而相同水胶比的砂浆强度和混凝土强度的关系却依浆骨比和砂率的不同而异。,2、混凝土碳化层和该混凝土更是不同的材料,混凝土碳化层的硬度和内部混凝土的强度没有关系,再基于碳化层的硬度引进“折减系数”来推算混凝土的强度,在概念上是错误的。这个“碳化层”的硬度及厚度和混凝土的强度并没有关系,对于混
11、凝土的强度来说是没有意义的。,碳化对混凝土的影响主要并不是强度,因为只要在掺用粉煤灰后把混凝土水胶比降低到一定程度,28d抗压强度无疑是会满足设计要求的,而且由于现场浇筑混凝土温度的影响,掺粉煤灰的混凝土实际强度总是会比标准养护的相同掺粉煤灰的混凝土试件强度高,并与碳化无关。碳化本身不会造成混凝土劣化,但是Ca(OH)2碳化后分子体积大约可收缩20%,如果先产生干燥收缩,随后再加上碳化收缩,可能在约束条件下产生开裂;更重要的是,钢筋在碱性环境下的稳定性会因碱度降低而受到破坏,引起锈蚀。,3、混凝土是复杂的多相非均质材料,回弹值和抗压强度之间没有唯一的关系;不只是不同强度等级的混凝土没有相同的硬
12、度-抗压强度关系,而且相同强度等级的混凝土也没有相同的组成和微结构;即使给定的混凝土,也会因骨料和基体之间的硬度不同以及骨料在矿物学上的变化而有不同的回弹值。,合理的方法是对每一种混凝土都标定其强度-硬度关系“,当用回弹值估计现场混凝土的强度时,必须和标定时的试验步骤与环境条件相似”。把定到规范中的回弹值-抗压强度关系表格或公式作为通用标准是欠妥当的。,回弹测强标准编制组成员的回应,混凝土的抗压强度与其测区的回弹值（表面硬度）之间有一定的关系，该关系是以大量的试验数据为依据并考虑其他影响因素，通过回归分析而建立的混凝土回弹值与抗压强度之间的数学表达式。回弹法用于检测混凝土的抗压强度已在我国得到
13、了广泛的应用，实践证明，采用回弹法推定的混凝土抗压强值，对于处理工程质量问题具有十分重要的意义。,尽管碳化会提高混凝土的抗压强度，但碳化对混凝土表面硬度的影响更大。回弹法是研究混凝土的表面回弹值与混凝土强度之间的关系的，它研究的对象就是混凝土，而不是混凝土中的砂浆。况且回弹规范中规定在每个测区选择有效的16个测点，计算时去掉3个最大的和3个最小值剩余10计算平均值，已经考虑了石子和气孔对回弹值的影响。,当检测条件与测强曲线的适用条件有较大差异时，还可采用同条件试件或钻取混凝土芯样进行修正。,廉慧珍教授的答复,引用毛泽东的话：时代在变化，过去我们熟悉的东西有些要闲置起来，而有些我们不熟悉的东西要
14、尽快熟悉起来。引用王宏甲中国新教育风暴的话：对一个理论的反驳即对问题的任何认真的尝试性解决的反驳始终是我们接近真理的前进一步。,“把混凝土当作宏观均质且各向同性的材料”，过去在混凝土组分不是这么多、水灰比比较大、总体强度等级比较低、生产和施工控制也没有现在这样复杂的情况下，还算可以，而现在情况正在起着很大的变化，混凝土的非均质性表现得更加突出。,不管发明者是谁，在混凝土中使用回弹法总是从金属材料移植过来的，尽管工业上的金属材料也并不是理想的绝对均匀体，毕竟混凝土和金属材料的力学性质和匀质性相差得太大。连金属的表面硬度都很难测准，何况混凝土？表面硬度的检测在金属工业中主要也是用来评价材料匀质性、
15、加工性，并不用于检测其强度。,有的工程在剔除表面“碳化层”后再检测回弹值，反而比未剔除时的还要高。更重要的是，“碳化”层确实是与混凝土本体不同的两种材料，“碳化层”的硬度和混凝土强度之间不可能有相关关系。因此用对“碳化层”的回弹值根据“碳化层”厚度修正的强度值的方法是不能用的。,这是科学概念问题：不同材料的硬度与强度之间是没有关系的，材料的表面硬度和材料的厚度也是没有关系的。,由于碳化前沿确定的困难，目前现场量测方法实在不能为准。混凝土比砂浆碳化前沿更加曲折，如图3、图4所示。当碳化深度较大时，打磨除去碳化层也不现实。,需要说明的问题,砼结构工程施工质量验收规范(GB50204-2002)和砼
16、强度检验评定标准(GBJ107)的规定：判定砼质量是否合格的基础是标养的砼立方体抗压强度或同条件养护试块的立方体抗压强度,而更能反映实体工程砼强度的是同条件养护试块的立方体抗压强度。所以严格按规范要求作好同条件砼试块的制做、养护、试压等工作,是确保砼实体质量的最佳保证。,依据GB50204-2002用回弹法测强可以在砼试件强度评定不合格时采用,其结果是对砼实体质量达不到设计要求时,进行结构强度复核的处理的依据;而在重要结构部位,不管标养试块和同条件养护试块的强度评定合格与否,均应对其进行结构实体砼强度检验,JGJ/T23-2001中用回弹法测得的砼强度换算值、平均值、标准差及强度推定值,均不参
17、加砼抗压强度的评定,只作为处理砼质量问题的依据。既然回弹法测强度不作评定依据,回弹法测强报告也不做评定,那么我们如何评价回弹法测强结果呢?,当回弹法测强报告中有关数据不能满足设计要求时,不要轻易进行处理,应当先请设计人员核算或采用其他方法(比如钻芯取样测砼强度)进行检测,的确达不到设计要求,也不能满足使用功能要求时,再请专业人员做出处理。,现今因水泥强度高、水化热大、混凝土水胶比较低，即使很薄的构件（例如厚度10 cm的楼板）混凝土中的温度都不会是恒定的20，不论是高还是低，实验室检测的指标和现场构件中混凝土的性能差别都会较大。例如，当混凝土内部温度较高时，对不用或少用矿物掺和料的混凝土抗压强
18、度，构件中的要低于实验室标准试件的，用实验室指标验收就会不安全；使用矿物掺和料的，则相反。,粉煤灰掺量对回弹测强误差影响,浙江省建筑科学设计研究院徐国孝,丁伟军研究得出结论：其它掺量基本不变,粉煤灰单掺达 35%50%时,制作混凝土立方体试块(粗骨料为碎石)24 组,用回弹仪测试、试压、碳化深度测试后,按泵送混凝土测强曲线计算,发现其平均相对误差和相对标准差都很大。而粉煤灰掺量在 10%15%(共计155组数据)以及单掺 25%(共计 27 组数据)时,其平均相对误差和相对标准差在地区测强曲线误差要求范围内。因此粉煤灰单掺超过 30%时,泵送混凝土测强曲线已不适用。,解决问题的途径,各地针对针
19、对目前预拌混凝土中矿物细粉掺和料掺加量较大的趋势，制定符合本地区混凝土结构物回弹测强实际情况的测强曲线，克服目前的问题。下面对北京地标与行业标准进行比较。,行业标准：,北京市地方标准：,行业标准：,北京市地方标准：,行业标准：,北京市地方标准：,行业标准：,北京市地方标准：,行业标准：,北京市地方标准：,行标与北京市地标,关于推定值公式的合理性等的不断探索和更正。标准是人定的，和人的认识水平有关；参与制定标准的各个人会因其经历和认识的差异，但是作为标准规范的管理和执行者，却应当有“天变不足畏，祖训不足法，人言不足恤”（温家宝总理谈改革、创新时引用王安石语）的精神。混凝土注意控制好配合比、工作性、振捣、模板、养护等环节，例如加强早期养护，保证14天养护，控制碳化深度。,
