当代混凝土存在的问题（2-2） .ppt

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 n第一个问题：大掺量矿物掺合料使胶凝材 料中so3不足 n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 n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。 胶凝材料中so3不足的影响 n 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 n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； n传统观念认为掺矿物掺和料加重混凝土碳化； n对于碳化和钢筋锈蚀的担忧成为大掺量矿物掺 和料混凝土的推广使用的障碍。 a.neville的观点 n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。 n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 n“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 nmahotra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 n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 n早期掺粉煤灰混凝土的孔隙率比较大，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 n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。 n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,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 编 号 水 胶 比 浆体组成(kg/m3) 碳化深度 (mm) 砂率用水量 水泥 粉煤灰 矿渣 0 0.57 45 208.8 278.0 90.0 (24.5%) 4.4 h 0.40 43 168.0 180.0 180.0 (41%) 80 (18% ) 4.2 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 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 n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。 n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 7mm 12mm 0.250.40 0.41 (f4) 0.45 (f28) 0.79 (f28) 钢筋失重率 无锈蚀 失重率0.25 锈蚀 弱 强 试验结论 n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 试验结论 n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 n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 n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。 n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 n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 两层无纺布和中间的高倍吸水树脂压制而成 质量要求： n合适的吸水性，并吸水均匀， n表面光滑，花纹整齐、规则 n材质挺括，便于操作 n便于拆模，不粘混凝土 n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 n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 n清华大学廉慧珍教授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 于混凝土的强度来说是没有意义的。 n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。 n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 n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。 n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。 n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。 n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 n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 熟悉的东西要尽快熟悉起来。 n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。 n“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。 n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 、加工性，并不用于检测其强度。 n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。 n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。 n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 n砼结构工程施工质量验收规范(gb50204- 2002) 和砼强度检验评定标准(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。 n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 njgj/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 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? n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 。 n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