混凝土碳化深度检测.doc

1、影响混凝土碳化的因素 影响混凝土碳化的因素有环境因素、原材料因素、施工操作因素等。铜陵地区空气污染较重，空气中二氧化硫含量较多，酸雨也较多，是影响混凝土质量的主要原因，另外影响混凝土碳化的因素还有如下几点。水泥品种。水泥品种是影响混凝土碳化的主要因素。矿渣水泥和粉煤灰水泥中的掺合料含有活性氧化硅和活性氧化铝，它们和氢氧化钙结合形成具有胶凝性的活性物质，降低了碱度，因而加速了混凝土表面形成碳酸钙的过程，固而碳化速度较快。普通水泥碳化速度慢。粗、细骨料。铜陵地区使用的是江砂，细骨料及粉料过多，则碳化速度加快。水灰比。水灰比小的混凝土由于水泥浆的组织密实，透气性小，碳化速度较慢。外加剂。混凝土外加剂的种类较多，但不可使用含有氯化物的外加剂，因为氯化物会加剧钢筋的腐蚀。浇筑和养护质量。混凝土浇筑时，振捣不密实、养护方法不当、养护时间不足会造成混凝土内部毛细孔道粗大，使水、空气、侵蚀性化学物质进入混凝土内部，加速混凝土的碳化和钢筋腐蚀。混凝土结构工程施工质量验收规范中规定：在混凝土试件强度评定不合格及结构实体检验中，可采用非破损或局部破损的检测方法，按国家现行有关标准的规定对结构构件中的混凝土强度进行推定。常用的有回弹法、超声回弹综合法、钻芯法、后装拔出法等，其中最常用的是回弹法。而回弹法中碳化深度对混凝土强度的推定值影响很大。碳化是一个缓慢发展的过程，在进行混凝土结构及构件强度的检验时，为取得比较准确的混凝土的实际强度，应在28d后尽早进行，即在未碳化或碳化程度很小时进行。2、混凝土碳化的防治在使用时合理选用水泥品种。对于水位变化区以及干湿交替作用的部位或较严寒地区选用抗硫酸盐普通水泥；对矿渣水泥和粉煤灰水泥要控制掺量，普通水泥掺粉煤灰，可以在水泥用量不变的情况下，再外掺粉煤灰取代部分砂子，或同时掺用粉煤灰的减水剂，即采用“双掺”的技术措施，这样可以提高混凝土的抗碳化能力。选好合适的配合比，适量的外加剂，控制细骨料、粉料用量。分析骨料的性质，如抗酸性骨料与水，水泥的作用对混凝土的碳化有一定的延缓作用。对于使用江砂的地方，砂的级配不合理，粉料较多，更应选择合适的配合比，控制水灰比。科学地搅拌和运输，及时地养护，以减少渗流水量和其它有害物的侵蚀，确保混凝土的密实性。混凝土的密实度也是保证工程质量的关键因素。碳化后的混凝土构件还可采用涂刷环氧基液的方法，对建筑物地下部分在其周围设置保护层；用各种溶注液浸注混凝土，如用溶化的沥青涂抹。对碳化深度较大的，可凿除混凝土松散部分，洗净进入的有害物质，将混凝土衔接面凿毛，用环氧砂浆或细石混凝土填补，最后以环氧基液做涂基保护。8 结构混凝土碳化深度的检测与评定 81 检测方法 811 钢筋锈蚀电位测试结果表明钢筋可能锈蚀活动的区域，应进行混凝土碳化深度测量。 812 混凝土碳化状况的检测通常采用在混凝上新鲜断面喷洒酸碱指示剂；通过观察酸碱指示剂颜色变化来确定混凝土的碳化深度。 82 检测步骤 821 测区位置的选择原则可参照钢筋锈蚀自然电位测试的要求，若在同一测区，应先进行保护层和锈蚀电位、电阻率的测量，再进行碳化深度及氯离子含量的测量。 822 测区及测孔布置 (1)测区应包括锈蚀电位测量结果有代表性的区域，也能反映不同条件及不同混凝土质量的部位，结构外侧面应布置测区。 (2)测区数不应小于3个，测区应均匀布置。 (3)每一测区应布置三个测孔，三个测孔应呈“品”字排列，孔距根据构件尺寸大小确定，但应大于2倍孔径。 (4)测孔距构什边角的距离应大于25倍保护层厚度。 823 使用酸碱指示剂喷在混凝土的新鲜破损面，根据指示剂颜色的变化，测量混凝土的碳化深度，量测值准确至毫米。 (1)配制指示剂(酚酞试剂)：75的酒精溶液与白色酚酞粉末配置成酚酞浓度为1-2的酚酞溶剂，装入喷雾器备用，溶剂应为无色透明的液体。 (2)用装有20mm直径钻头的冲击钻在测点位置钻孔。 (3)成孔后用圆形毛刷将孔中碎屑、粉末清除，露出混凝土新茬。 (4)将酚酞指示剂喷到测孔壁上。 (5)待酚酞指示剂变色后，用测深卡尺测量混凝土表面至酚酞变色交界处的深度，准确至1mm。酚酞指示剂从五色变为紫色时，混凝上未碳化，酚酞指示剂未改变颜色处的混凝土已经碳化。 (6)将测区、测孔统一编号，并画出示意图，标上测量结果。 (7)测量值的整理应列出最大值、最小值和平均值。 83 评定标准 混凝上碳化深度对钢筋锈蚀影响的评定，可取构件的碳化深度平均值与该类构件保护层第页厚度平均值之比，并考虑其离散情况，参考表18-1对单个构件进行评定。混凝土碳化深度： 土碳化是指混凝土中的高碱性物质（主要是氢氧化钙）同大气中的二氧化碳（CO2）发生化学反应的现象。由于混凝土碳化是在混土碳化是在混凝土的构件外表面及表面下形成一个坚硬的碳化表皮，所以又称为混凝土“表面碳化”。测定混凝土碳化深度值的意义： 检测混凝土碳化深度的目的之一是混凝土碳化深度的大小直接影响采用回弹法检测混凝土强度的测定结果，即（对回弹法检测混凝土强度测定值进行修正）必须考虑混凝土碳化深度。 检测混凝土碳化深度的目的之二是由此可定性地推定混凝土中的钢筋锈蚀情况。下面简述混凝土碳化与钢筋锈蚀的关系分析。混凝土碳化与钢筋锈蚀的关系：普通硅盐水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙。混凝土孔隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，钢筋在碱性介质中表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4,这层保护膜（或钝化膜）使钢筋难以生锈。混凝土硬化以后，表面遭受空气中二氧化碳的作用，氢氧化钙慢慢变成碳酸钙而失去碱性，即前述的混凝土碳化。 图c示出混凝土碳化深度达到钢筋表面，碳化部分的钢筋表面使氧化膜破坏而开始生锈，但碱性部分的钢筋表面并不生锈。钢筋一生锈，铁锈的体积增大，破坏了混凝土保护层，沿钢筋产生裂缝，水、空气进入裂缝，加速了钢筋的锈蚀。 因此，一般认为当混凝土保护层厚度大于碳化深度时，钢筋没有锈蚀；保护层厚度与碳化深度接近时，则钢筋表面开始有局部锈点出现，当碳化浓度大于保护层时，锈蚀一般不可避免地要出现。由于已碳化混凝土中钢筋锈蚀将产生钢筋截面削弱、钢筋与混凝土相互作用能力降低，所以一般也认为当钢筋锈蚀发展到混凝土保护层沿钢筋开裂的程度时，尽管尚不影响构件安全使用，但可认为是开始危及结构安全的前兆，甚至可认为这是构件使用寿命的一种极限状态。混凝土碳化深度的检测方法： 碳化深度，可用合适的工具（如钻、凿子）在测区表面形成直径约为15mm的孔洞，其深度约等于保护层厚度，然后除去孔洞中的粉末和碎屑，不能用液体冲洗。用浓度为1%的酚酞酒精溶液立即洒在孔洞壁的边缘处，再用钢尺测量自混凝土表面至深处不变色、（未碳化部分呈紫红色）有代表性的交界处垂直距离12次，该距离即为混凝土的碳化深度值。每次测读至0.5mm。在测区中选取n个碳化深度测点，得到相应碳化深度测量值，即可进行平均碳化深度值的计算。混凝土回弹法测强中假性碳化【摘 要】 混凝土的碳化作用能提高其表面的硬度，现行无损检测规程把碳化深度作为回弹法测强的一个修正参量来采用。研究发现在某种场合用酚酞试剂测定到的碳化值，不一定是实质意义上氢氧化钙和二氧化碳反应生成的碳酸钙现象。这疑似混凝土碳化深度值实际是混凝土表层失碱产生的中性化现象，研究揭示了回弹法检测中酚酞试剂指示的假性碳化对混凝土检测强度评判的误区。【关键词】 混凝土 碳化 回弹法 检测1.前言硅酸盐水泥主要由石灰质原料和粘土质原料组成。石灰质原料提供氧化钙，氧化钙是碱性物质。新拌混凝土由于水化作用形成氢氧化钙，水泥浆在空气中硬化时，表层水化形成的氢氧化钙就会与空气中的二氧化碳生成碳化钙，这被称为混凝土的碳化作用。混凝土的碳化速度及碳化深度与混凝土水灰比有关，还与混凝土所处的的环境条件：如空气中的二氧化碳浓度，空气相对湿度有关。由于碳化收缩，碳酸钙的生成能提高混凝土表面的硬度，在回弹法检测强度时提高了回弹值读数，而且碳化深度与混凝土的龄期接近正比，因此我国在早期的回弹法测定混凝土强度技术的研究中，为了克服混凝土碳化及龄期对回弹法测强的影响，就把碳化深度作为一个参量来采用，使之成为一个反比的系数，当回弹值相当时，碳化深度值越大其对应的混凝土检测强度值越低。我国现行无损检测规程JGJ/T23-2001(回弹法检测混凝土抗压强度技术规程)1中规定了测量碳化深度的方法：采用浓度为1%的酚酞酒精溶液测量已碳化与未碳化混凝土交接面到混凝土表面的垂直距离，读数精确至0.5mm，大于6mm以上时以6.0mm计。这种检测混凝土碳化的方法已经使用了几十年。酚酞酒精溶液是一种指示剂，它可以成为混凝土是否碳化的一种检测方法，但广义上讲酚酞试剂是一种对物质进行酸，碱性检测的指示剂，有时它所指示的上述界面到混凝土表面的垂直距离并不一定是混凝土的碳化层。如果当被测混凝土表面受到了某化学物质的侵蚀，比如混凝土试块成型时的立方体试模，或工地浇筑混凝土架支的模版，采用了酸性脱模剂而使与模板接触的混凝土表面失碱产生的中性化现象，并不是真正意义上的回弹检测中的碳化事实，这种假性碳化现象，对混凝土表面硬度没有多少提高，当然回弹值也并不提高，但由此计算的回弹强度值却因这假性碳化深度的引入而较大程度的锐减，甚至致使判定检测工程质量的不合格，如不适时纠正将会造成财产的巨大损失。本文通过某一回弹法测强课题的研究中偶尔发现的混凝土表层中性化现象，揭示了回弹法检测中假碳化现象对混凝土检测强度评判的误区。2.问题的提出某一研究课题成型了一批150mm150mm150mm的立方体试块，设计混凝土强度等级为C20、C30、C40、C50等，在混凝土试块上进行回弹、抗压强度检测的混凝土龄期分别为14、28、60、90、120天。每组试块的回弹平均值、碳化深度及极限抗压强度平均值见表1。表1检测数值检测项设计混凝土强度等级C20C30C40C5014天回弹值27.931.733.435.0碳化深度（mm）-抗压强度（Mpa）17.024.531.042.228天回弹值30.433.735.139.1碳化深度（mm）3221抗压强度（Mpa）20.731.336.548.960天回弹值34.338.541.043.5碳化深度（mm）4332抗压强度（Mpa）27.337.646.856.390天回弹值35.540.142.043.4碳化深度（mm）5443抗压强度（Mpa）28.440.846.560.0120天回弹值37.343.246.048.8碳化深度（mm）5543抗压强度（Mpa）35.547.753.264.4注： 14天碳化深度值未做测量试验从表1的检测数据可以得知：1）随混凝土设计强度等级的提高及混凝土龄期的增长，其回弹值和抗压强度也提高，而且回弹值R与抗压强度f几乎成线性关系： f=-45.5+2.248R 、直线方程相关系数r=0.94、平均相对误差=8.6%。2）混凝土的碳化深度随混凝土的龄期逐渐增加，但是碳化深度值有些怪异。该批试块按计划成型一天拆模后放入水中养护一周，然后移至室外进行自然养护。按以往经验，放入水中养护一周龄期为14天的混凝土几乎没有碳化，故没有检测14天龄期的混凝土碳化值，但28天龄期的碳化值却出乎意料的大。3）将表1中20对回弹值直接代入文献1（取碳化值为零），把查得的回弹强度值与实际抗压强度值作比较，其负误差为6个，正误差为14个，平均相对误差为18.3%；同样，将16对回弹值、碳化值代入文献1，查得的回弹强度值与实际抗压强度值作比较，16个全体为负误差，即回弹强度值全体小于实际强度值，平均相对误差为24.0%，即同批试块引入碳化之后得到的回弹强度值误差更大，显然回弹强度值与实际强度值之间存在系统性偏差。3.疑似混凝土碳化深度值回弹法检测混凝土强度规程中引入碳化深度值，能克服混凝土的长龄期影响因素、且能显著提高无损检测的精度，这一公认的事实为什么在本次试验中不能得到体现？回弹强度值与实际强度值之间存在系统性偏差的原因是什么？在现场观察到，同一试块6个面上的碳化值不尽相同，有些同一组3块试块的碳化值也不尽相当，甚至没法取其平均值。有些试块底面和侧面的碳化值大、成型面碳化值很小或为零。这和自然规律相左：室外自然养护时，试块的成型面朝上，底面直接放在支承体上，因场地小，试块较集中，其间距也比较小，相对而言，底面和侧面较成型面于空气的接触少，但却有较大的碳化测量值。如此反常现象使疑点集中在脱模剂上，脱模剂使用的是废机油，经PH检测PH值为5，呈酸性。将试块成型面及底面中各放置1根 12钢筋，在压力机上作劈裂破坏，从被劈开的正方形截面上用肉眼就清晰可见：除成型面一边的另外三条边旁有或宽或窄成条状的灰色印痕，用1%浓度酚酞酒精溶液点滴，该灰色印痕呈非碱性反映，这灰色的印痕并不是实质意义上氢氧化钙和二氧化碳反应生成的碳酸钙，只不过是混凝土表层被污染或酸、碱性物质中和形成的混凝土试块表层中性化现象，揭示了是试模上的脱模剂造成了混凝土表面的疑似碳化值。4.工程实例某一工程混凝土设计强度等级C30，采用回弹法检测混凝土强度。因有一部分设备基础构件不具备侧面水平检测的条件，这些构件在基础成型面上进行回弹检测并按回弹检测规程进行测试角度与检测面的修正后计算回弹强度，对具备能进行侧面回弹的构件尽可能水平检测。结果发现成型面和侧面这二个面上的回弹测定强度显著差异。有代表对比性构件的回弹法测定强度结果见表2。 表2部分构件检测结果构件检测面回弹值碳化值（mm）回弹法测定强度（Mpa）1#成型面27.8032.42#成型面28.3033.11#侧面32.7226.82#侧面33.0227.3表2构件检测面的一个区别是测试角度、检测面状况不同；另一个区别就是混凝土浇筑时成型面上无模板、侧面上架设有模板，二者的回弹差值约为5左右，但成型面上混凝土的碳化深度为0，侧面上的碳化深度为2