對混凝土碳化深度測定方法的質(zhì)疑

黃振興

（溫州華邦混凝土有限公司，高工）

隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，高性能、高耐久性、綠色混凝土得到大量應(yīng)用；而要配制高性能、高耐久性、綠色混凝土必須使用大摻量礦物摻合料，如粉煤灰、磨細(xì)礦粉和硅灰等，其中又以粉煤灰、磨細(xì)礦粉最為常用。礦物摻合料首先因為比水泥還細(xì)，填充了水泥漿中的孔隙，起到了集料填充效應(yīng)，使混凝土更加密實；其次，礦物摻合料中的主要成分（二氧化硅）通過與水泥一次水化后產(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生二次、三次水化生成硅酸鹽凝膠，有微膨脹效應(yīng)，有效f 封閉了混凝土中有害的孔隙,提高了混凝土抗?jié)B性、密實性，提高了混凝土抗有害離子侵入的性能，從而提高了混凝土耐久性，使混凝土具有了高強、高性能。而且，由于消耗了大量工業(yè)廢渣，起到了節(jié)能、環(huán)保的效果，使混凝土的生產(chǎn)走上綠色、環(huán)保之路。

然而，一個問題隨之出現(xiàn)了?，F(xiàn)行回彈規(guī)范測定碳化深度，主要方法是：在混凝土表面的測區(qū)采用適當(dāng)工具形成直徑 15mm 的孔洞，其深度應(yīng)大于混凝土碳化深度，清除孔洞中粉末和碎屑（不得用水沖洗），同時采用濃度為 1% 的酚酞酒精溶液滴在孔洞邊緣處，再用測深工具測已碳化與未碳化交界面（變紅色與未變紅色的交界面）到混凝土表面的垂直距離，測量不少于三次，取其平均值?，F(xiàn)行規(guī)范測定混凝土碳化深度的方法，利用的原理是：混凝土中的水泥水化時，除生成硅酸鹽、鋁酸鹽、鐵鋁酸鹽等膠結(jié)材料外，還生成氫氧化鈣；混凝土表面在與空氣接觸后，空氣中二氧化碳會通過混凝土表面孔隙滲入混凝土中與氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣，這就是所謂的 “碳化”。氫氧化鈣是堿性的，遇酚酞會變紅；而碳酸鈣是中性的，與酚酞不變色。在混凝土表面的測區(qū)鑿出孔洞，滴入酚酞后，就可根據(jù)混凝土變色情況測出碳化深度。

這在使用水泥一種膠凝材料時，現(xiàn)行回彈規(guī)范是沒有問題的，沒有任何干擾因素。但是在使用大摻量礦物摻合料混凝土中，膠凝材料就不是水泥一種，還有粉煤灰、磨細(xì)礦粉、硅灰等其它膠凝材料，這些礦物摻合料的共同特點是，它們會在二次、三次水化時，消耗掉混凝土中絕大部分氫氧化鈣。由于礦物摻合料消耗掉了水泥水化的大量的氫氧化鈣，就造成碳化深度測不準(zhǔn)；或由于混凝土中氫氧化鈣被消耗殆盡，混凝土滴酚酞后根本不變色，造成混凝土已完全碳化的假象。尤其在混凝土表面，由于施工單位澆筑柱和剪力墻混凝土?xí)r一般都會出現(xiàn)過振，造成混凝土表面浮漿過多，而混凝土中礦粉和粉煤灰在浮漿由于比較輕會遷移的比較快，而造成混凝土表面浮漿中礦粉、粉煤灰這些摻合料比其它地方多。這樣在這些區(qū)域氫氧化鈣就被礦物摻合料幾乎全部消耗掉，測碳化的孔洞中滴酚酞后根本不變色，造成混凝土已完全碳化的假象。

1 工程實例一

1.1 混凝土回彈強度

某在建工程，混凝土設(shè)計強度 C30，齡期 50～60天，施工單位請當(dāng)?shù)刭|(zhì)監(jiān)部門用回彈法做結(jié)構(gòu)驗收，混凝土為泵送混凝土。

1.1.1 測區(qū)平均回彈值

從測區(qū)的 16 個回彈值中剔除 3 個最大值和三個最小值，余下的 10 個回彈值求平均值。

1.1.2 測區(qū)混凝土強度換算值

測區(qū)混凝土強度換算值見表1，泵送混凝土混凝土強度換算值的修正值見表2，均摘自 JGJ/T 23—2001《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)范》。

表1 測區(qū)混凝土強度換算值 MPa

表2 泵送混凝土混凝土強度換算值的修正值

1.1.3 測區(qū)混凝土強度推定值的計算

測區(qū)平均回彈值＝測區(qū)混凝土強度換算值＋泵送混凝土測區(qū)混凝土強度換算值的修正值

1.1.4 測區(qū)混凝土強度回彈結(jié)果

當(dāng)?shù)刭|(zhì)檢部門，在用回彈法做混凝土結(jié)構(gòu)檢驗時發(fā)現(xiàn)碳化深度都異常大，均在 4mm 左右，有的混凝土鑿開滴酚酞后甚至根本不變紅，由于混凝土不可能完全碳化，該質(zhì)檢部門也按 4mm 計算了。當(dāng)時該質(zhì)檢部門的檢測人員也對齡期僅 50～60 天的混凝土，碳化竟如此深感到不可思議，但由于沒有找到原因，也沒有可依據(jù)的規(guī)范，得按實測數(shù)據(jù)計算回彈結(jié)果，見表3。

通過表3 可知，該質(zhì)檢部門判斷該在建工程該批混凝土不合格。施工單位只得委托上一級質(zhì)檢部門做鉆芯取樣，實測混凝土強度。

1.2 混凝土鉆芯取樣強度

施工單位為了對建筑物準(zhǔn)確做結(jié)構(gòu)驗收，只得在做回彈的每個測區(qū)均委托了上一級質(zhì)檢部門做鉆芯取樣，實測混凝土強度。結(jié)果見表4。

1.3 回彈法測得的混凝土強度出現(xiàn)嚴(yán)重偏差

通過與鉆芯取樣獲得的混凝土實際強度對比，可以發(fā)現(xiàn)回彈法測得的混凝土強度出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真。（見表5 鉆芯取樣強度與回彈推定值對比）

其它 12 棟 1～8 層所有構(gòu)件的強度情況與上述這棟樓情況一樣，現(xiàn)行回彈法測得的混凝土強度出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真。由于數(shù)據(jù)雷同且繁多，故不一一列舉。

由此可見，現(xiàn)行回彈規(guī)范在檢測該建筑群混凝土實體強度時，出現(xiàn)了嚴(yán)重偏差。那么問題出在哪里呢？

2 回彈法測得的混凝土強度出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真的原因分析

2.1 回彈法測得的混凝土強度出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真的原因

筆者在仔細(xì)分析后，首先發(fā)現(xiàn)一個有趣的現(xiàn)象，如果碳化深度為 0.5mm，那么回彈強度推定值就與鉆芯取樣獲得的混凝土強度實際值非常接近。（表6 碳化深度為 0.5mm 時鉆芯取樣強度與回彈推定值對比）

由此可見，現(xiàn)行回彈規(guī)范在檢測該建筑群混凝土實體強度時，出現(xiàn)了嚴(yán)重偏差的原因主要是碳化深度的測定出現(xiàn)了嚴(yán)重偏差和失真。

那么為什么在碳化深度測定時出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真呢？

2.2 碳化深度測定時出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真的原因

筆者通過了解該 C30 混凝土配合比（見表7）認(rèn)為主要原因如下：

從混凝土配合比分析，水泥使用的是冀東 P·O42.5水泥（28 天強度達(dá)到 51MPa）、粉煤灰為優(yōu)質(zhì)Ⅱ級粉煤灰（細(xì)度僅 12%），礦粉是合格的 S95 級礦粉（7 天活性指數(shù)達(dá)到 82%，28 天活性指數(shù)達(dá)到 101%），砂為Ⅱ區(qū)中砂，石子為 5～25mm 連續(xù)粒徑；外加劑用的是減水率高達(dá) 25% 的聚羧酸；取代前水泥用量為 363㎏，取代前水灰比 0.5；膠材用量 380㎏，水膠比 0.47；7 天強度達(dá)到設(shè)計強度的 85%、為 25.5MPa，28 天強度達(dá)到設(shè)計強度的 132%、為 39.6MPa；完全符合相關(guān)國家規(guī)范和設(shè)計要求。該配合比很好f 應(yīng)用了目前混凝土配合比設(shè)計的先進(jìn)理念，使用了大摻量的礦物摻合料，不僅大大提高了混凝土耐久性，充分滿足了強度要求，而且還符合節(jié)能、環(huán)保的先進(jìn)理念，消耗了大量工業(yè)廢料。

表3 回彈法測得的混凝土強度 MPa

表4 鉆芯取樣強度 MPa

表5 鉆芯取樣強度與回彈推定值對比 MPa

表6 碳化深度為 0.5mm 時 鉆芯取樣強度與回彈推定值對比 MPa

表7 C30 混凝土配合比

該混凝土在水化時水泥會率先水化，這一過程也被業(yè)界稱作 “一次水化”，生成硅酸鹽、鋁酸鹽、鐵鋁酸鹽等膠結(jié)材料外，還生成氫氧化鈣；隨后礦粉會和水泥水化后生成的氫氧化鈣反應(yīng)生成硅酸鹽凝膠，這被業(yè)界稱作 “二次水化”；最后，粉煤灰才會和混凝土中剩余的氫氧化鈣反應(yīng)生成硅酸鹽、鋁酸鹽凝膠，這被業(yè)界稱作 “三次水化”。粉煤灰之所以水化晚于礦粉，是由于礦粉是物理破碎，細(xì)度較細(xì)，表面能及時充分地與氫氧化鈣接觸、反應(yīng)；而粉煤灰由于是電廠靜電除塵所得的原狀灰，顆粒為玻璃球狀體，表面非常致密，故它與氫氧化鈣充分反應(yīng)前，先有個氫氧化鈣腐蝕玻璃球狀體表面的破壁過程，然后玻璃球狀體中的二氧化硅、三氧化二鋁再與氫氧化鈣反應(yīng)，所以反應(yīng)要慢于礦粉。

從上述大摻量礦物摻合料混凝土水化反應(yīng)機(jī)理可以看出，礦粉、粉煤灰在二次水化及三次水化過程中，消耗了大量水泥一次水化時生成的氫氧化鈣及原材料帶入的氫氧化鈣。而且，在墻、柱等結(jié)構(gòu)施工時，由于鋼筋比較密集，施工人員為了將混凝土振搗密實，往往振搗時間過長，甚至過振，在這一過程中，由于礦粉、粉煤灰比較輕，它們會隨著振搗過程遷移到墻、柱等結(jié)構(gòu)表面，使混凝土表面 1cm 左右相對其它部分礦物摻合料較多，這就導(dǎo)致了混凝土表面 1cm 左右的混凝土中氫氧化鈣消耗比混凝土其它部分更大，甚至消耗殆盡。

這樣，最終導(dǎo)致了現(xiàn)行回彈規(guī)范測定碳化深度時產(chǎn)生巨大偏差，甚至混凝土?xí)霈F(xiàn)在鑿出的測洞中滴入酚酞試劑后，混凝土不變色的現(xiàn)象，給人以混凝土碳化已經(jīng)非常深的假象（實際上是表層混凝土中氫氧化鈣被礦粉、粉煤灰消耗殆盡；而不是氫氧化鈣與空氣中二氧化碳進(jìn)行了碳化反應(yīng)）。

3 工程實例二

某工地驗收時，某些品德低下的質(zhì)檢人員，起初故意把碳化深度測得很大，一個多月的混凝土實體，他們測出來的碳化深度居然達(dá)到 5mm 以上。導(dǎo)致 C30 混凝土回彈值達(dá)到 35～36MPa 時，推算的強度都不合格。經(jīng)過潛規(guī)則后，第二次復(fù)測時把碳化深度改成 2mm，就全部合格了。

有些質(zhì)檢人員根本不知道什么是碳化，全然不顧碳化是空氣中稀薄的二氧化碳（空氣中二氧化碳含量0.03%），并且要通過混凝土表面的空隙滲透進(jìn)去，與水泥水化后形成的氫氧化鈣起化學(xué)反應(yīng)后才能完成碳化；全然不顧碳化是一個極其緩慢的過程；也全然不顧摻加摻合料的混凝土表面有可能因為摻合料在這個區(qū)域較多，消耗掉了混凝土氫氧化鈣，有可能測不到氫氧化鈣，而誤判為全部碳化的事實。實際上，碳化是一個非常緩慢的化學(xué)反應(yīng)過程，一般 2 個月左右，結(jié)構(gòu)驗收時，混凝土的碳化深度不會超過 0.5mm。

道德品質(zhì)低下的一些質(zhì)監(jiān)部門人員不學(xué)無術(shù)，不去不斷提高自己的專業(yè)技能；反而充分利用了規(guī)范，把碳化深度作為了折騰混凝土從業(yè)人員的利器，作為獲取黑色收入的卑鄙手段。

4 對如何解決用回彈法結(jié)構(gòu)驗收時混凝土從業(yè)人員遭到不公平待遇的解決思路

首先，加強各地質(zhì)監(jiān)部門質(zhì)檢人員專業(yè)學(xué)習(xí)，提高他們的專業(yè)水平，使其在檢測時能準(zhǔn)確無誤；同時，加強這些人員的職業(yè)道德教育，杜絕違法行為；另外，執(zhí)法部門接到舉報，要及時介入，嚴(yán)格執(zhí)法，嚴(yán)處這類違法行為。其次，綜上所述，由于大摻量礦物摻合料混凝土水化時的特殊性，如果采用現(xiàn)行規(guī)范《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》來測碳化深度，并且使用附錄B《測區(qū)混凝土強度換算表》來推定混凝土強度，碳化深度測定時會出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真，最終導(dǎo)致回彈法測得的混凝土強度出現(xiàn)嚴(yán)重偏差和失真。規(guī)范要根據(jù)實際情況及時修訂。