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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第4期

目前混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)和碳化的影響因素探討

商繼宏

［摘 要］結(jié)合目前混凝土實(shí)體質(zhì)量發(fā)展和標(biāo)養(yǎng)試塊強(qiáng)度增長(zhǎng)情況，研究近幾年原材料質(zhì)量變化、配合比設(shè)計(jì)、項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工和養(yǎng)護(hù)因素對(duì)混凝土強(qiáng)度、碳化增長(zhǎng)的影響，及時(shí)調(diào)整現(xiàn)代混凝土企業(yè)質(zhì)量控制措施，對(duì)施工單位進(jìn)行科學(xué)有效的技術(shù)交底，保證工程質(zhì)量。

［關(guān)鍵詞］后期強(qiáng)度增長(zhǎng)；影響因素；碳化

1 研究背景

混凝土在當(dāng)前鋼混結(jié)構(gòu)建筑中的應(yīng)用極為廣泛，是建筑建設(shè)的重要組成部分。隨著高性能減水劑和大宗礦物摻合料在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，混凝土早期強(qiáng)度滿足拆模要求，后期強(qiáng)度發(fā)展相對(duì)復(fù)雜，甚至部分高強(qiáng)混凝土長(zhǎng)齡期養(yǎng)護(hù)后會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度倒縮的現(xiàn)象，給建筑工程帶來質(zhì)量隱患。在此主要對(duì)影響混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)的因素進(jìn)行探討。

工程質(zhì)量驗(yàn)收回彈強(qiáng)度受碳化深度影響。孫盛佩^[1]等提出無論是摻礦物摻合料還是未摻礦物摻合料的混凝土，28d齡期開始，不同的強(qiáng)度等級(jí)混凝土有不同的碳化速度，低等級(jí)混凝土隨著齡期的增大碳化速度加快。目前C35等低強(qiáng)度等級(jí)、大摻量礦物摻合料的混凝土結(jié)構(gòu)表面碳化普遍比較嚴(yán)重，工程驗(yàn)收時(shí)可達(dá)4mm，回彈值不能正常反映混凝土實(shí)體質(zhì)量。

2 原材質(zhì)量影響

2.1 水泥

水泥是膠凝材料體系中重要的組成部分，是漿體硬化的重要貢獻(xiàn)組分。近幾年水泥生產(chǎn)企業(yè)為滿足低碳生產(chǎn)的要求和承擔(dān)城市固廢的社會(huì)責(zé)任，水泥中熟料添加量較之前有明顯降低，混合材的添加量逐步上升。部分企業(yè)水泥熟料添加量在75%左右，而部分小廠水泥熟料添加量在65%左右。以C30混凝土為例，單方水泥熟料僅占總膠凝材料質(zhì)量的34%～39%，活性材料比例較小會(huì)影響混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)。為保證水泥強(qiáng)度指標(biāo)，在水泥粉磨過程中添加助磨劑提高比表面積，助磨劑成分較為復(fù)雜，在特定條件下也會(huì)對(duì)混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)產(chǎn)生影響。目前出廠水泥比表面積約380m/kg，雖滿足了GB 175—2023《通用硅酸鹽水泥》的要求，但過高的水泥比表面積會(huì)使混凝土14d以后強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度降低，對(duì)混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)和碳化性能控制產(chǎn)生不利影響。

2.2 ?；郀t礦渣粉

礦渣粉作為活性礦物摻合料被率先推廣應(yīng)用于混凝土中，并且具有科學(xué)合理的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。合理使用礦渣粉可有效降低混凝土的單方成本并改善混凝土水化過程。隨著混凝土企業(yè)的發(fā)展，礦渣粉作為優(yōu)質(zhì)的礦物摻合料，目前出現(xiàn)供不應(yīng)求的情況，價(jià)格不斷上漲，同時(shí)品質(zhì)也出現(xiàn)了參差變化。部分加工企業(yè)為降低成本甚至在礦渣磨細(xì)過程中加入部分石灰石粉，石灰石粉比例的增加降低了礦粉活性，尤其是后期活性基本無增長(zhǎng)。相對(duì)應(yīng)，為提高礦渣粉活性，在磨細(xì)過程中添加助磨劑，特定條件下助磨劑也對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。

2.3 粉煤灰

粉煤灰參與二次水化，可有效提高混凝土的后期強(qiáng)度。其活性指數(shù)一般用28d來評(píng)定，進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)主要以細(xì)度為驗(yàn)收依據(jù)。因此某些無良商家將部分無水化活性材料摻入粉煤灰中，以次充好。目前市售粉煤灰質(zhì)量波動(dòng)較大，不完全是原始電廠的風(fēng)選粉煤灰，大部分是電場(chǎng)灰渣加工成的磨細(xì)粉煤灰。尤其是供暖季結(jié)束后市面上不同批次的粉煤灰需水量比波動(dòng)非常大，甚至還殘存大量脫硫脫硝過程的副產(chǎn)物，在水化過程中對(duì)混凝土質(zhì)量產(chǎn)生極大影響。羅斌^[2]提出粉煤灰是影響后期強(qiáng)度增長(zhǎng)不正常的主要因素。

粉煤灰是由大部分微米級(jí)的實(shí)體或空心玻璃微珠組成，這是粉煤灰發(fā)揮形態(tài)效應(yīng)，改善混凝土和易性的根本屬性。同時(shí)粉煤灰組分中的活性硅氧化物是參與二次水化的必要條件。因此對(duì)于粉煤灰的入場(chǎng)檢測(cè)，不能只局限于標(biāo)準(zhǔn)中列舉的檢測(cè)項(xiàng)目?；诖擞行П孀R(shí)粉煤灰中是否含有玻璃體對(duì)于入場(chǎng)檢測(cè)尤為重要。有些企業(yè)在入場(chǎng)檢測(cè)中采用100倍的便攜式顯微鏡觀察形貌，有的企業(yè)采取100g粉煤灰和105g水?dāng)嚢韬髾z測(cè)流動(dòng)度的方法判定是否有玻璃體，在判斷含有大量玻璃體后再去進(jìn)行細(xì)度、燒失量等其他指標(biāo)的檢測(cè)，從最根本的屬性判斷上確保粉煤灰質(zhì)量。

目前按照設(shè)計(jì)規(guī)范采用普通硅酸鹽水泥混凝土配合比中，粉煤灰最大摻量可達(dá)到35%，礦物摻合料總量最大可達(dá)55%。為降低成本和控制混凝土水化溫升，一般混凝土企業(yè)在配合比設(shè)計(jì)上最大限度使用粉煤灰礦物摻合料，在配合比上如果使用了以次充好的礦物摻合料且未調(diào)整最優(yōu)摻入比例，會(huì)造成混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢甚至倒縮。

2.4 骨料

天津市砂、石質(zhì)量自2014年較之前有很大差異。近十年來市場(chǎng)上優(yōu)質(zhì)的天然砂資源逐漸緊缺，市售天然砂普遍存在部分風(fēng)化顆粒吸水率高、堅(jiān)固性差的缺陷，應(yīng)用在混凝土中會(huì)對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生支撐缺陷，對(duì)后期強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響。近五年來逐步推廣應(yīng)用的人工骨料，不同廠家生產(chǎn)的砂石質(zhì)量參差不齊，砂石中石粉含量高且級(jí)配不合理，混凝土拌合物和易性差，密實(shí)度和勻質(zhì)性不能保障，從而影響了其后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)。洪靖等^[3]提出機(jī)制砂高強(qiáng)自密實(shí)混凝土前期水泥水化物更多，強(qiáng)度增長(zhǎng)快，后期水化物增長(zhǎng)緩慢，力學(xué)性能提升幅度小。

王柳南^[4]等提出在28d碳化齡期前，機(jī)制砂混凝土碳化深度快速增長(zhǎng)，28d后趨于平緩，且碳化深度隨石粉摻量的增加呈先減后增的趨勢(shì)。因此優(yōu)質(zhì)的機(jī)制砂生產(chǎn)商對(duì)穩(wěn)定混凝土質(zhì)量至關(guān)重要，目前對(duì)亞甲藍(lán)試驗(yàn)符合標(biāo)準(zhǔn)要求、化學(xué)成分穩(wěn)定的整形機(jī)制砂可普遍應(yīng)用于C50以下混凝土的生產(chǎn)應(yīng)用。

3 配合比影響

天津市商品混凝土企業(yè)多，價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激烈，利潤(rùn)空間小，對(duì)產(chǎn)品性能要求高，大多數(shù)采用泵送施工，配合比設(shè)計(jì)采取大砂率、大膠材用量思路，部分礦物摻合料超摻，配合比設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)過于關(guān)注早期強(qiáng)度，導(dǎo)致混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)能力不足。根據(jù)本企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?nèi)控?cái)?shù)據(jù)，以C30混凝土為例，2014年之前7～28天強(qiáng)度增長(zhǎng)約16～20MPa，28～60天間強(qiáng)度增長(zhǎng)約為5～6MPa，但2014年之后7～28天強(qiáng)度增長(zhǎng)值不斷下降。選取本企業(yè)2023年12月至2024年1月結(jié)構(gòu)部位混凝土產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)，如表1所示C30混凝土7～28天強(qiáng)度增長(zhǎng)平均值約12MPa。C35、C40混凝土7～28天強(qiáng)度增長(zhǎng)趨勢(shì)與C30混凝土相近，不再列舉數(shù)據(jù)。企業(yè)同期C50混凝土7～28天強(qiáng)度增長(zhǎng)平均值為14MPa。

4 施工養(yǎng)護(hù)影響

為了保證施工要求一般設(shè)計(jì)大流動(dòng)性混凝土，工作性要求坍落度230mm以上、擴(kuò)展度600mm以上，便于勞務(wù)施工，減少振搗。同時(shí)為滿足可泵性能，生產(chǎn)配合比砂率一般比設(shè)計(jì)配合比提高2%，單方混凝土粗骨料用量降低50kg左右，過分追求大流動(dòng)性的施工需求也影響混凝土后期強(qiáng)度發(fā)展。

混凝土養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度決定活性材料水化程度，合理的溫度及濕度養(yǎng)護(hù)可確保活性膠凝材料充分水化，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)得以保障，表層碳化深度顯著下降。

目前施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑完成后豎向結(jié)構(gòu)存在拆模時(shí)間過早且不覆蓋養(yǎng)護(hù)膜的不規(guī)范養(yǎng)護(hù)現(xiàn)象，后期基本處于自然養(yǎng)護(hù)。自然養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度均來自大氣環(huán)境，對(duì)環(huán)境溫濕度有極高要求，天津地區(qū)春秋季節(jié)大風(fēng)干燥，不利于混凝土的自然養(yǎng)護(hù)。拆模時(shí)間過早造成混凝土早期失水嚴(yán)重，表層混凝土由于失水而被持續(xù)碳化，也就造成了混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢甚至停止增長(zhǎng)。往往會(huì)出現(xiàn)“回彈不行，鉆芯合格；彈墻不行，梁板合格”的情況。所以養(yǎng)護(hù)對(duì)于混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增長(zhǎng)極其重要。

5 建議

面對(duì)天然資源供應(yīng)不足的情況，混凝土企業(yè)要想產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，骨料的月度調(diào)研必不可少，天然砂石和人工砂石源頭質(zhì)量控制極其重要，建議大力推廣工業(yè)化生產(chǎn)的人工砂、石，完善人工骨料質(zhì)量控制地方標(biāo)準(zhǔn)。鼓勵(lì)混凝土生產(chǎn)企業(yè)針對(duì)區(qū)域市場(chǎng)的礦物摻合料建立質(zhì)量驗(yàn)收企業(yè)管理體系，對(duì)未知的混凝土礦物摻合料組分進(jìn)行高頻檢測(cè)并完善標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在配合比設(shè)計(jì)上尋求最佳礦物摻合料用量和最優(yōu)砂率，提高混凝土市場(chǎng)的質(zhì)量管理整體水平。

另外施工單位過分追求混凝土大流動(dòng)性，振搗不密實(shí)、養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)或養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足都可能導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度發(fā)展緩慢，內(nèi)部毛細(xì)孔道粗大，加速碳化。因此，科學(xué)有效的施工技術(shù)交底對(duì)實(shí)體質(zhì)量保障同等重要。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫盛佩，楊曉華，葉慈彪，等．礦物摻合料對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)及碳化速度的影響試驗(yàn)研究[J]．工程質(zhì)量，2015, 33 (03): 43-49．

[2] 羅斌．影響混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)的原因分析[J]．黑龍江交通科技，2017, 40 (09): 6-8．

[3] 洪靖，任虎，張帥琪，等．機(jī)制砂高強(qiáng)自密實(shí)混凝土長(zhǎng)期力學(xué)性能研究[J]．中國水運(yùn)（下半月），2021, 21 (06): 148-149+152．

[4] 王柳南，陳家海，鄭舜元，等．機(jī)制砂混凝土抗碳化性能研究[J]．混凝土，2023(12): 170-174．

供稿人：商繼宏

編輯員：李海亮

審核人：孫繼成，寧夏

【標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》行標(biāo)

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術(shù)規(guī)程》CECS

《預(yù)拌混凝土使用說明書》團(tuán)標(biāo)

《砂漿和混凝土用石屑》團(tuán)標(biāo)

《預(yù)拌混凝土產(chǎn)品質(zhì)量追溯規(guī)范》團(tuán)標(biāo)

【會(huì)議培訓(xùn)】

2025全國混凝土行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展與廢棄物資源再生技術(shù)交流大會(huì)

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【建材“雙碳”業(yè)務(wù)】

低碳膠凝材料研發(fā)與制備

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建筑垃圾處置與資源化利用

建筑垃圾再生砂粉應(yīng)用技術(shù)

建筑垃圾再生輕粗骨料技術(shù)

碳化再生骨料制備技術(shù)

【期刊著作】

《新技術(shù)在混凝土中的應(yīng)用》圖書

《常見預(yù)拌混凝土質(zhì)量事故分析百例》圖書

《預(yù)拌混凝土企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)室建設(shè)指南》圖書

混凝土技術(shù)發(fā)展中心（以下簡(jiǎn)稱“中心”）隸屬建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所，主要職能是跟蹤分析和研究國內(nèi)外混凝土行業(yè)科技前沿動(dòng)態(tài)，為全國混凝土行業(yè)開展技術(shù)服務(wù)工作，包括出版技術(shù)期刊、研究制定標(biāo)準(zhǔn)、開展技術(shù)咨詢、舉辦技術(shù)會(huì)議、承擔(dān)行業(yè)培訓(xùn)、從事認(rèn)證評(píng)價(jià)和開發(fā)研究等，中心是建材情報(bào)所主要業(yè)務(wù)部門之一。中心擁有員工10人，其中博士3人，正高職稱3人，副高職稱4人。中心掛靠的行業(yè)協(xié)會(huì)分支機(jī)構(gòu)包括中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)混凝土專業(yè)委員會(huì)、中國散裝水泥推廣發(fā)展協(xié)會(huì)預(yù)制建筑產(chǎn)業(yè)專業(yè)委員會(huì)、中國砂石協(xié)會(huì)建筑固廢利用分會(huì)、建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所雙碳研究中心。依托中心成立的平臺(tái)有預(yù)拌混凝土質(zhì)量追溯公共服務(wù)平臺(tái)、混凝土行業(yè)數(shù)字化服務(wù)平臺(tái)、中國商品混凝土行業(yè)企業(yè)專家委員會(huì)（擁有200余名行業(yè)一線專家）、北京砼享未來工程技術(shù)研究院（會(huì)員制技術(shù)和管理服務(wù)）。

中心每年參與多個(gè)混凝土技術(shù)咨詢和技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目，包括雄安新區(qū)混凝土項(xiàng)目咨詢、河北省多個(gè)高速公路高性能混凝土技術(shù)咨詢、固廢基膠凝材料和再生復(fù)合摻合料研發(fā)和制備技術(shù)，以及數(shù)十個(gè)混凝土企業(yè)的技術(shù)服務(wù)工作。開展預(yù)拌混凝土綠色產(chǎn)品認(rèn)證和科技成果評(píng)價(jià)工作。

咨詢電話：孫繼成 焦素芳 李海亮 13520073698 13521286915

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