结构混凝土标养期后的强度变化规律研究

孙 华，谢秀萍，黄丽卿

(福建林业职业技术学院，福建 南平 353000)

混凝土的强度按照国家规范规定28 d达到期望强度值，但是该值并不是强度的终点值[1]。无论是在实验室标准条件的养护，还是在自然条件下的养护，随着时间的增长，工程结构混凝土抗压强度在一定的温度和湿度的环境下，结构内部的水泥会持续水化，其强度也会有所增加[2]。一般采用回弹仪对工程结构混凝土进行无损检测，根据碳化深度来确定混凝土的强度值[3]。现着重探究在原材料相同、配合比相同、相同养护条件下，结构混凝土随着养护龄期的变化，其抗压强度所产生的变化，旨在研究结构混凝土后28 d的抗压强度的变化规律。

1 试验对象

本研究试验在某高校的一座11层新建的学生公寓内，主体结构为框架结构，楼板混凝土采用C25强度的商品混凝土。其中采用P.045.5水泥，细集料用中砂，细度模数为2.8～2.9，表观密度为2 560～2 630 kg/m3，粗集料Ⅰ为连续级配5～25 mm的碎石，表观密度2 620～2 940 kg/m3，粗集料Ⅱ为单粒径16～31.5 mm碎石，表观密度为2 600～2 670 kg/m3，掺和料为某粉煤灰厂生产的F类Ⅱ级粉煤灰，外加剂为XB-HWRR缓凝高效减水剂。楼板混凝土配合比，见表1。

表1 混凝土配合比

由于大楼单层的面积较大，每一层面积为1 530 m2，考虑到浇捣时长和模板利用率，因此每一层都分成两部分浇捣，以后浇带位置分界，1轴到后浇带为一部分，下文简称A部份，后浇带到19轴为另一部份，下文简称B部份。采用机械搅拌，非泵送施工方法，成品混凝土的坍落度为100 mm，表观密度2 370 kg/m3，每批次的浇捣时间见表2。

表2 楼层浇捣时间(2014年)

注：时间为月-日。

2 试验方法

2.1 试验仪器

试验采用ZC3-A型回弹仪，标准能量为2.207 J，示值系统为指针直读式，其技术性能及主要参数均符合国家计量检定规程《混凝土回弹仪》(JJG 817-2011)的规定。其工作原理是用一弹簧驱动弹击锤，通过弹击杆弹击混凝土表面所产生瞬时弹性变形的恢复力，使弹击锤带动指针弹回，并指示出弹回的距离[4]。以回弹值(弹回的距离与冲击前弹击锤至弹击杆的距离之比，按百分比计算)作为混凝土抗压强度相关的指标之一，来推定混凝土的抗压强度。它是用于无损检测结构或构件混凝土抗压强度的一种仪器。

碳化深度测定采用HT-2型混凝土碳化深度测量仪，测量范围0～25 mm，测量精度0.01 mm。混凝土的碳化是指混凝土中的Ca(OH)2与空气中或水中溶的CO2或其它酸性物质反应，变成CaCO3而失去碱性的过程。按1%配合比制作的酚酞酒精溶液，就是利用酸碱反应来测定混凝土的碳化深度的，酚酞遇到碳化的酸性表面呈现无色状态，遇到尚未碳化的内部碱性混凝土，则指示为红色。

2.2 试验准备

根据规范要求，回弹仪使用之前要进行率定试验，本次率定试验在环境温度22℃的室内，钢砧放置在室内混凝土地板上，将钢砧的表面用干布擦净清洁。率定分4个方向进行，弹击杆每次旋转90°，弹击杆每旋转一次所测得3次率定值[5]。本试验准备共检测回弹仪12次，东南西北方向各3次，数据见表3。结果表明，在4个方向上的率定均值在国家规范要求的80±2范围之内，说明该回弹仪符合测量的标准，可以作为本实验仪器。

表3 回弹仪率定试验数据

2.3 试验过程

本试验的大楼各层混凝土浇捣的时间都不一致，同一层再分成两个时间浇捣，测量的时间2014年5月5日，对象是2～10层楼面进行测量，测量时11层的楼面模板尚未拆除，因此本试验只对2～10层采集原始数据进行分析。根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ-T23-2011)的要求，测区不少于10个，本试验测区共分成18个测区，每个测区布置16个测点，各个测点在测区范围内均匀分布，相邻两测点的净距离大于2 m，测点距外露钢筋、预埋件的距离大于50 cm，测点选择在均匀的混凝土面上，垂直方向测量，且同一测点只弹击一次。测量过程和测点的布置都符合国家规范的要求。各层次的浇捣到回弹测定的时间长度，见表4。

表4 各测区混凝土养护的时间 d

回弹测量完后，在有代表性的测区上测量碳化深度值，按规定要求测点数不少于测区数的30%[5]。本试验选9个测点，在各个测点用钢钎开凿直径为20 mm的孔洞，深20 mm。用吹耳球吹去孔洞内的粉末和碎屑，用1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁边缘处，用数显碳化深度测定仪测量混凝土表面至碳化与未碳化的分界处，测量3次，取平均值，数据精确到0.5 mm。

3 数据分析

3.1 回弹模量测量数据

根据测量各测点得出的回弹模量值Ri，见表5。

表5 各测点回弹模量值Ri

3.2 回弹模量修正值

根据规范规定计算测区平均回弹值时，应从该测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，其余的10个回弹值按公式(1)计算，计算的结果，见表6。

。

(1)

式中：Rm为测区平均回弹值，精确至0.1；Ri为第i个测点的回弹值。

根据参考文献[5]的规定，水平方向检测混凝土浇筑表面时，平均回弹值需按公式(2)进行修正。

(2)

根据文献[5]附录D中查询，用内插法得出本实验的各个测区修正后的回弹值，见表6。

3.3 碳化深度值

回弹测量完毕后，进行各测区的碳化深度测量，本试验共测量9个测点，具体结构混凝土碳化深度测量值，见表7。

表6 浇筑表面回弹修正值

表7 测区碳化深度测定值dm

3.4 混凝土强度换算值

表8 混凝土强度换算值 MPa

按规程规定，当测区数大于10个以上的时，应进行强度平均值和标准差的计算。本试验测区有18个，强度平均值和标准差的计算公式，按公式(3)和公式(4)进行计算。

。

(3)

。

(4)

3.4 不同后龄期混凝土强度的变化规律

混凝土在28 d的养护期结束后其强度的变化值，见表9。

表9 不同后养护期混凝土强度换算值

以养护龄期作为X轴，强度换算值为Y轴，建立直角坐标系，各测区结构混凝土在其养护时间下，其强度换算值散点趋势，如图1所示。

图1 后28 d混凝土强度换算散点图

根据散点图，利用EXCEL软件内的数据分析功能，对有典型趋势的28～80 d强度换算值进行回归分析，采用线性分析、对数分析、乘幂分析、多项式分析等分析方法[6]，拟合结果如图2～图5所示。

图2 线性分析

图3 对数分析

图4 乘幂分析

图5 多项式分析

从上述的分析方法可知，最符合散点图分布趋势的应该是多项式分析方法，后28 d强度换算值与养护龄期的关系公式，选择公式(5)。

Y=-0.001 7X2+0.297 7X+8.511 6。

(5)

式中：X为后28 d养护龄期，d；Y为强度换算值，MPa。

3.6 影响后龄期强度换算值的因素分析

本试验采用回弹仪来测定28 d后混凝土的回弹模量，而后根据混凝土表面的碳化深度来换算混凝土的强度值。试验数据来源于正在施工中的学生公寓内的楼面结构混凝土。因此影响回弹模量和碳化深度的因素比较多样化，根据国内的研究表明[7]，主要影响因素还是从以下几个方面进行分析。

3.6.1 原材料

本次试验针对的是同一种标号的同一厂家生产的水泥，没有对不同标号和种类的水泥进行试验对比，但根据国内研究表明，普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥等常用水泥对混凝土回弹模量的测定都没有什么显著的影响，其影响主要是体现在碳化深度上面。本试验采用了碳化深度作为换算的条件，因此不考虑水泥种类和强度的影响。

对于混凝土中的粗骨料，其强度符合要求，符合筛分曲线的石子粒径，无论是哪种品质的石子，基本上对回弹模量没有什么影响，这在国内的研究已经成定论[8]。但粗骨料的最大粒径也不能太大，应符合国家规范的要求，否则会影响回弹模量的取用值。对于混凝土中的细骨料，只要是符合国家的采用标准，基本对混凝土的回弹强度没有影响。外添加剂为普通的高效减水剂，也对回弹测强没有显著的影响[7]。

3.6.2 结构混凝土的龄期

混凝土在0～28 d的标准养护时间内，0～14 d的时间段由于水泥水化热的作用，结构混凝土基本没有硬化，但其强度增加很快，此阶段不能进行回弹强度的测定。21 d后混凝土已经基本硬化，其表面出现明显的碳化现象，对测定回弹值会产生一定的影响[7]。28～80 d混凝土的强度已经形成，其表面的碳化深度也趋于一致，此阶段后比较适合用回弹仪来测定强度值。80 d后混凝土强度基本没有什么变化，但是其碳化深度在逐步加深，对测定的结果影响较大。

3.6.3 成型的方法

混凝土成型的方法分成两种，一种为机械振捣工艺成型，另一种为人工振捣工艺成型。研究表明，混凝土经过密实成型后，人工插捣成型与机械振动成型的混凝土回弹法测强曲线非常接近，因此制定回弹测强曲线时不必考虑成型方法的影响。但是如果采用别的成型技术，如离心法等，需要做进一步的试验研究方可使用，否则会带来较大的误差[9]。

3.6.4 养护条件

本试验是在一座在建的学生公寓中进行的，混凝土的养护条件不属于标准养护条件，而是属于自然养护条件，自然养护条件与标准养护条件最主要就表现在温度和湿度的影响不同。标准养护采用湿养护，以在养护期内连续保持湿润状态，混凝土强度值在龄期内随湿度增高而增长[10]。自然养护条件下，混凝土因为失水会造成水泥水化热不充分，后期的强度增加比较缓慢，甚至还会出现倒退的现象。湿度太大或在水中进行养护，与干燥的状态下养护相比，其早期或后期的强度都要高，但由于表面湿度的影响，硬度会被水软化，其回弹测定值反而有所降低。有研究表明，养护方法对混凝土的强度形成有较大的影响[11-12]。

3.6.5 模板的性能

模板的影响主要体现在模板的吸水性能上，木模板会吸收混凝土表面上的水分，改变混凝土表面的水灰比，使混凝土表面的硬度增大，其实混凝土的内部强度并没有达到表面的强度值，影响了回弹模量数据的准确性。通常采用钢模，并在钢模的内壁涂以少量矿物油辅助脱模，这种方法能尽量保证强度测定的准确性。

3.6.6 施测的位置

测区的表面应为混凝土原浆面，应清洁、平整，不应有疏松层、浮浆、油垢、涂层以及蜂窝、麻面。本试验在施工中的楼面上进行，选择测区的位置都有一定的代表性，避开梁、柱的位置，避开钢筋的位置，测量时将测点位置的表面泥灰清扫干净，选择没有气孔和外露石子的平整测点，两个测点之间的距离控制在2 m以上。

4 结 论

在标准养护龄期过后，结构混凝土由于内部水化热的持续，其强度依然会缓慢提升，当龄期到80 d左右时，强度达到最大值，比28 d的强度大

约可以提高20%～30%。

在龄期80 d之后，由于结构混凝土表面的碳化原因，其碳化修正值略高，强度换算值反而有所降低，100 d后强度换算值趋于一定值。

结构混凝土在自然条件下养护28～80 d，采用线性分析、对数分析、乘幂分析、多项式分析对其强度换算值的变化规律与龄期的关系进行拟合，对比拟合结果，最终确定其关系可采用多项式公式：Y=-0.001 7X2+0.297 7X+8.511 6来表示。

【参 考 文 献】

[1]王有宗.工程结构混凝土强度检验评定的研究[D].郑州：郑州大学，2002.

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[3]何晓晗，余 翔.混凝土强度检测试验数据应用的一点见解[J].江西建材，2013(3)：11-12.

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[5]建设部.JGJ/T23-2001，回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

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