【研究探索】目前混凝土后期強度增長和碳化的影響因素探討

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本文選自《商品混凝土》雜志2024年第4期

目前混凝土后期強度增長和碳化的影響因素探討

商繼宏

［摘 要］結合目前混凝土實體質量發(fā)展和標養(yǎng)試塊強度增長情況，研究近幾年原材料質量變化、配合比設計、項目現(xiàn)場施工和養(yǎng)護因素對混凝土強度、碳化增長的影響，及時調整現(xiàn)代混凝土企業(yè)質量控制措施，對施工單位進行科學有效的技術交底，保證工程質量。

［關鍵詞］后期強度增長；影響因素；碳化

1 研究背景

混凝土在當前鋼混結構建筑中的應用極為廣泛，是建筑建設的重要組成部分。隨著高性能減水劑和大宗礦物摻合料在生產中的廣泛應用，混凝土早期強度滿足拆模要求，后期強度發(fā)展相對復雜，甚至部分高強混凝土長齡期養(yǎng)護后會出現(xiàn)強度倒縮的現(xiàn)象，給建筑工程帶來質量隱患。在此主要對影響混凝土后期強度增長的因素進行探討。

工程質量驗收回彈強度受碳化深度影響。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，不同的強度等級混凝土有不同的碳化速度，低等級混凝土隨著齡期的增大碳化速度加快。目前C35等低強度等級、大摻量礦物摻合料的混凝土結構表面碳化普遍比較嚴重，工程驗收時可達4mm，回彈值不能正常反映混凝土實體質量。

2 原材質量影響

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組分。近幾年水泥生產企業(yè)為滿足低碳生產的要求和承擔城市固廢的社會責任，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量的34%～39%，活性材料比例較小會影響混凝土后期強度增長。為保證水泥強度指標，在水泥粉磨過程中添加助磨劑提高比表面積，助磨劑成分較為復雜，在特定條件下也會對混凝土后期強度增長產生影響。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使混凝土14d以后強度增長幅度降低，對混凝土的后期強度增長和碳化性能控制產生不利影響。

2.2 粒化高爐礦渣粉

礦渣粉作為活性礦物摻合料被率先推廣應用于混凝土中，并且具有科學合理的標準依據(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)質的礦物摻合料，目前出現(xiàn)供不應求的情況，價格不斷上漲，同時品質也出現(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。相對應，為提高礦渣粉活性，在磨細過程中添加助磨劑，特定條件下助磨劑也對混凝土強度增長產生不利影響。

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度。其活性指數(shù)一般用28d來評定，進場檢測主要以細度為驗收依據(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。目前市售粉煤灰質量波動較大，不完全是原始電廠的風選粉煤灰，大部分是電場灰渣加工成的磨細粉煤灰。尤其是供暖季結束后市面上不同批次的粉煤灰需水量比波動非常大，甚至還殘存大量脫硫脫硝過程的副產物，在水化過程中對混凝土質量產生極大影響。羅斌^[2]提出粉煤灰是影響后期強度增長不正常的主要因素。

粉煤灰是由大部分微米級的實體或空心玻璃微珠組成，這是粉煤灰發(fā)揮形態(tài)效應，改善混凝土和易性的根本屬性。同時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。因此對于粉煤灰的入場檢測，不能只局限于標準中列舉的檢測項目?；诖擞行П孀R粉煤灰中是否含有玻璃體對于入場檢測尤為重要。有些企業(yè)在入場檢測中采用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水攪拌后檢測流動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行細度、燒失量等其他指標的檢測，從最根本的屬性判斷上確保粉煤灰質量。

目前按照設計規(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到35%，礦物摻合料總量最大可達55%。為降低成本和控制混凝土水化溫升，一般混凝土企業(yè)在配合比設計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整最優(yōu)摻入比例，會造成混凝土后期強度增長緩慢甚至倒縮。

2.4 骨料

天津市砂、石質量自2014年較之前有很大差異。近十年來市場上優(yōu)質的天然砂資源逐漸緊缺，市售天然砂普遍存在部分風化顆粒吸水率高、堅固性差的缺陷，應用在混凝土中會對混凝土內部結構產生支撐缺陷，對后期強度產生不利影響。近五年來逐步推廣應用的人工骨料，不同廠家生產的砂石質量參差不齊，砂石中石粉含量高且級配不合理，混凝土拌合物和易性差，密實度和勻質性不能保障，從而影響了其后期強度的增長。洪靖等^[3]提出機制砂高強自密實混凝土前期水泥水化物更多，強度增長快，后期水化物增長緩慢，力學性能提升幅度小。

王柳南^[4]等提出在28d碳化齡期前，機制砂混凝土碳化深度快速增長，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。因此優(yōu)質的機制砂生產商對穩(wěn)定混凝土質量至關重要，目前對亞甲藍試驗符合標準要求、化學成分穩(wěn)定的整形機制砂可普遍應用于C50以下混凝土的生產應用。

3 配合比影響

天津市商品混凝土企業(yè)多，價格競爭激烈，利潤空間小，對產品性能要求高，大多數(shù)采用泵送施工，配合比設計采取大砂率、大膠材用量思路，部分礦物摻合料超摻，配合比設計預期目標過于關注早期強度，導致混凝土后期強度增長能力不足。根據(jù)本企業(yè)產品質量內控數(shù)據(jù)，以C30混凝土為例，2014年之前7～28天強度增長約16～20MPa，28～60天間強度增長約為5～6MPa，但2014年之后7～28天強度增長值不斷下降。選取本企業(yè)2023年12月至2024年1月結構部位混凝土產品質量數(shù)據(jù)，如表1所示C30混凝土7～28天強度增長平均值約12MPa。C35、C40混凝土7～28天強度增長趨勢與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天強度增長平均值為14MPa。

4 施工養(yǎng)護影響

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

混凝土養(yǎng)護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)護可確?；钚阅z凝材料充分水化，混凝土強度增長得以保障，表層碳化深度顯著下降。

目前施工現(xiàn)場混凝土澆筑完成后豎向結構存在拆模時間過早且不覆蓋養(yǎng)護膜的不規(guī)范養(yǎng)護現(xiàn)象，后期基本處于自然養(yǎng)護。自然養(yǎng)護的溫度和濕度均來自大氣環(huán)境，對環(huán)境溫濕度有極高要求，天津地區(qū)春秋季節(jié)大風干燥，不利于混凝土的自然養(yǎng)護。拆模時間過早造成混凝土早期失水嚴重，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度增長緩慢甚至停止增長。往往會出現(xiàn)“回彈不行，鉆芯合格；彈墻不行，梁板合格”的情況。所以養(yǎng)護對于混凝土實體結構強度增長極其重要。

5 建議

面對天然資源供應不足的情況，混凝土企業(yè)要想產品質量穩(wěn)定，骨料的月度調研必不可少，天然砂石和人工砂石源頭質量控制極其重要，建議大力推廣工業(yè)化生產的人工砂、石，完善人工骨料質量控制地方標準。鼓勵混凝土生產企業(yè)針對區(qū)域市場的礦物摻合料建立質量驗收企業(yè)管理體系，對未知的混凝土礦物摻合料組分進行高頻檢測并完善標準規(guī)范，在配合比設計上尋求最佳礦物摻合料用量和最優(yōu)砂率，提高混凝土市場的質量管理整體水平。

另外施工單位過分追求混凝土大流動性，振搗不密實、養(yǎng)護方法不當或養(yǎng)護時間不足都可能導致混凝土強度發(fā)展緩慢，內部毛細孔道粗大，加速碳化。因此，科學有效的施工技術交底對實體質量保障同等重要。

參考文獻

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

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

[3] 洪靖，任虎，張帥琪，等．機制砂高強自密實混凝土長期力學性能研究[J]．中國水運（下半月），2021, 21 (06): 148-149+152．

[4] 王柳南，陳家海，鄭舜元，等．機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

【標準規(guī)范】

《建筑固廢再生砂粉應用技術規(guī)范》行標

《建筑物綠色拆除與建筑垃圾綜合利用技術規(guī)程》CECS

《預拌混凝土使用說明書》團標

《砂漿和混凝土用石屑》團標

《預拌混凝土產品質量追溯規(guī)范》團標

【會議培訓】

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交流大會

第十屆全國建筑固廢和余泥渣土處理及資源化利用大會暨中國砂石協(xié)會建筑固廢利用分會年會

2025第二十一屆全國商品混凝土可持續(xù)發(fā)展論壇暨2025中國商品混凝土年會

預拌（商品）混凝土應用技術和工藝技能線上培訓

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研發(fā)中心建設

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綠色建材產品認證

[綠滿庭院]《HJ建筑圍護結構自保溫技術體系》推廣等

【建材“雙碳”業(yè)務】

低碳膠凝材料研發(fā)與制備

復合摻合料和再生復合摻合料研發(fā)與制備

建筑垃圾處置與資源化利用

建筑垃圾再生砂粉應用技術

建筑垃圾再生輕粗骨料技術

碳化再生骨料制備技術

【期刊著作】

《新技術在混凝土中的應用》圖書

《常見預拌混凝土質量事故分析百例》圖書

《預拌混凝土企業(yè)標準化試驗室建設指南》圖書

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