【研究探索】目前混凝土后期强度增长和碳化的影响因素探讨
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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第4期
目前混凝土后期强度增长和碳化的影响因素探讨
商继宏
［摘 要］结合目前混凝土实体质量发展和标养试块强度增长情况，研究近几年原材料质量变化、配合比设计、项目现场施工和养护因素对混凝土强度、碳化增长的影响，及时调整现代混凝土企业质量控制措施，对施工单位进行科学有效的技术交底，保证工程质量。
［关键词］后期强度增长；影响因素；碳化
1 研究背景
混凝土在当前钢混结构建筑中的应用极为广泛，是建筑建设的重要组成部分。随着高性能减水剂和大宗矿物掺合料在生产中的广泛应用，混凝土早期强度满足拆模要求，后期强度发展相对复杂，甚至部分高强混凝土长龄期养护后会出现强度倒缩的现象，给建筑工程带来质量隐患。在此主要对影响混凝土后期强度增长的因素进行探讨。
工程质量验收回弹强度受碳化深度影响。孙盛佩[1]等提出无论是掺矿物掺合料还是未掺矿物掺合料的混凝土，28d龄期开始，不同的强度等级混凝土有不同的碳化速度，低等级混凝土随着龄期的增大碳化速度加快。目前C35等低强度等级、大掺量矿物掺合料的混凝土结构表面碳化普遍比较严重，工程验收时可达4mm，回弹值不能正常反映混凝土实体质量。
2 原材质量影响
2.1 水泥
水泥是胶凝材料体系中重要的组成部分，是浆体硬化的重要贡献组分。近几年水泥生产企业为满足低碳生产的要求和承担城市固废的社会责任，水泥中熟料添加量较之前有明显降低，混合材的添加量逐步上升。部分企业水泥熟料添加量在75%左右，而部分小厂水泥熟料添加量在65%左右。以C30混凝土为例，单方水泥熟料仅占总胶凝材料质量的34%～39%，活性材料比例较小会影响混凝土后期强度增长。为保证水泥强度指标，在水泥粉磨过程中添加助磨剂提高比表面积，助磨剂成分较为复杂，在特定条件下也会对混凝土后期强度增长产生影响。目前出厂水泥比表面积约380m/kg，虽满足了GB 175—2023《通用硅酸盐水泥》的要求，但过高的水泥比表面积会使混凝土14d以后强度增长幅度降低，对混凝土的后期强度增长和碳化性能控制产生不利影响。
2.2 粒化高炉矿渣粉
矿渣粉作为活性矿物掺合料被率先推广应用于混凝土中，并且具有科学合理的标准依据。合理使用矿渣粉可有效降低混凝土的单方成本并改善混凝土水化过程。随着混凝土企业的发展，矿渣粉作为优质的矿物掺合料，目前出现供不应求的情况，价格不断上涨，同时品质也出现了参差变化。部分加工企业为降低成本甚至在矿渣磨细过程中加入部分石灰石粉，石灰石粉比例的增加降低了矿粉活性，尤其是后期活性基本无增长。相对应，为提高矿渣粉活性，在磨细过程中添加助磨剂，特定条件下助磨剂也对混凝土强度增长产生不利影响。
2.3 粉煤灰
粉煤灰参与二次水化，可有效提高混凝土的后期强度。其活性指数一般用28d来评定，进场检测主要以细度为验收依据。因此某些无良商家将部分无水化活性材料掺入粉煤灰中，以次充好。目前市售粉煤灰质量波动较大，不完全是原始电厂的风选粉煤灰，大部分是电场灰渣加工成的磨细粉煤灰。尤其是供暖季结束后市面上不同批次的粉煤灰需水量比波动非常大，甚至还残存大量脱硫脱硝过程的副产物，在水化过程中对混凝土质量产生极大影响。罗斌[2]提出粉煤灰是影响后期强度增长不正常的主要因素。
粉煤灰是由大部分微米级的实体或空心玻璃微珠组成，这是粉煤灰发挥形态效应，改善混凝土和易性的根本属性。同时粉煤灰组分中的活性硅氧化物是参与二次水化的必要条件。因此对于粉煤灰的入场检测，不能只局限于标准中列举的检测项目。基于此有效辨识粉煤灰中是否含有玻璃体对于入场检测尤为重要。有些企业在入场检测中采用100倍的便携式显微镜观察形貌，有的企业采取100g粉煤灰和105g水搅拌后检测流动度的方法判定是否有玻璃体，在判断含有大量玻璃体后再去进行细度、烧失量等其他指标的检测，从最根本的属性判断上确保粉煤灰质量。
目前按照设计规范采用普通硅酸盐水泥混凝土配合比中，粉煤灰最大掺量可达到35%，矿物掺合料总量最大可达55%。为降低成本和控制混凝土水化温升，一般混凝土企业在配合比设计上最大限度使用粉煤灰矿物掺合料，在配合比上如果使用了以次充好的矿物掺合料且未调整最优掺入比例，会造成混凝土后期强度增长缓慢甚至倒缩。
2.4 骨料
天津市砂、石质量自2014年较之前有很大差异。近十年来市场上优质的天然砂资源逐渐紧缺，市售天然砂普遍存在部分风化颗粒吸水率高、坚固性差的缺陷，应用在混凝土中会对混凝土内部结构产生支撑缺陷，对后期强度产生不利影响。近五年来逐步推广应用的人工骨料，不同厂家生产的砂石质量参差不齐，砂石中石粉含量高且级配不合理，混凝土拌合物和易性差，密实度和匀质性不能保障，从而影响了其后期强度的增长。洪靖等[3]提出机制砂高强自密实混凝土前期水泥水化物更多，强度增长快，后期水化物增长缓慢，力学性能提升幅度小。
王柳南[4]等提出在28d碳化龄期前，机制砂混凝土碳化深度快速增长，28d后趋于平缓，且碳化深度随石粉掺量的增加呈先减后增的趋势。因此优质的机制砂生产商对稳定混凝土质量至关重要，目前对亚甲蓝试验符合标准要求、化学成分稳定的整形机制砂可普遍应用于C50以下混凝土的生产应用。
3 配合比影响
天津市商品混凝土企业多，价格竞争激烈，利润空间小，对产品性能要求高，大多数采用泵送施工，配合比设计采取大砂率、大胶材用量思路，部分矿物掺合料超掺，配合比设计预期目标过于关注早期强度，导致混凝土后期强度增长能力不足。根据本企业产品质量内控数据，以C30混凝土为例，2014年之前7～28天强度增长约16～20MPa，28～60天间强度增长约为5～6MPa，但2014年之后7～28天强度增长值不断下降。选取本企业2023年12月至2024年1月结构部位混凝土产品质量数据，如表1所示C30混凝土7～28天强度增长平均值约12MPa。C35、C40混凝土7～28天强度增长趋势与C30混凝土相近，不再列举数据。企业同期C50混凝土7～28天强度增长平均值为14MPa。
4 施工养护影响
为了保证施工要求一般设计大流动性混凝土，工作性要求坍落度230mm以上、扩展度600mm以上，便于劳务施工，减少振捣。同时为满足可泵性能，生产配合比砂率一般比设计配合比提高2%，单方混凝土粗骨料用量降低50kg左右，过分追求大流动性的施工需求也影响混凝土后期强度发展。
混凝土养护的温度和湿度决定活性材料水化程度，合理的温度及湿度养护可确保活性胶凝材料充分水化，混凝土强度增长得以保障，表层碳化深度显著下降。
目前施工现场混凝土浇筑完成后竖向结构存在拆模时间过早且不覆盖养护膜的不规范养护现象，后期基本处于自然养护。自然养护的温度和湿度均来自大气环境，对环境温湿度有极高要求，天津地区春秋季节大风干燥，不利于混凝土的自然养护。拆模时间过早造成混凝土早期失水严重，表层混凝土由于失水而被持续碳化，也就造成了混凝土后期强度增长缓慢甚至停止增长。往往会出现“回弹不行，钻芯合格；弹墙不行，梁板合格”的情况。所以养护对于混凝土实体结构强度增长极其重要。
5 建议
面对天然资源供应不足的情况，混凝土企业要想产品质量稳定，骨料的月度调研必不可少，天然砂石和人工砂石源头质量控制极其重要，建议大力推广工业化生产的人工砂、石，完善人工骨料质量控制地方标准。鼓励混凝土生产企业针对区域市场的矿物掺合料建立质量验收企业管理体系，对未知的混凝土矿物掺合料组分进行高频检测并完善标准规范，在配合比设计上寻求最佳矿物掺合料用量和最优砂率，提高混凝土市场的质量管理整体水平。
另外施工单位过分追求混凝土大流动性，振捣不密实、养护方法不当或养护时间不足都可能导致混凝土强度发展缓慢，内部毛细孔道粗大，加速碳化。因此，科学有效的施工技术交底对实体质量保障同等重要。
参考文献
[1] 孙盛佩，杨晓华，叶慈彪，等．矿物掺合料对混凝土抗压强度增长及碳化速度的影响试验研究[J]．工程质量，2015, 33 (03): 43-49．
[2] 罗斌．影响混凝土后期强度增长的原因分析[J]．黑龙江交通科技，2017, 40 (09): 6-8．
[3] 洪靖，任虎，张帅琪，等．机制砂高强自密实混凝土长期力学性能研究[J]．中国水运（下半月），2021, 21 (06): 148-149+152．
[4] 王柳南，陈家海，郑舜元，等．机制砂混凝土抗碳化性能研究[J]．混凝土，2023(12): 170-174．
供稿人：商继宏
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
【标准规范】
【会议培训】
第十届全国建筑固废和余泥渣土处理及资源化利用大会暨中国砂石协会建筑固废利用分会年会
2025第二十一届全国商品混凝土可持续发展论坛暨2025中国商品混凝土年会
【咨询服务】
预拌混凝土质量追溯研究
高速公路及桥涵高性能混凝土技术咨询
课题研究
研发中心建设
[绿满庭院]《HJ建筑围护结构自保温技术体系》推广等
【建材“双碳”业务】
低碳胶凝材料研发与制备
复合掺合料和再生复合掺合料研发与制备
建筑垃圾处置与资源化利用
建筑垃圾再生砂粉应用技术
建筑垃圾再生轻粗骨料技术
碳化再生骨料制备技术
【期刊著作】
《常见预拌混凝土质量事故分析百例》图书
《预拌混凝土企业标准化试验室建设指南》图书
混凝土技术发展中心（以下简称“中心”）隶属建筑材料工业技术情报研究所，主要职能是跟踪分析和研究国内外混凝土行业科技前沿动态，为全国混凝土行业开展技术服务工作，包括出版技术期刊、研究制定标准、开展技术咨询、举办技术会议、承担行业培训、从事认证评价和开发研究等，中心是建材情报所主要业务部门之一。中心拥有员工10人，其中博士3人，正高职称3人，副高职称4人。中心挂靠的行业协会分支机构包括中国散装水泥推广发展协会混凝土专业委员会、中国散装水泥推广发展协会预制建筑产业专业委员会、中国砂石协会建筑固废利用分会、建筑材料工业技术情报研究所双碳研究中心。依托中心成立的平台有预拌混凝土质量追溯公共服务平台、混凝土行业数字化服务平台、中国商品混凝土行业企业专家委员会（拥有200余名行业一线专家）、北京砼享未来工程技术研究院（会员制技术和管理服务）。
中心每年参与多个混凝土技术咨询和技术服务项目，包括雄安新区混凝土项目咨询、河北省多个高速公路高性能混凝土技术咨询、固废基胶凝材料和再生复合掺合料研发和制备技术，以及数十个混凝土企业的技术服务工作。开展预拌混凝土绿色产品认证和科技成果评价工作。
咨询电话：孙继成 焦素芳 李海亮 13520073698 13521286915
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