高性能混凝土表层硬度与强度的相关性.pdf

第４６卷第３期２０１６年５月东南大学学报（自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｖｏｌ．４６Ｎｏ．３Ｍａｙ２０１６ＤＯＩ１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１６．０３．０２４高性能混凝土表层硬度与强度的相关性杨永敢１张云升１杨林１毛若卿２（１东南大学材料科学与工程学院，南京２１１１８９）（２海南瑞泽新型建材股份有限公司，三亚５７２０００）摘要通过回弹法研究了高强度（Ｃ６０，Ｃ７０）、大掺量矿物掺合料（粉煤灰、矿渣）的高性能混凝土抗压强度、回弹值随龄期发展的变化规律，并分别采用扫描电镜（ＳＥＭ）、综合热分析法（ＴＧ  ＤＳＣ）、压汞法（ＭＩＰ）对表层混凝土中的微观形貌、水化产物和孔结构进行研究．以回弹值、抗压强度和碳化深度为测试指标，建立了高性能混凝土测强曲线方程．结果表明掺合料掺量大于１０％时，混凝土回弹值和抗压强度值随掺量增大而减小；同掺量矿渣混凝土回弹值和抗压强度值均大于粉煤灰混凝土；掺加３０％粉煤灰和矿渣后，混凝土结构的密实度降低，孔隙率分别增加了２８  ９２％和１４  ５１％；采用最小二乘法建立的高性能混凝土测强曲线平均相对误差为８  ９％，平均相对标准差为１１  ３％，均满足地区回弹测强曲线的要求．关键词矿物掺合料；回弹法；测强曲线；机理中图分类号ＴＵ５２８  ０文献标志码Ａ文章编号１００１－０５０５（２０１６）０３  ０５９９  ０７ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｕｒｆａｃｅｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅＹａｎｇＹｏｎｇｇａｎ１ＺｈａｎｇＹｕｎｓｈｅｎｇ１ＹａｎｇＬｉｎ１ＭａｏＲｕｏｑｉｎｇ２（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１８９，Ｃｈｉｎａ）（２ＨａｉｎａｎＲｕｉｚｅＮｅｗＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓａｎｙａ５７２０００，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｒｕｌｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｒｅｂｏｕｎｄｖａｌｕｅｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅｗｉｔｈｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈ（Ｃ６０，Ｃ７０）ａｎｄｌａｒｇｅａｍｏｕｎｔｏｆｍｉｎｅｒａｌａｄｍｉｘｔｕｒｅ（ｆｌｙａｓｈａｎｄｓｌａｇ）ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅｂｏｕｎｄｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｈｙｄｒａｔｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔｓａｎｄｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓｕｒｆａｃｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（ＳＥＭ），ｔｈｅｒ  ｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｓｃａｎｎｉｎｇｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ（ＴＧ  ＤＳＣ）ａｎｄｍｅｒｃｕｒｙｉｎｔｒｕｓｉｏｎｐｏｒｏｓｉｍｅｔｒｙ（ＭＩＰ），ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｃｕｒｖｅｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈｔｈｅｒｅｂｏｕｎｄｖａｌｕｅ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｃａｒｂｏｎａｔｉｏｎｄｅｐｔｈａｓｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｉｎｄｉｃｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅａｄｍｉｘｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｉｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎ１０％，ｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｒｅｂｏｕｎｄｖａｌ  ｕｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｄｅｃｒｅａｓｅｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｍｉｎｅｒａｌａｄｍｉｘｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔ；ｉｎｃｏｎｔｒａｓｔ，ｔｈｅｒｅｂｏｕｎｄｖａｌｕｅａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｗｉｔｈｔｈｅｓｌａｇｃｏｎｔｅｎｔａｒｅｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｆｌｙａｓｈｃｏｎｔｅｎｔ；ｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓｒｅｄｕｃｅｓａｎｄｔｈｅｐｏｒｏｓｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｂｙ２８  ９２％ａｎｄ１４  ５１％ｗｈｅｎｆｌｙａｓｈａｎｄｓｌａｇｃｏｎｔｅｎｔｉｓ３０％．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｃｕｒｖｅｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｔｈｅｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｉｓ８  ９％ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎｉｓ１１  ３％，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｃｕｒｖｅｃａｎｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｌｏｃａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｍｉｎｅｒａｌａｄｍｉｘｔｕｒｅ；ｒｅｂｏｕｎｄｍｅｔｈｏｄ；ｓｔｒｅｎｇｔｈｃｕｒｖｅ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍ收稿日期２０１５  ０９  ２１．作者简介杨永敢（１９８９），男，博士生；张云升（联系人），男，博士，教授，博士生导师，ｚｈａｎｇｙｓ２７９＠１６３．ｃｏｍ．基金项目国家重点基础研究发展计划（９７３计划）资助项目（２０１５ＣＢ６５５１０２）、国家自然科学基金重点资助项目（５１３７８１１６）、海南省产学研一体化专项资助项目（ＣＸＹ２０１５０００１）．引用本文杨永敢，张云升，杨林，等．高性能混凝土表层硬度与强度的相关性［Ｊ］．东南大学学报（自然科学版），２０１６，４６（３）５９９６０５．ＤＯＩ１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１６．０３．０２４．混凝土是一种重要的土木工程材料，其应用越来越广，应用量越来越大，我国已成为混凝土用量最大的国家．近年来，混凝土结构时常出现质量问题，致使结构过早失效乃至坍塌破坏，造成了严重ｈｔｔｐ／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ的后果［１］．因此加强和完善对混凝土结构的现场检测是保障建筑物结构安全的重要手段．回弹法通过检测混凝土表层硬度进而反推抗压强度，因其具有仪器构造简单、携带方便、检测效率高等优点而被广泛应用于现场工程质量检查和评定．这一技术已被国际学术和工程界公认为是混凝土质量无损检测的基本方法之一［２６］．我国经过多年研究和大量的实验室与现场数据的积累，建立了国家统一测强曲线，形成了回弹法检测混凝土抗压强度（ＪＧＪ／Ｔ２３２０１１），为实体工程的质量检测提供了依据．然而，随着混凝土技术的快速发展，以大掺量高效减水剂、大掺量矿物掺合料为特点的高性能混凝土已得到广泛应用［７］．Ｃ６０及其以上的混凝土在桥梁、高铁、国防工程等国家重点工程中得到大规模推广应用［８］．综上不难看出，强度等级（一般不小于Ｃ６０）的提高、掺合料的加入，使混凝土胶凝组分更加复杂，导致普通混凝土国家统一测强曲线推定出的强度与高性能混凝土实际强度偏差较大，对现场高性能混凝土的质量检测和评定带来困难．针对上述问题，通过系统研究不同强度等级（Ｃ６０，Ｃ７０）、掺合料种类及掺量混凝土在不同龄期下的回弹值和抗压值，建立高性能混凝土表面硬度与强度的定量关系，提出高性能混凝土的测强方程，同时利用扫描电镜（ＳＥＭ）、综合热分析法（ＴＧ  ＤＳＣ）、压汞法（ＭＩＰ）等探究矿物掺合料混凝土表层微观结构，从原理方面研究掺合料对测强曲线的影响．通过上述研究，以期对准确评定工程质量、补充和完善混凝土测强的理论研究做出贡献．１试验１  １试验原材料采用江南水泥厂Ｐ Ⅱ５２．５级水泥；粗骨料为石灰岩碎石，连续级配，最大粒径为２０ｍｍ；细骨料为河砂，细度模数为２  ８０；外加剂选用江苏省建筑科学研究院生产的ＰＣＡ型聚羧酸高效减水剂，含固量为３０％．粉煤灰和矿渣的主要化学成分如表１所示．表１粉煤灰和矿渣的化学组成％矿物种类ｗ（ＳｉＯ２）ｗ（ＭｇＯ）ｗ（Ａｌ２Ｏ３）ｗ（Ｆｅ２Ｏ３）ｗ（ＣａＯ）ｗ（Ｎａ２Ｏ）ｗ（Ｋ２Ｏ）ＬＯＩ粉煤灰４７  ８６１  ０５３２  ５０４  ５２４  ０９０  ５５１  ６２５  ７１矿渣３４  ５９６  ５０１８  １５０  ７０３３  ８７１  ２７０  １９３  ３８１  ２试验方案根据前期大量试验，设计并确定Ｃ６０，Ｃ７０两种强度等级的混凝土配合比．为了研究粉煤灰、矿渣对高性能混凝土回弹值的影响，分别掺加１０％，２０％，３０％粉煤灰和矿渣，详细配合比如表２所示．因混凝土的坍落度对测试结果有一定影响，为保证比较的可靠性，实验时通过掺加不同掺量的减水剂调整混凝土坍落度相近，约为１７０ｍｍ．表２矿物掺合料混凝土配合比标号强度等级水胶比ｗ（粉煤灰）／％ｗ（矿渣）／％ ρ （水泥）／（ｋｇｍ－３） ρ （粉煤灰）／（ｋｇｍ－３） ρ （矿渣）／（ｋｇｍ－３） ρ （水）／（ｋｇｍ－３） ρ （砂）／（ｋｇｍ－３） ρ （石）／（ｋｇｍ－３）１Ｃ６００  ３５４５０１５８６４５１１４７２Ｃ６００  ３５１０４０５４５１５８６４５１１４７３Ｃ６００  ３５２０３６０９０１５８６４５１１４７４Ｃ６００  ３５３０３１５１３５１５８６４５１１４７５Ｃ６００  ３５１０４０５４５１５８６４５１１４７６Ｃ６００  ３５２０３６０９０１５８６４５１１４７７Ｃ６００  ３５３０３１５１３５１５８６４５１１４７８Ｃ７００  ２８４７０１３１６１２１１８７１  ３试验方法１  ３  １试件制备混凝土试件按照设计配合比制作，制作尺寸为１５０ｍｍ１５０ｍｍ１５０ｍｍ．将浇筑好的混凝土２４ｈ后拆模，标准养护７ｄ，为了模拟工程应用，将试块放置到室外并摆放成品字型进行自然养护．１  ３  ２测试指标回弹值的测试是按照回弹仪（ＺＣ３Ａ）说明书操作，分别测量按上述配合比成型制备的混凝土在龄期１４，２８，６０，９０，１２０，１８０ｄ的回弹值．抗压强度按普通混凝土力学性能实验方法标准修改（ＧＢＴ５００８１２００２）中的方法进行测试．００６东南大学学报（自然科学版）第４６卷ｈｔｔｐ／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ碳化深度值的测定方法是将配置好的１％酚酞酒精溶液喷洒在混凝土断裂面，一定时间后在混凝土红色与非红色交界处从不同方向用碳化深度测量仪测量３次（结果精确到０  ２５ｍｍ），然后取其平均值作为碳化深度值（结果精确到０  ５ｍｍ）．１  ３  ３微观结构试验方法混凝土作为一种结构材料，其表层硬度与表面微观结构有密切的关系．首先用铁锤轻轻将试样成型侧面敲碎，避免敲碎过程中产生裂纹，然后取其表面作为研究对象，在取样过程中保证每组试样距表面深度一致．然后分别采用ＳＥＭ，ＴＧ  ＤＳＣ和ＭＩＰ对表层混凝土中的微观形貌、水化产物和孔结构进行研究．２试验结果与分析２  １水灰比影响图１显示了不同水灰比对高性能混凝土回弹值和抗压强度的影响．由图可见，在同一龄期下，随着水灰比的降低，高性能混凝土的回弹值和抗压强度均明显增加．随着龄期增加，回弹值和抗压强度均呈现增长先迅速后缓慢的变化规律．原因是，随着水灰比的降低，水泥用量相对增加，导致水泥水化产物增多，更多的水化产物填充在水泥浆体的（ａ）回弹值（ｂ）抗压强度图１水灰比对混凝土回弹值和抗压强度的影响孔隙之中，增加了其密实度，因此最终导致高性能混凝土表层硬度和抗压强度增加，当混凝土达到一定龄期后，其水化基本结束，水化产物基本不再增加，因此混凝土的表层硬度和抗压强度增长缓慢．２  ２粉煤灰掺量影响图２显示了水胶比为０  ３５时不同粉煤灰掺量对混凝土回弹值及强度的影响．由图２（ａ）可见，掺加１０％粉煤灰混凝土的回弹值最大，不掺加粉煤灰混凝土的回弹值次之，掺加３０％粉煤灰混凝土回弹值最小．从图２（ｂ）中可看出，掺加１０％粉煤灰混凝土强度最高，掺加３０％粉煤灰混凝土强度最低．其原因是一方面由于粉煤灰具有微集料效应和火山灰效应，使其不但可以作为微集料填充在混凝土孔隙中，而且其主要成分ＳｉＯ２和Ａｌ２Ｏ３与Ｃａ（ＯＨ）２发生二次水化反应，生成类似于水泥水化所产生的水化硅酸钙和水化铝酸钙等反应产物填充在孔隙中，这是粉煤灰混凝土的正效应［９］；但另一方面由于粉煤灰取代等量水泥，导致水泥水化产物减少，混凝土结构疏松，孔隙率增大，强度降低，这是粉煤灰混凝土的负效应．随着粉煤灰掺量增大，粉煤灰在混凝土中的负效应明显大于正效应，抗压强度值降低．由图２可知，在任意龄期下混凝土抗压强度值均大于其回弹值．（ａ）回弹值（ｂ）抗压强度图２不同粉煤灰掺量混凝土回弹值和抗压强度随龄期的变化１０６第３期杨永敢，等高性能混凝土表层硬度与强度的相关性ｈｔｔｐ／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ掺加３０％粉煤灰混凝土的回弹值和强度值随龄期的变化如图３所示．由图可看出，在任意龄期下混凝土强度均大于其回弹值，随着龄期的增加，其强度值分别为回弹值的１３７％，１３９％，１３７％，１３６％，１３７％，１３５％．究其原因可知，由于粉煤灰密度小于水泥密度，故在高流动性下其较多地富集在混凝土的表面处，从而使高性能混凝土表面粉煤灰的量高于其内部．在回弹测试时，弹击锤弹击混凝土表面的能量更多地被混凝土吸收，相应的回传给弹击锤的能量就相对较少，因此导致其回弹值相对较低．图３掺加３０％粉煤灰混凝土回弹值和强度值随龄期的变化２  ３矿渣掺量影响图４显示了水胶比为０  ３５时矿渣掺量对混凝土回弹值及强度的影响．从图４（ａ）中可看出，１２０ｄ之前掺加１０％矿渣混凝土回弹值最大，掺加３０％矿渣混凝土回弹值最小．从图４（ｂ）中可看出，１４ｄ龄期时不掺加矿渣混凝土强度最低（为５５ＭＰａ），掺加１０％矿渣混凝土强度最高（为６１ＭＰａ）．随着龄期的增加，不掺加矿渣混凝土强度增长最快，已超过掺加２０％矿渣和３０％矿渣混凝土，但仍小于掺加１０％矿渣混凝土．从图４（ｂ）中还可看出，１４ｄ龄期之后掺加３０％矿渣混凝土强度最低．由于矿渣具有一定的活性效应，其在养护７ｄ后就可与水泥中的水化产物发生二次水化，生成更多的水化产物填充到混凝土孔隙中，改善混凝土内部孔结构，减小孔隙率，使混凝土结构更加密实，增大毛细管通道阻力，从而提高混凝土表面硬度和抗压强度；然而掺加更多的矿渣等量代替水泥会大大减少水泥石中Ｃ  Ｓ  Ｈ凝胶体等水化产物的总量，减小混凝土的表面硬度和强度，尤其是早期表现更加明显，这些对表面硬度和强度而言是负效应．掺加２０％矿渣，正效应占优，宏观上表现为混凝土后期回弹值和强度的增加；继续掺入３０％矿渣，正负效应不但抵消而且体现为负效应，宏观上表现为回弹值和强度降低．（ａ）回弹值（ｂ）抗压强度图４不同矿渣掺量混凝土回弹值和抗压强度随龄期的变化图５显示了水胶比为０  ３５时不同掺量矿物掺合料对回弹值的影响．由图可知，同掺量矿渣混凝土回弹值大于粉煤灰混凝土．上述现象可以解释为 ① 矿物掺合料中ＣａＯ和ＳｉＯ２的质量比大小决定了其火山灰活性，ＣａＯ含量越大，活性越好．本次试验使用的粉煤灰ＣａＯ的含量仅为３  ７８５％，故其活性较低；使用矿渣的ＣａＯ含量为３１  ８７％，故矿渣的水化活性高于粉煤灰的水化活性． ② 粉煤灰的活性效应一般在９０ｄ后才会表现出来，而矿渣在７ｄ时就可参加水泥的水化，故在早期掺加矿渣混凝土相比于掺加粉煤灰混凝土孔隙率降低，结构更加密实，表面硬度和强度会相应略高［９１０］．图５不同掺量掺合料对回弹值的影响２０６东南大学学报（自然科学版）第４６卷ｈｔｔｐ／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ２  ４微结构演变高性能混凝土的表层硬度很大程度上取决于其复杂的微观结构特征的变化，其中包括固相组成（氢氧化钙、水化硅酸钙、未水化水泥颗粒、碳酸钙等）和孔相结构（孔隙率、孔径分布），同时上述微观结构会随着高性能混凝土龄期发展而不断发生变化．２  ４  １ＳＥＭ试验图６为不同水泥净浆试样表面水化产物的ＳＥＭ图．从图６（ａ）中可看出，在９０ｄ龄期时，片状氢氧化钙紧凑排列起来，此时有柱状氢氧化钙生成，生成的柱状氢氧化钙填充在生成物的空隙中，导致结构更加密实．由图６（ｂ）可看出，水化到９０ｄ时，浆体已经被部分碳化，表面出现少量碳酸钙，粉煤灰微珠表面亦形成了致密的水化产物．从图６（ｃ）中可看出，矿渣周围亦形成了致密的水化产物，周围是密实的凝胶质物质．对比图６（ｂ）和（ｃ）可发现，后者空隙更少，结构更加致密，这与上文所（ａ）不掺加矿物掺合料（ｂ）掺加３０％粉煤灰（ｃ）掺加３０％矿渣图６不同水泥净浆试样表面水化产物的形貌提到的矿渣在早期活性大于粉煤灰活性相对应．对比图６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）可知，不掺加矿物掺合料的浆体最密实，掺加３０％粉煤灰的浆体结构最为疏松．故不掺加矿物掺合料浆体回弹值最大，掺加３０％矿渣浆体其次，掺加３０％粉煤灰浆体回弹值最小，这与上文所得结论相吻合．２  ４  ２ＴＧ  ＤＳＣ试验图７为水泥净浆试样的ＴＧ  ＤＳＣ图．图７（ａ）中的０  ３５水灰比浆体自然养护９０ｄ，图７（ｂ）中的０  ３５水胶比下掺加３０％粉煤灰浆体自然养护９０ｄ．从图中可看出，ＴＧ曲线可分为３个阶段 ① 第１阶段为３０～４００℃，热重曲线表明试样质量在减少，这主要是由于Ｃ  Ｓ  Ｈ凝胶脱水和ＡＦｔ逐步脱去结晶水； ② 第２阶段为４００～５５０℃，试样质量减少主要是由于ＣＨ分解引起； ③ 第３阶段为６８０～９００℃，试样质量减少主要是由于碳酸钙分解引起．由结构水或二氧化碳的质量分数计算出氢氧化钙或碳酸钙的质量分数，结果如表３所示．（ａ）不掺加矿物掺合料浆体（ｂ）掺加３０％粉煤灰浆体图７水泥净浆试样的ＴＧ ＤＳＣ图从表３可看出，掺加３０％粉煤灰混凝土在自然养护９０ｄ后生成的氢氧化钙含量降低，碳酸钙含量几乎没变，这是因为粉煤灰等量替代水泥后导致水泥的水化产物氢氧化钙含量减少，抗碳化能力减弱，碳化深度增大，所以生成了一定量的碳酸钙，但由于氢氧化钙量减少，最终导致碳酸钙含量几乎不变．３０６第３期杨永敢，等高性能混凝土表层硬度与强度的相关性ｈｔｔｐ／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ表３水泥净浆固相质量分数％样品ｗ（氢氧化钙）ｗ（碳酸钙）不掺加矿物掺合料浆体２０  ３９  １掺加３０％粉煤灰浆体１６  ２９  ０２  ４  ３ＭＩＰ试验图８表示０  ３５水胶比下不掺加矿物掺合料及粉煤灰和矿渣掺量同为３０％的水泥浆体（ＣＰ０  ３５，ＣＰ０  ３５  Ｆ３０％，ＣＰ０  ３５  Ｓ３０％）自然养护到９０ｄ的孔径分布．由图可知，不掺加矿物掺合料、掺加３０％粉煤灰和掺加３０％矿渣浆体的最可几孔径分别为５０  ３１，９５  ３０，５０  ３３ｎｍ，孔隙率为１９  ５０％，２５  １４％，２２  ３２％．由此可计算得到，掺加３０％粉煤灰的浆体和掺加３０％矿渣的浆体孔隙率相对于不掺加矿物掺合料的浆体孔隙率分别增加了２８  ９２％和１４  ５１％，这表明粉煤灰和矿渣掺量较大时，水泥所占胶凝材料的比例变小，致使总的反应产物减少，浆体孔隙率变大．掺加３０％矿渣后最可几孔径几乎没有变化，但是掺加３０％粉煤灰的最可几孔径却增大了８９  ４％，究其原因，一是粉煤灰取代部分水泥后导致水泥水化产物减小，二是粉煤灰反应活性不高最终造成了其最可几孔径增大．从图８中还可看出掺加３０％矿渣后大量的孔被细化，产生了大量孔径小于２０ｎｍ的微孔．掺加３０％粉煤灰浆体的孔径范围在１０～５００ｎｍ之间，远远大于其他２组的孔径范围（孔径全部小于１００ｎｍ）．（ａ）微分分布曲线（ｂ）累积分布曲线图８不同矿物掺合料浆体的孔径分布总之，掺加矿渣虽然不能降低孔隙率和最可几孔径，但能够细化孔径，而粉煤灰由于活性不够，故掺加粉煤灰增大了浆体的孔径范围和最可几孔径．此结果能较好验证矿渣混凝土回弹值和抗压强度值均大于相同掺量粉煤灰混凝土的结论．２  ５测强曲线的建立回弹法检测混凝土抗压强度技术规程（ＪＧＪ／Ｔ２３２０１１）推荐使用的回归方程是ｆｃｃｕ，ｉ＝ａＲｂｍ１０ｃｄｍ．其中，ｆｃｃｕ，ｉ为第ｉ个试件按照回弹回归方程计算得到的抗压强度值，ＭＰａ；ａ，ｂ，ｃ为待求变量；Ｒｍ为测区平均回弹值（精确到０  １ＭＰａ）；ｄｍ为测区平均碳化深度值，ｍｍ．规程中规定地区回弹测强曲线的平均相对误差 δ ≤ １４％，相对标准差 σ ≤１７％．因此，用平均相对误差和相对标准差作为矿物掺合料混凝土回弹测强拟合曲线的评定标准，其计算公式分别为 δ＝１ｎ∑ ｎｉ＝１ｆｃｕ，ｉｆｃｃｕ，ｉ－１１００％（１） σ＝１ｎ－１ ∑ ｎｉ＝１ｆｃｕ，ｉｆｃｃｕ，ｉ－１槡２１００％（２）式中，ｆｃｕ，ｉ为测得的第ｉ个试件的抗压强度值，ＭＰａ；ｎ为试件个数．因混凝土养护至７ｄ时其水化程度较小，抗压强度和表层硬度均较低，对曲线的拟合精度影响较大，故测量高性能混凝土在１４～１８０ｄ的回弹值、强度和碳化深度．利用Ｌｉｎｅｓｔ函数建立了高性能混凝土的回弹测强方程ｆｃｃｕ，ｉ＝０  ０４６５２Ｒ１．８７７６ｍ１０－０．０４７１８ｄｍ（３）对于建立的高性能混凝土回弹曲线， δ＝８  ９％＜１４％， σ＝１１  ３％＜１７％，相关性系数ｒ＝０  ９３．这２个指标明显低于地区测强曲线的误差要求，由此可见该曲线拟合效果较好．２  ６矿物掺合料混凝土测强曲线与国家统一测强曲线的比较为了能够非常直观地反映出抗压强度、回弹值和碳化深度三者之间的相互关系，利用Ｍａｔｌａｂ软件对建立的高性能混凝土回弹测强曲线和国家统一测强曲线进行曲面拟合，拟合曲面如图９所示，由图可看出２种曲面有一定差别．在早期碳化深度较小时，相同回弹值和碳化深度下高性能混凝土强度换算值比国家统一测强曲线强度换算值高；随着回弹值和碳化深度值增加，两者的强度换算值逐渐接近；当碳化深度大于０  ５ｍｍ，国家统一测强曲线推算强度在高回弹值时开始大于高性能混凝土测强曲线推算强度；当碳化深度大于３  ５ｍｍ时，国４０６东南大学学报（自然科学版）第４６卷ｈｔｔｐ／／ｊｏｕｒｎａｌ．ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ家统一测强曲线推算强度完全大于高性能混凝土测强曲线推算强度，且随着碳化深度值和回弹值的增加，二者的强度换算值之差越来越大；当碳化深度为６ｍｍ时，二者的强度换算值之差达到最大，约为２５ＭＰａ．故国家统一测强曲线对高性能混凝土适用性较差．图９高性能混凝土测强曲面与国家统一测强曲面的比较３结论１）矿物掺合料对混凝土表层硬度的影响较大，当掺量大于１０％时，随掺量的增加，混凝土回弹值减小．相同水胶比下，同一龄期相同掺量矿渣混凝土回弹值大于粉煤灰混凝土回弹值．２）掺合料掺量为３０％的高性能混凝土表层结构密实度降低，孔隙率增大，为工程实践中检测高性能混凝土抗压强度提供了理论依据．３）基于高强度、大掺量掺合料高性能混凝土的回弹值、抗压强度与碳化深度之间的相互关系，建立了高性能混凝土测强曲线，较准确地反映了高性能混凝土回弹测强规律．４）高性能混凝土测强曲线与国家统一测强曲线存在一定的差异，尤其是当碳化深度较大时，前者推定强度值比后者推定强度值约小２５ＭＰａ，故国家统一测强曲线不适用于推断碳化程度较大的高性能混凝土强度．参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）［１］王亚军．泵送混凝土回弹测强曲线试验研究［Ｄ］．兰州兰州大学土木工程学院，２０１３．［２］ＳｃｒｉｖｅｎｅｒＫ．Ｉｍｐａｃｔｏｆｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｃ］／／２ｎｄＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＭｉ  ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ＲｅｌａｔｅｄＤｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆＣｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓＣｏｍ  ｐｏｓｉｔｅｓ．Ｎａｎｊｉｎｇ，２００８１３１９．［３］ＭｃＣａｎｎＤＭ，ＦｏｒｄｅＭＣ．ＲｅｖｉｅｗｏｆＮＤＴｍｅｔｈｏｄｓｉｎｔｈｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅａｎｄｍａｓｏｎｒｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＮＤＴ＆ＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００１，３４（２）７１８４．ＤＯＩ１０．１０１６／ｓ０９６３８６９５（００）０００３２３．［４］ＢｒｅｙｓｓｅＤ．ＮｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈＡｎｈｉｓｔｏｒｉｃａｌｒｅｖｉｅｗａｎｄａｎｅｗｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇＮＤＴｍｅｔｈｏｄｓ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄ  ｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１２，３３１３９１６３．ＤＯＩ１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎｂｕｉｌｄｍａｔ．２０１１．１２．１０３．［５］ＳｚｉｌｇｙｉＫ，ＢｏｒｏｓｎｙｉＡ，ＺｓｉｇｏｖｉｃｓＩ．ＲｅｂｏｕｎｄｓｕｒｆａｃｅｈａｒｄｎｅｓｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆａｎｅｍｐｉｒｉｃａｌｃｏｎ  ｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉ  ａｌｓ，２０１１，２５（５）２４８０２４８７．ＤＯＩ１０．１０１６／ｊ．ｃｏｎ  ｂｕｉｌｄｍａｔ．２０１０．１１．０７０．［６］ＳｚｉｌｇｙｉＫ，ＢｏｒｏｓｎｙｉＡ，ＺｓｉｇｏｖｉｃｓＩ．Ｅｘｔｅｎｓｉｖｅｓｔａｔｉｓ  ｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｒｅｂｏｕｎｄｈａｒｄ  ｎｅｓｓｂａ

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