回彈法檢測高強混凝土抗壓強度試驗研究

彭澤楊，楊 曜，何 欣，黎穎聰

(1.四川省建筑科學研究院，四川成都610081；2.華西綠舍建材有限公司，四川成都610081;3.成都建工成新混凝土工程有限公司，四川成都610000)

20世紀以來，隨著城市的發展以及大量高層建筑、公路和橋梁的設計需求，高強混凝土技術得以迅速發展，配制技術和施工技術已經趨于成熟[1-3]。目前回彈法檢測混凝土抗壓強度方法只有國家行業標準JGJ/T 23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》，該規程給出的回彈測強曲線只適用于推定10～60 MPa范圍內的混凝土抗壓強度，當混凝土強度大于60.0 MPa時就不再適用[4-7]。本研究結合四川地區的實際情況，選用了成都、南充、宜賓和樂山地區具有代表性且使用范圍較廣的原材料，分別成型制作強度等級為C50～C90的混凝土試件進行了大量試驗并采集數據分析對比。建立了強度范圍為50.0～100.0 MPa的混凝土回彈測強曲線，填補了四川地區采用回彈法檢測高強混凝土抗壓強度技術的空白。

1 試驗概況

1.1 試驗原材料

為使本研究在四川地區具有一定的代表性，并建立四川地區高強混凝土回彈測強曲線，分別采集了成都、南充、宜賓和樂山地區具有代表性的材料配制高強混凝土。試驗原材料品種和規格為：

水泥：普通硅酸鹽水泥(P·O 42.5 R)；

細骨料：河砂、機砂和混合砂，細度模數2.5～3.0；

粗骨料：碎石，粒徑5～25 mm；

摻合料：粉煤灰(F類一級或者二級)、礦粉(S75及S95)，硅粉；

外加劑：高性能外加劑；

脫模劑：混凝土試塊成型所用的脫模劑應為中性或偏堿性(pH值≥7)，避免因酸性脫模劑而引起的“假性碳化”。

1.2 混凝土試件制備

混凝土試件制備具體要求如下：

強度等級：C50、C60、C70、C80和C90；

試件尺寸：150 mm×150 mm×150 mm標準立方體試塊；

齡期：14 d、28 d、60 d、90 d和180 d；

試件數量：每個強度等級混凝土試件分別制作5組，同一齡期的試塊在同一天制作完成。

養護：為了盡可能與混凝土工程的實際施工、養護情況相似，在混凝土試塊脫模后，做好標記呈“品”字形放置在戶外，底面朝下，成型面朝上，側面能充分接觸空氣并保證不受雨淋和暴曬。每天澆水2、3次，連續養護3 d后進行自然養護。

1.3 試驗測試

1.3.1 測區布置

在試塊兩個相對澆筑側面上個布置8個測試點，測試點宜在測區范圍內均勻分布，相鄰測試點的間距一般不小于30 mm，測試點離試塊的邊緣盡量不小于30 mm，共16個測點如圖1所示。

圖1 測點分布

1.3.2 回彈測試

試塊澆筑側面清理干凈，按要求將無測點布置的兩個澆筑側面置于壓力機的上、下承壓板之間，加壓80～100 kN并保持此壓力。回彈測試時要求回彈儀的軸線與試塊的側面保持垂直，不應彈擊在氣孔或外露石子上，同一測試點只允許彈擊一次。考慮到試驗中檢測的誤差，將16個回彈值的3個最大值和3個最小值舍去，取余下10個回彈值的平均值作為該試塊的回彈代表值R，計算精確至0.1。

1.3.3 抗壓強度試驗

回彈數值測試完畢后卸荷，依據(GB/T 50 081-2002)《普通凝土力學性能試驗方法標準》，以0.8～1.0 MPa/S的加載速率測試混凝土試件抗壓強度，抗壓強度值精確到0.1 MPa。

1.4 試驗儀器與設備

混凝土抗壓試驗機：型號YAW 4 306液壓式壓力試驗機；

高強混凝土測強回彈儀：標稱能量5.5 J，型號為ZC1-A。

2 回彈測強曲線建立

根據各地區采集到的數據及分析結果，對明顯異常的數據進行剔除處理后，本次各參加試驗單位共取得高強泵送混凝土實驗數據共281個，其回彈值-抗壓強度值的對應如圖2示。

圖2 回彈值-抗壓強度值對應散點圖

圖2中，數據的總體分布較均勻且規律性也比較明顯，離散性突出的數據較少。按照最小二乘法的原理，對數據進行回歸分析得到冪函數、線性函數和指數函數三種回歸曲線，見表1。

表1 回彈測強曲線方程

三種不同函數曲線的相關系數、相對標準差和平均相對誤差見表2。

表2 回歸曲線的相關系數、平均相對誤差和相對標準差

由表2對比可以看出，3種回歸曲線函數的相關系數均較大，則相關性較好，表明曲線的可靠性較高。平均相對誤差不大于14.0 %，相對標準差不大于17.0 %，滿足行業標準(JGJ/T 23-2011)的要求。其中冪函數的相關系數最大，相對平均誤差和相對標準差最小。故可將冪函數曲線優選為四川地區回彈法檢測高強混凝土抗壓強度的回彈測強曲線：

3 回彈測強曲線驗證

為驗證回彈測強曲線在實際混凝土構件檢測中的精度、適用性和客觀性，本研究在四川省邛崍市XX工地進行驗證試驗。考慮碳化因素，利用上述冪函數測強曲線計算測區混凝土強度換算值。回彈檢測后在對應的測區上鉆取直徑100 mm芯樣檢測混凝土實際抗壓強度值。對比回彈換算值與芯樣的直接抗壓強度值，計算相對誤差。驗證試驗共取得16組數據，驗證結果見表3。

表3 回彈測強換算值與芯樣抗壓強度值對比

由表3分析對比可得，16組對比數據中回彈測強換算值與芯樣直接抗壓強度值差在±10 %內的誤差數據占總量的87.5 %，達到±15 %誤差數據占總量的93.8 %，總體數據誤差幅度較小，且符合正態分布的規律，驗證了該回彈測強曲線的可靠性。表3中負誤差數據較多，即大部分回彈測強換算值略低于芯樣的直接抗壓強度值，但相對誤差均較小。這樣既能夠反應混凝土構件抗壓強度的實際情況，也能確保結構的安全度，可用于實際構件檢測。

4 結論

(1)本研究通過大量試驗所得數據進行回歸分析，得出三種不同形式的回彈測強曲線。其中冪函數曲線相對標準差和平均相對誤差最小，相關系數最大，測強曲線強度換算值精度更高。

(2)提出了四川地區回彈法檢測高強混凝土測強曲線，填補了該地區回彈法檢測高強混凝土抗壓強度技術的空白， 為提高回彈法檢測高強混凝土強度的精度奠定了基礎。

(3)經驗證試驗表明，回彈測強曲線換算出的混凝土強度值與芯樣實際抗壓強度值相比，誤差較小，檢測精度較高，能夠反映出混凝土的實際抗壓強度，可用于實際構件檢測。

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