回彈法檢測高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究

彭澤楊，楊 曜，何 欣，黎穎聰

(1.四川省建筑科學(xué)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(jì)以來，隨著城市的發(fā)展以及大量高層建筑、公路和橋梁的設(shè)計(jì)需求，高強(qiáng)混凝土技術(shù)得以迅速發(fā)展，配制技術(shù)和施工技術(shù)已經(jīng)趨于成熟[1-3]。目前回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度方法只有國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》，該規(guī)程給出的回彈測強(qiáng)曲線只適用于推定10～60 MPa范圍內(nèi)的混凝土抗壓強(qiáng)度，當(dāng)混凝土強(qiáng)度大于60.0 MPa時就不再適用[4-7]。本研究結(jié)合四川地區(qū)的實(shí)際情況，選用了成都、南充、宜賓和樂山地區(qū)具有代表性且使用范圍較廣的原材料，分別成型制作強(qiáng)度等級為C50～C90的混凝土試件進(jìn)行了大量試驗(yàn)并采集數(shù)據(jù)分析對比。建立了強(qiáng)度范圍為50.0～100.0 MPa的混凝土回彈測強(qiáng)曲線，填補(bǔ)了四川地區(qū)采用回彈法檢測高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)的空白。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)原材料

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

水泥：普通硅酸鹽水泥(P·O 42.5 R)；

細(xì)骨料：河砂、機(jī)砂和混合砂，細(xì)度模數(shù)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(yīng)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(qiáng)度等級：C50、C60、C70、C80和C90；

試件尺寸：150 mm×150 mm×150 mm標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊；

齡期：14 d、28 d、60 d、90 d和180 d；

試件數(shù)量：每個強(qiáng)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(yǎng)護(hù)：為了盡可能與混凝土工程的實(shí)際施工、養(yǎng)護(hù)情況相似，在混凝土試塊脫模后，做好標(biāo)記呈“品”字形放置在戶外，底面朝下，成型面朝上，側(cè)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(xù)養(yǎng)護(hù)3 d后進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)。

1.3 試驗(yàn)測試

1.3.1 測區(qū)布置

在試塊兩個相對澆筑側(cè)面上個布置8個測試點(diǎn)，測試點(diǎn)宜在測區(qū)范圍內(nèi)均勻分布，相鄰測試點(diǎn)的間距一般不小于30 mm，測試點(diǎn)離試塊的邊緣盡量不小于30 mm，共16個測點(diǎn)如圖1所示。

圖1 測點(diǎn)分布

1.3.2 回彈測試

試塊澆筑側(cè)面清理干凈，按要求將無測點(diǎn)布置的兩個澆筑側(cè)面置于壓力機(jī)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(cè)面保持垂直，不應(yīng)彈擊在氣孔或外露石子上，同一測試點(diǎn)只允許彈擊一次。考慮到試驗(yàn)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(jì)算精確至0.1。

1.3.3 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

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

1.4 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

混凝土抗壓試驗(yàn)機(jī)：型號YAW 4 306液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)；

高強(qiáng)混凝土測強(qiáng)回彈儀：標(biāo)稱能量5.5 J，型號為ZC1-A。

2 回彈測強(qiáng)曲線建立

根據(jù)各地區(qū)采集到的數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，對明顯異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除處理后，本次各參加試驗(yàn)單位共取得高強(qiáng)泵送混凝土實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共281個，其回彈值-抗壓強(qiáng)度值的對應(yīng)如圖2示。

圖2 回彈值-抗壓強(qiáng)度值對應(yīng)散點(diǎn)圖

圖2中，數(shù)據(jù)的總體分布較均勻且規(guī)律性也比較明顯，離散性突出的數(shù)據(jù)較少。按照最小二乘法的原理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析得到冪函數(shù)、線性函數(shù)和指數(shù)函數(shù)三種回歸曲線，見表1。

表1 回彈測強(qiáng)曲線方程

三種不同函數(shù)曲線的相關(guān)系數(shù)、相對標(biāo)準(zhǔn)差和平均相對誤差見表2。

表2 回歸曲線的相關(guān)系數(shù)、平均相對誤差和相對標(biāo)準(zhǔn)差

由表2對比可以看出，3種回歸曲線函數(shù)的相關(guān)系數(shù)均較大，則相關(guān)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(biāo)準(zhǔn)差不大于17.0 %，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ/T 23-2011)的要求。其中冪函數(shù)的相關(guān)系數(shù)最大，相對平均誤差和相對標(biāo)準(zhǔn)差最小。故可將冪函數(shù)曲線優(yōu)選為四川地區(qū)回彈法檢測高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度的回彈測強(qiáng)曲線：

3 回彈測強(qiáng)曲線驗(yàn)證

為驗(yàn)證回彈測強(qiáng)曲線在實(shí)際混凝土構(gòu)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(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。考慮碳化因素，利用上述冪函數(shù)測強(qiáng)曲線計(jì)算測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值。回彈檢測后在對應(yīng)的測區(qū)上鉆取直徑100 mm芯樣檢測混凝土實(shí)際抗壓強(qiáng)度值。對比回彈換算值與芯樣的直接抗壓強(qiáng)度值，計(jì)算相對誤差。驗(yàn)證試驗(yàn)共取得16組數(shù)據(jù)，驗(yàn)證結(jié)果見表3。

表3 回彈測強(qiáng)換算值與芯樣抗壓強(qiáng)度值對比

由表3分析對比可得，16組對比數(shù)據(jù)中回彈測強(qiáng)換算值與芯樣直接抗壓強(qiáng)度值差在±10 %內(nèi)的誤差數(shù)據(jù)占總量的87.5 %，達(dá)到±15 %誤差數(shù)據(jù)占總量的93.8 %，總體數(shù)據(jù)誤差幅度較小，且符合正態(tài)分布的規(guī)律，驗(yàn)證了該回彈測強(qiáng)曲線的可靠性。表3中負(fù)誤差數(shù)據(jù)較多，即大部分回彈測強(qiáng)換算值略低于芯樣的直接抗壓強(qiáng)度值，但相對誤差均較小。這樣既能夠反應(yīng)混凝土構(gòu)件抗壓強(qiáng)度的實(shí)際情況，也能確保結(jié)構(gòu)的安全度，可用于實(shí)際構(gòu)件檢測。

4 結(jié)論

(1)本研究通過大量試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得出三種不同形式的回彈測強(qiáng)曲線。其中冪函數(shù)曲線相對標(biāo)準(zhǔn)差和平均相對誤差最小，相關(guān)系數(shù)最大，測強(qiáng)曲線強(qiáng)度換算值精度更高。

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

(3)經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)表明，回彈測強(qiáng)曲線換算出的混凝土強(qiáng)度值與芯樣實(shí)際抗壓強(qiáng)度值相比，誤差較小，檢測精度較高，能夠反映出混凝土的實(shí)際抗壓強(qiáng)度，可用于實(shí)際構(gòu)件檢測。

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