鉆芯法檢測壩工實體混凝土抗凍性能研究

閃 黎楊 智（.淮河水利委員會治淮工程建設局 蚌埠 233000 2.安徽省·水利部淮委水利科學研究院蚌埠 233000 3.安徽省水利工程病害防治工程技術(shù)研究中心 蚌埠 233000）

鉆芯法檢測壩工實體混凝土抗凍性能研究

閃 黎1楊 智2,3
（1.淮河水利委員會治淮工程建設局 蚌埠 233000 2.安徽省·水利部淮委水利科學研究院蚌埠 233000 3.安徽省水利工程病害防治工程技術(shù)研究中心 蚌埠 233000）

我國的壩工建筑物主要分布在山區(qū)及丘陵地帶，晝夜溫差大，一般對混凝土抗凍性能有較高的要求，尤其是高緯度或者高海拔地區(qū)；混凝土的抗凍性能作為混凝土耐久性設計的重要參數(shù)，被行業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。目前，在混凝土凍融破壞機理研究、如何提高混凝土抗凍性能等方面取得了重大突破，然而在壩工實體結(jié)構(gòu)混凝土抗凍性能現(xiàn)場檢測領(lǐng)域少有人問津。為此，筆者通過大量試驗研究，擬合了混凝土芯樣抗凍性能參數(shù)與標準棱柱體抗凍性能參數(shù)的相關(guān)關(guān)系曲線，提出或可通過對壩工實體結(jié)構(gòu)鉆芯取樣，獲取芯樣的抗凍性能參數(shù)，依據(jù)函數(shù)預測標準棱柱體的抗凍性能參數(shù)，從而參照現(xiàn)行標準確定壩工混凝土抗凍等級的現(xiàn)場檢測方法。

壩工實體 鉆芯法 抗凍性能 現(xiàn)場檢測

目前，為了提高混凝土的抗凍性能，通常向混凝土中摻入引氣劑或引氣減水劑，引氣劑的摻入能使混凝土在拌和過程中引入大量微小、封閉的氣泡，引氣的目的是為混凝土提供足夠氣泡數(shù)量，以增加內(nèi)部逃逸邊界，以改善混凝土的和易性和耐久性。通常將摻入引氣劑的混凝土稱為引氣混凝土，或有抗凍融指標要求時也稱作抗凍混凝土。隨著混凝土新工藝輩出，商品混凝土的發(fā)展成熟與廣泛應用，因而課題組著重于對商品混凝土抗凍性能的研究，試驗階段主要采用二級配混凝土。

1 試驗設計

實驗室分別預制強度等級為C25、C30、C35、C40的引氣混凝土，引氣劑型號為WDSP型高效減水引氣劑，摻入量為2.0%，以覆蓋壩工常用的混凝土等級。成型尺寸為30cm×40cm×50cm的立方體試塊各3塊，自然養(yǎng)護90d，用于模擬壩工實體構(gòu)件，養(yǎng)護時間28d后，采用矩陣工程鉆機分別從每個試塊上鉆取2個直徑為100mm、長度為400mm的圓柱形芯樣，對芯樣進行標準養(yǎng)護；同時預留標準棱柱體試件各1組，標準養(yǎng)護90d。將一半數(shù)量的芯樣與對應的標準棱柱體試件在到達試驗齡期的前4d，于20± 3℃溫水中浸泡4d。

90d齡期后，將未泡水的一半數(shù)量芯樣用于抗壓試驗，確定混凝土強度等級，泡水構(gòu)件進行凍融試驗，分別進行25次、50次……200次凍融循環(huán)，并記錄相關(guān)抗凍性能參數(shù)。

2 芯樣試件與標準試件抗凍性能分析

2.1 質(zhì)量損失率

2.1.1 C25標準試件質(zhì)量損失率與芯樣試件質(zhì)量損失率相關(guān)關(guān)系

根據(jù)標準試件質(zhì)量損失率與芯樣試件質(zhì)量損失率散點分布形式，分別采用線性、二次型曲線擬合其相關(guān)關(guān)系，曲線擬合及方差分析均采用SPSS統(tǒng)計分析軟件進行，成果見表1、表2。

因變量為標準試件質(zhì)量損失率，自變量為芯樣試件質(zhì)量損失率，散點圖形見圖1。

曲線選型：二次曲線相關(guān)系數(shù)為0.999，估計值的標準誤為0.023，明顯優(yōu)于線性曲線，函數(shù)關(guān)系式為：

表1 線性函數(shù)

表2 二次函數(shù)

圖1 C25標準試件質(zhì)量損失率與芯樣試件損失率相關(guān)關(guān)系曲線

圖2 C25標準試件相對動彈模與芯樣試件相對動彈模相關(guān)關(guān)系曲線

表3 5種曲線形式擬合比對

ΔmL=0.196ΔmX2+0.458ΔmX-0.015

式中：ΔmL—標準試件質(zhì)量損失率，%；ΔmX—芯樣試件質(zhì)量損失率，%。

2.1.2 C30標準試件質(zhì)量損失率與芯樣試件質(zhì)量損失率相關(guān)關(guān)系

為避免冗余，僅給出分析結(jié)果，過程數(shù)據(jù)及散點分布圖不再列出。

曲線選型：二次曲線相關(guān)系數(shù)為0.999，估計值的標準誤為0.014，明顯優(yōu)于線性曲線，函數(shù)關(guān)系式為：

ΔmL=-0.074ΔmX2+0.964ΔmX-0.007

2.1.3 C35標準試件質(zhì)量損失率與芯樣試件質(zhì)量損失率相關(guān)關(guān)系

曲線選型：二次曲線相關(guān)系數(shù)趨近于1.0，估計值的標準誤為0.008，明顯優(yōu)于線性曲線，函數(shù)關(guān)系式為：

ΔmL=-0.136ΔmX2+0.913ΔmX-0.002

2.1.4 C40標準試件質(zhì)量損失率與芯樣試件質(zhì)量損失率相關(guān)關(guān)系

曲線選型：線性曲線相關(guān)系數(shù)趨近于1.0，估計值的標準誤為0.004，略優(yōu)于二次曲線，函數(shù)關(guān)系式為：

ΔmL=0.784ΔmX

2.1.5 不同強度等級標準試件與芯樣試件質(zhì)量損失率比對分析

隨著強度等級的提高，標準試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系曲線逐漸由二次型轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性，強度等級越高，標準試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系越趨近于線性。

2.2 相對動彈模

2.2.1 C25標準試件相對動彈模與芯樣試件相對動彈模相關(guān)關(guān)系

根據(jù)散點分布形式，分別選取線性、對數(shù)、二次型、冪、指數(shù)函數(shù)5種線型擬合標準試件相對動彈模與芯樣試件相對動彈模間的相關(guān)關(guān)系（見表3），5種曲線Sig.值均小于0.05，說明相關(guān)關(guān)系均顯著，比對5種線型的R方值和卡方值F，擇優(yōu)選取兩者數(shù)值較大的曲線形式，線性曲線和冪函數(shù)曲線擬合度明顯優(yōu)于其他3種線型，線性函數(shù)卡方值更大，因而擇優(yōu)選取線性函數(shù)，表達式如下：

ΔEL=0.908ΔEX+0.097

式中：ΔEL—標準試件相對動彈模；ΔEX—芯樣試件相對動彈模。

曲線R方值為0.997。散點圖形見圖2。

2.2.2 C30標準試件相對動彈模與芯樣試件相對動彈模相關(guān)關(guān)系

同上，不再列出曲線系數(shù)表及散點分布圖。5種曲線Sig.值均小于0.05，說明相關(guān)關(guān)系均顯著；比對5種線型的R方值和卡方值F，擇優(yōu)選取兩者數(shù)值較大的曲線形式，線性曲線和冪函數(shù)曲線擬合度明顯優(yōu)于其他3種線型，冪函數(shù)卡方值更大，因而擇優(yōu)選取冪函數(shù)，表達式如下：

ΔEL=1.002ΔEX0.874

曲線R方值為0.997。

2.2.3 C35標準試件相對動彈模與芯樣試件相對動彈模相關(guān)關(guān)系

5種曲線Sig.值均小于0.05，說明相關(guān)關(guān)系均顯著；比對5種線型的R方值和卡方值F，擇優(yōu)選取兩者數(shù)值較大的曲線形式，對數(shù)函數(shù)曲線和冪函數(shù)曲線擬合度明顯優(yōu)于其他3種線型，對數(shù)函數(shù)R方值和卡方值更大，因而擇優(yōu)選取對數(shù)函數(shù)，表達式如下：

ΔEL=1.002log0.703ΔEX

曲線R方值為0.995。

2.2.4 C40標準試件相對動彈模與芯樣試件相對動彈模相關(guān)關(guān)系

5種曲線Sig.值均小于0.05，說明相關(guān)關(guān)系均顯著；比對5種線型的R方值和卡方值F，擇優(yōu)選取兩者數(shù)值較大的曲線形式，對數(shù)函數(shù)曲線和冪函數(shù)曲線擬合度明顯優(yōu)于其他3種線型，對數(shù)函數(shù)卡方值更大，因而擇優(yōu)選取對數(shù)函數(shù)，表達式如下：

ΔEL=0.997log0.677ΔEX曲線R方值為0.997。

2.2.5 不同強度等級標準試件與芯樣試件相對動彈模比對分析

隨著強度等級的提高，標準試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系曲線逐漸由線性轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shù)函數(shù)形式，強度等級越高，標準試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系越趨近于對數(shù)函數(shù)。

3 結(jié)語

（1）同條件的芯樣的抗凍性能參數(shù)和標準試件的抗凍性能參數(shù)間的相關(guān)關(guān)系在誤差允許的范圍內(nèi)可以量化，且隨著強度等級的提高，標準試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系曲線逐漸由二次型轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性，強度等級越高，標準試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系越趨近于線性；標準試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系曲線逐漸由線性轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shù)函數(shù)形式，強度等級越高，標準試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系越趨近于對數(shù)函數(shù)。

（2）課題組采用成型大試件自然養(yǎng)護以模擬壩工實體構(gòu)件，并預留同批次混凝土的標準試件，通過獲取芯樣抗凍性能參數(shù)值，探索得到了與標準試件抗凍參數(shù)值間相關(guān)關(guān)系曲線，該項研究成果使得今后進一步發(fā)展壩工混凝土構(gòu)件抗凍性能的現(xiàn)場檢測技術(shù)成為可能。

（3）課題組大量研究成果均是基于常規(guī)普通引氣混凝土，對于特種混凝土及高強混凝土的芯樣抗凍性能試驗研究尚需進一步拓展