粗骨料對(duì)混凝土回彈測(cè)強(qiáng)曲線的影響

劉加敏

（中鐵十八局集團(tuán)國(guó)際公司，天津　300222）

粗骨料對(duì)混凝土回彈測(cè)強(qiáng)曲線的影響

劉加敏

（中鐵十八局集團(tuán)國(guó)際公司，天津300222）

通過回彈法研究粗骨料粒徑和種類對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度、回彈值隨齡期變化規(guī)律的影響，建立了混凝土抗壓強(qiáng)度與回彈值的定量關(guān)系。研究結(jié)果表明:混凝土表層硬度和強(qiáng)度隨著粗骨料粒徑的增加而增大；玄武巖混凝土的回彈值較石灰?guī)r混凝土、卵石混凝土大；基于粗骨料不同粒徑和種類建立的回彈測(cè)強(qiáng)曲線滿足《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23—2011）。

混凝土；回彈法；測(cè)強(qiáng)曲線；粗骨料粒徑

混凝土結(jié)構(gòu)是我國(guó)建筑工程中的主體結(jié)構(gòu)［1-2］，加強(qiáng)和完善現(xiàn)場(chǎng)混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)是保障建筑物結(jié)構(gòu)安全的重要措施［3］。回彈法是通過利用回彈儀檢測(cè)混凝土表層硬度進(jìn)而反推抗壓強(qiáng)度，因其儀器攜帶方便、操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)誤差較小等優(yōu)點(diǎn)成為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的常用方法［4-5］。自20世紀(jì)50年代我國(guó)進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)室研究與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的積累，建立了國(guó)家統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線，形成了《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23—2011），為實(shí)體工程的質(zhì)量檢測(cè)提供了依據(jù)。但是《規(guī)程》中建立的曲線對(duì)粗骨料的種類及粒徑大小都沒有具體的規(guī)定，國(guó)內(nèi)外關(guān)于粗骨料對(duì)混凝土表層硬度的影響至今也沒有統(tǒng)一的看法。浙江省建筑科學(xué)研究院認(rèn)為粗骨料種類對(duì)回彈測(cè)強(qiáng)曲線影響較大，不同的粗骨料種類應(yīng)分別建立相關(guān)曲線或者以某種類型的粗骨料為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其他品種石子進(jìn)行修正；然而，陜西省建筑科學(xué)研究院通過大量同條件的對(duì)比試驗(yàn)及計(jì)算分析認(rèn)為，不同種類的粗骨料對(duì)混凝土的回彈值影響并不是特別明顯，其影響可以忽略不計(jì)。國(guó)內(nèi)一些單位也試驗(yàn)研究了粗骨料粒徑對(duì)混凝土表層硬度的影響，結(jié)果表明：符合篩分曲線的石子粒徑對(duì)混凝土表層硬度的影響比較小，然而石子的粒徑和形狀間接地影響混凝土的強(qiáng)度，混凝土中石子的粒徑越大，針片狀顆粒所占的比例越大，骨料表面集聚水膜的趨勢(shì)越強(qiáng)，就削弱了界面過渡區(qū)，降低了混凝土的強(qiáng)度。綜上不難看出，石子粒徑和種類的不同對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線的影響未知，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和評(píng)定混凝土質(zhì)量存在一定誤差。針對(duì)上述問題，本文通過系統(tǒng)地研究混凝土粗骨料不同粒徑和種類對(duì)表層硬度的影響，建立粗骨料不同粒徑和種類下混凝土表層硬度與強(qiáng)度的定量關(guān)系，提出混凝土的測(cè)強(qiáng)方程。

1　試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)原材料

P.Ⅱ52.5級(jí)水泥；石灰?guī)r碎石，卵石，玄武巖，石灰?guī)r碎石的粒徑分別在5～10，10～20和20～26 mm，其余種類的粗骨料粒徑在10～20 mm；細(xì)砂，細(xì)度模數(shù)為2.60；外加劑選用PCA型聚羧酸高效減水劑，含固量為30%，水泥熟料的化學(xué)組成及特征參數(shù)見表1。

表1　水泥熟料的化學(xué)組成及特征參數(shù)

1.2試驗(yàn)方案

通過試驗(yàn)系統(tǒng)地研究了粗骨料粒徑及種類對(duì)混凝土回彈值的影響。試驗(yàn)采用的混凝土配合比見表2。其中對(duì)第2種配合比研究了不同粗骨料種類對(duì)混凝土回彈值的影響。為了模擬工程應(yīng)用，將試樣在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)7 d后進(jìn)行相同條件的自然養(yǎng)護(hù)，并分別測(cè)量14，28，60，90，120和180 d的回彈值、抗壓強(qiáng)度和碳化深度值。因混凝土的坍落度對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定的影響，為了保證比較的可靠性，試驗(yàn)時(shí)調(diào)整混凝土的減水劑摻量使其坍落度相近，約在160 mm。

表2　混凝土配合比

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1回彈測(cè)試與計(jì)算

測(cè)試回彈值時(shí)，分別測(cè)量不同編號(hào)的混凝土7，14，28，60，90，120及180 d齡期的表層硬度。在進(jìn)行回彈測(cè)量時(shí)，將標(biāo)準(zhǔn)試件的成型相對(duì)側(cè)面擦凈，分別測(cè)量2個(gè)相對(duì)側(cè)面，每個(gè)面測(cè)量8個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)值精確至1 MPa。為了減小誤差，將測(cè)試數(shù)據(jù)中最大的3個(gè)值和最小的3個(gè)值剔除，余下10個(gè)有效回彈值取均值，作為該試件的平均回彈值，計(jì)算精確至0.1 MPa。

1.3.2抗壓強(qiáng)度

測(cè)量不同強(qiáng)度等級(jí)不同齡期的抗壓強(qiáng)度，每個(gè)齡期測(cè)試3個(gè)小試件。將試件放置在壓力機(jī)上、下承壓板間加壓，以3～5 kN/min的速度連續(xù)均勻加壓，直到試件破壞，得到試件的破壞荷載值，然后換算成抗壓強(qiáng)度值。3個(gè)試件抗壓強(qiáng)度值的算術(shù)平均值作為該組試件的強(qiáng)度值。3個(gè)測(cè)值中的最大值或最小值中如果有一個(gè)與中間值的差值超過中間值的15%，則把最大及最小值一并舍去，取中間值；如最大值和最小值與中間值的差均超過中間值的15%，則該組試件的試驗(yàn)結(jié)果無效。

1.3.3碳化深度測(cè)定

在抗壓強(qiáng)度測(cè)試后對(duì)小試件進(jìn)行碳化深度測(cè)定，用事先配置好的酚酞酒精溶液噴灑在混凝土斷裂面上，到一定的時(shí)間后在混凝土紅色與非紅色交界處用碳化深度測(cè)量?jī)x測(cè)量，精確到0.5 mm。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1齡期對(duì)混凝土碳化深度的影響

第2種配合比混凝土在不同齡期的碳化深度變化見表3。從表中可以看出，隨著自然養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，混凝土表面碳化深度在增大。

表3　第2種混凝土在不同齡期的碳化深度變化 mm

2.2齡期、粗骨料粒徑對(duì)混凝土回彈值和抗壓強(qiáng)度的影響

水灰比為0.5時(shí)不同粒徑粗骨料混凝土回彈值隨齡期的變化曲線見圖1?？梢?，隨著齡期的增大不同粒徑粗骨料混凝土回彈值均增大。在同一齡期下粗骨料粒徑為20～26 mm的回彈值最大，粒徑10～20 mm的回彈值次之，粒徑5～10 mm的回彈值最小；隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，三者之間的差值逐漸增大。不同粒徑粗骨料混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期的變化曲線見圖2?？梢?，粗骨料粒徑對(duì)混凝土早期抗壓強(qiáng)度影響較大，5～10，10～20，20～26 mm粒徑的混凝土在14 d齡期抗壓強(qiáng)度分別為35.5，39.0，41.6 MPa。60 d齡期之后粒徑對(duì)其強(qiáng)度影響較小，如在90 d齡期時(shí)，抗壓強(qiáng)度分別為46.0，46.6，46.8 MPa，可見粗骨料粒徑對(duì)90 d齡期之后的混凝土強(qiáng)度影響較小。對(duì)比圖1和圖2可知，在＞14 d的其他任何齡期不同粒徑粗骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度均大于回彈值。粗骨料粒徑為20～26 mm時(shí)，混凝土回彈值和抗壓強(qiáng)度在不同齡期下的變化見圖3。從圖中可以看出，不同齡期下的抗壓強(qiáng)度分別為41.6，43.9，46.0，46.8，47.5和49.0 MPa，均大于相同齡期下的回彈值 36.5，38.5，40.2，43.2，43.5和44.9 MPa。

圖1　水灰比為0.5時(shí)不同粒徑粗骨料混凝土回彈值隨齡期的變化曲線

圖2　水灰比為0.5時(shí)不同粒徑粗骨料混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期的變化曲線

圖3　粗骨料粒徑為20～26 mm時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度和回彈值隨齡期的變化曲線

2.3不同種類粗骨料對(duì)混凝土回彈值的影響

不同種類粗骨料對(duì)混凝土回彈值的影響見圖4，可見任意齡期下玄武巖混凝土的回彈值最大，石灰?guī)r混凝土的回彈值最小。在180 d齡期時(shí)，石灰?guī)r混凝土、卵石混凝土以及玄武巖混凝土的回彈值分別為44.9，46.0和48.0 MPa。這可從回彈法的原理進(jìn)行解釋，石灰?guī)r、卵石以及玄武巖的硬度依次增加，當(dāng)回彈儀的彈擊桿彈擊在混凝土表面時(shí)，由于玄武巖的硬度最大，因此其吸收回彈儀的能量最小，反彈給回彈儀的能量最大，故其回彈值最大。

圖4　不同種類粗骨料對(duì)混凝土回彈值的影響

3　回彈測(cè)強(qiáng)曲線方程的建立

JGJ/T 23—2011規(guī)定地區(qū)回彈測(cè)強(qiáng)曲線的平均相對(duì)誤差δ≤±14%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差σ≤17%，因此用平均相對(duì)誤差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差作為混凝土回彈測(cè)強(qiáng)擬合曲線的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。其公式分別為

式中：f為測(cè)得的第i個(gè)試件的抗壓強(qiáng)度值，MPa；fc

cu，icu，i為第i個(gè)試件按照回彈回歸方程計(jì)算得到的抗壓強(qiáng)度值，MPa；n為試件個(gè)數(shù)。

測(cè)量大量混凝土不同齡期的回彈值、抗壓強(qiáng)度和碳化深度，利用 Linest函數(shù)找出三者之間的相關(guān)關(guān)系［6-8］，建立混凝土的回彈測(cè)強(qiáng)方程

式中：fcc

u，i為第i個(gè)測(cè)區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值，MPa；R為測(cè)區(qū)平均回彈值，精確到0.1 MPa；dm為測(cè)區(qū)平均碳化深度值，mm。

建立的混凝土回彈測(cè)強(qiáng)曲線的 δ=±5.20% ＜±14%，σ=5.50% ＜17%。這2個(gè)指標(biāo)明顯低于地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線的誤差要求。相關(guān)系數(shù)r=0.927，可知該曲線擬合效果較好。

利用MATLAB軟件對(duì)建立的混凝土回彈測(cè)強(qiáng)曲線進(jìn)行曲面擬合。擬合曲面見圖5，可見測(cè)強(qiáng)曲面能夠非常直觀反映出抗壓強(qiáng)度、回彈值和碳化深度三者之間的相互關(guān)系。相同碳化深度時(shí)隨著回彈值的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度值增大；相同回彈值時(shí)隨著碳化深度的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度都有所降低。

圖5　混凝土回彈測(cè)強(qiáng)曲面擬合

4　結(jié)論

1）粗骨料粒徑和種類對(duì)混凝土表層硬度均有一定的影響。隨著粗骨料粒徑的增加，混凝土表層硬度和強(qiáng)度值增大；石灰?guī)r混凝土、卵石混凝土以及玄武巖混凝土在相同養(yǎng)護(hù)齡期下玄武巖混凝土的回彈值最大，石灰?guī)r混凝土的回彈值最小。

2）通過大量的試驗(yàn)結(jié)果回歸分析了混凝土澆筑180 d內(nèi)抗壓強(qiáng)度與回彈值和碳化深度之間的關(guān)系，建立了混凝土早期回彈測(cè)強(qiáng)曲線方程：fccu，i=0.052 30× R1.752 1010-0.020 78dm。平均相對(duì)誤差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差均滿足JGJ/T 23—2011的要求。

［1］胡杰，田安國(guó).現(xiàn)代混凝土耐久性現(xiàn)狀及原因淺析［J］.混凝土，2008（4）：29-31.

［2］黃士元.高性能混凝土發(fā)展的回顧與思考［J］.混凝土，2003 （7）：3-9.

［3］吳慧敏.結(jié)構(gòu)混凝土現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)新技術(shù)［M］.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，1982.

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［5］BREYSSE D.Nondestructive Evaluation of Concrete Strength：An Historical Review and a New Perspective by Combining NDT Methods［J］.Construction and Building Materials，2012，33（8）：139-163.

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［8］姚亮，司馬軍，耿建華，等.基于Excel的回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度計(jì)算程序［J］.水利與建筑工程學(xué)報(bào).2009，7（1）：140-142.

（責(zé)任審編葛全紅）

Influence of Coarse Aggregates on Concrete Strength Curve Resulted from Measuring by Rebound Apparatus

LIU Jiamin
（China Railway 18th Bureau Group International Company，Tianjin 300222，China）

T he effect of coarse aggregate sizes and types on the relations between concrete compressive strength，rebound value and time were studied.A quantitative relationship between concrete compressive strength and the rebound value was established.T he result shows that concrete hardness and compressive strength increase with coarse aggregate size.T he rebound value of basalt concrete is greater than that of limestone or pebble concrete.T he strength curves based on different coarse aggregate sizes and types using rebound method was analyzed，satisfying the requirements of the code Technical specification for concrete compressive strength of the rebound method.

Concrete；Rebound method；Strength curve；Coarse aggregate size

劉加敏（1974— ），男，高級(jí)工程師。

TU528

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.36

1003-1995（2016）07-0147-04

2016-03-30；

2016-04-15