公路高性能混凝土結構實體強度檢測研究

姚利郎

（山西省交通建設工程監理總公司，山西 太原 030012）

1 概述

現階段公路橋隧混凝土工程中，混凝土的質量檢測主要有標準養護試件法、回彈檢測和鉆芯取樣等方法，混凝土質量評定標準采用試件標準養護法。標準養護試驗主要評價混凝土材料特定條件（溫度、濕度固定）下可以達到的能力，回彈檢測、鉆芯檢測主要針對混凝土結構實體質量。從實際使用情況看，回彈法適用于齡期14～1 000 d，抗壓強度10～60 MPa的普通混凝土，精度較低，鉆芯法對結構會造成一定損傷，且在鋼筋密集的混凝土結構實施中困難較大，多在混凝土試件強度評定有問題時用作驗證。工程上我們更關注混凝土由材料轉化為結構的實體質量，混凝土結構實體質量受制于混凝土組成材料、配合比、施工過程及所在環境的溫度、濕度、風力等條件影響。國家標準GB 50204—2015[1]混凝土結構工程施工質量驗收規范，增加用同條件養護方法檢測混凝土結構的實體強度。考慮公路混凝土結構施工環境的特殊性，本文以某項目羅圈堡大橋C50梁板預制工程為背景，進行標準養護試驗和同條件養護等效齡期系列試驗。通過統計分析，對比用標準養護試件評定混凝土質量的代表性，確定同條件試驗方法評定公路混凝土結構實體質量的有效性，為行業規范修訂提供試驗依據。

2 試驗方案

2.1 設計要求

羅圈堡大橋中心樁號K101+885，上部結構采用8孔35 m先簡支后連續預應力混凝土箱梁，橋梁全長287 m。上部結構預制梁采用C50混凝土，混凝土中總堿含量不大于1.8 kg/m3，氯離子總量不得超過膠凝材料總量0.06%。預制梁在澆筑混凝土過程中，應隨機取樣制作標準養護和實體檢測及施工用混凝土強度、彈性模量試件，應從構件不同部位分別進行取樣，實體強度及施工試件應隨梁體或在同條件下振動成型、養護，28 d標準試件按標準養護辦理。

2.2 原材料主要技術指標

水泥：山西吉港冠宇 P.O52.5，比表面積352 kg/m2，3 d 抗壓強度 32.8 MPa，28 d 抗壓強度56.0 MPa，堿含量0.44%，氯離子含量0.029%；細集料：混合砂劉家豪機制砂占58%，麻鎮天然砂占42%，組合后細度模數2.81，含泥量3.0%；粗集料：劉家豪碎石摻配組成5～20 mm連續級配，壓碎值19.8%，針片狀5.6%；外加劑：山西ART-1聚羧酸高性能減水劑，減水率30%；粉煤灰：內蒙準大電廠Ⅰ級，活性指數78.9%。

2.3 配合比及主要性能指標

設計配合比：mc∶mf∶ms∶mg∶mw∶ma=369∶81∶705∶1 103∶162∶5.85，水膠比（W/B）0.36，表觀密度2 440 kg/m3，塌落度160～200 mm，強度R7=54.3 MPa，R28=63.1 MPa，彈性模量 Ec28=5.13×104MPa，混凝土中總堿含量1.689 kg/m3，氯離子占膠凝材料總量0.037%。

2.4 試驗技術條件

a）試件制作及養護 標準養護試件在拌合站取樣，每片梁制作150×150×150立方體試件3組，脫模后進入標準養護室養生28 d，用于混凝土質量評定；同條件試件在預制場梁板施工過程隨機取樣制作150×150×150立方體試件2～3組，一組用于同條件等效齡期試驗，另外1～2組用于混凝土預應力張拉條件控制。試驗件現場養生放置于箱梁側面，隨梁板養護。梁板張拉調運后，等效齡期試件，移至附近試樣架自然養生，集中管理，以免丟損。

b）日平均溫度確定 考慮天氣實時動態變化的無規律性，方便與歷史查詢統一，同條件養護試件的日平均溫度取當地氣象臺站公布的日最高溫度與最低溫度的平均值。平均溫度為0℃及以下的齡期不計入。

c）等效齡期 實體強度檢測試件的等效養護齡期，取混凝土的成熟度達到600℃·d，所對應的齡期。水泥膠體的固化和混凝土強度的增長很大程度上取決于養護環境的熱工效應，表現為時間-溫度曲線下的積分面積（累積溫度），即成熟度，其量綱為（℃·d）。標準養護的溫度為20℃，齡期是28 d，故成熟度是560℃·d。同條件養護反映的結構實際環境受到大氣溫度和養護條件的限制，難以保證20℃的恒溫條件，從熱工效應的角度，如能保證接近560的成熟度，則熱工對強度增長的影響基本可以“等效”。試驗取成熟度為600的相應齡期為等效養護齡期。

d）等效齡期的范圍 試驗確定等效齡期為混凝土成熟度600±10℃·d，對應齡期，且等效養護齡期時間，不應小于14 d，超過60 d。由于氣溫變化的無規律以及求平均值等原因，要恰好達到600℃·d時試驗是很困難的，以數值范圍控制。14 d以內的齡期尚處于強度的早期快速增長階段，強度值尚不穩定，離差大而缺乏代表性，故等效養護齡期不得小于14 d。同條件試件的比表面積（混凝土表面積與體積之比）很大，養護后期失水嚴重，強度可能不升反降，到90 d后比較明顯，試驗統計分析，確定等效養護齡期不宜超過60℃·d。北方地區的秋冬季節，由于持續降溫，同條件養護試件往往在成熟度未達600℃·d時就已達到等效養護齡期的限值60℃·d，因而發生驗收齡期的困難。這里600℃·d的成熟度必須保證，因為成熟度（積溫）對強度的發展具有更重要的影響，齡期或成熟度對混凝土強度增長的影響是先快后慢，先強后弱。到28 d齡期或600℃·d的成熟度時，實際上已進入強度增長停滯期，即使有些誤差，對強度值的影響也不會太大。

e）同條件試件強度的代表性 同條件養護試件與結構實體的混凝土具有幾乎完全一致的原材料質量、配合比組成、攪拌運輸工藝以及養護條件，溫度差異引起熱工效應的影響已由成熟度所反映的等效養護齡期考慮。同條件養護試件與結構實體的最大差別在于比表面積，即混凝土表面積與其體積的比值，試件的比表面積大得多，同條件養護試件的強度一般均小于其所代表的結構混凝土實際的強度。試驗表明，比表面積不同，濕度差異引起的影響大約為4%～6%，用同條件試件代表實體強度偏于安全的。

f）質量控制 每片梁出場吊裝前，需用回彈法驗證實體強度，達到設計強度90%后方可放行，本項目回彈檢測齡期為7～10 d。

3 試驗結果與分析

3.1 日平均氣溫

試驗采用中國天氣網，考慮氣溫的動態變化，每天上午采集前一天的確定當地最高、最低氣溫，計算平均值，作為混凝土成熟度計算溫度。統計時間從羅圈堡大橋第一片箱梁預制開始時間2016年5月14日，連續記錄至最后一片梁成熟度達到600℃·d的時間2016年10月20日。平均氣溫曲線見圖1。

圖1 預制場氣溫變化曲線

3.2 積溫曲線圖

箱梁預制場的連續累積溫度曲線，統計區間2016-05-14—2016-10-20的積溫曲線見圖2。

圖2 預制場積溫曲線

3.3 抗壓分布曲線圖

羅圈堡大橋箱梁試件（標準養護、同條件養護）抗壓強度分布見圖3。

圖3 羅圈堡橋箱梁抗壓強度分布曲線

3.4 試件強度統計分析

箱梁混凝土試件分標準養護和同條件養護兩種，標準養護每片梁制件3組，養護齡期28 d，同條件試件每片梁制件1組，養護齡期為混凝土成熟度達到600℃·d對應齡期，統計情況見表1。

表1 試驗強度結果統計表

3.5 實體強度檢測

箱梁吊裝上橋前實體強度檢測，采用回彈法，根據試驗強度及工序安排，箱梁成品一般5 d張拉，7 d出場，從實際回彈值統計，一般都大于48，48的推定強度即60 MPa[2]，現行混凝土回彈檢測規程JGJ/T23—2011，大于48都記作強度60，說明回彈檢測對該強度等級混凝土檢測沒有實際意義。

4 試驗結論

通過以上分析可得到以下結論：

a）該混凝土配合比在現有施工條件下，用作C50混凝土強度冗余較大，按現行規范完全滿足C55設計技術要求。

b）同條件等效養護齡期混凝土強度，比標準養護強度低約3.2%，屬于同一強度水平，說明用標準試件強度評定混凝土結構實體強度有效可行。

c）同條件等效齡期混凝土強度，可以用作混凝土結構實體強度的一種檢驗方法，其強度值除以0.88后，按現行驗評標準有關規定進行評定，對公路高性能混凝土結構偏于保守。

d）對公路工程常用的C50C55混凝土結構，用回彈法檢測，其推定強度常常超出檢驗規程條件范圍，加之公路高強度等級混凝土梁板結構經常位于深溝高墩上，回彈法按規定齡期范圍檢測常受到較大的制約。