回彈法檢測盾構管片混凝土強度廈門地區專用測強曲線的制定研究

丘貴華

(廈門市交通建設工程檢測有限公司,福建 廈門 361000)

1 引言

(1)隨著城市社會經濟的發展,越來越多的軌道交通工程采用盾構法施工,混凝土襯砌管片是盾構隧道最主要構件,其混凝土質量好壞直接影響盾構隧道的安全。盾構管片混凝土強度無損檢測目前主要采用回彈法,但混凝土回彈值受原材料品種、混凝土表面碳化深度及混凝土結構表面曲率半徑等有害因素的影響,采用《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》JGJ/T 23-2011中全國統一測強曲線檢測混凝土抗壓強度準確度偏低,建立專用測強曲線具有針對性強、準確度高的優點。

(2)混凝土試件回彈強度的影響因素原理分析：①回彈儀的影響,回彈儀水平彈擊時的標稱能量應為2.207J,彈擊拉簧應處于自由狀態。回彈儀的率定試驗應在環境溫度(5～35)℃的條件下進行,連續往下彈擊3次,分四個方向,每個方向彈擊前,彈擊桿必須旋轉90度,4個方向的率定值均應為80±2(HRC)。還應定期保養及按時送檢。②混凝土原材料的影響,混凝土由水泥、粗、細集料、摻合料、外加劑和水拌制組成,混凝土立方體抗壓強度的高低主要取決于混凝土中水泥和活性礦物摻合料的強度、粗集料強度和成型方法,回彈法檢驗混凝土結構表面約6厚度范圍內表面硬度。③混凝土碳化深度的影響,混凝土中的氫氧化鈣和潮濕空氣中的二氧化碳發生反應生成碳酸鈣稱作碳化,碳化從混凝土構件表面逐漸向內部深入發展,碳化后的混凝土表面硬度會變大,混凝土構件碳化深度值直接影響混凝土強度的換算值,應測量混凝土構件的碳化深度并進行修正。④測試方法的影響,測區的選擇應遵循隨機選取,相鄰兩測區的間距和測區面積及測點距外露鋼筋、預埋件的距離應滿足規范要求。

(3)本文對廈門軌道交通三家管片預制場盾構管片混凝土,針對不同的骨料品種、產地和水泥進行了批量的回彈測強及試件鉆芯強度驗證,根據試驗結果發現了規律的相關性,并建立了廈門地區盾構管片混凝土專用測強曲線。

2 試驗概況

2.1 原材料

試驗所用原材料均來自三家管片預制場,與生產盾構管片混凝土的原材料相符,混凝土配合比設計用原材料如表1。

2.2 配合比設計及檢測方法

1)依據《回彈法檢測砼抗壓強度技術規程》JGJ/T 23-2011附錄E中的規定,各管片預制場按照最佳配合比設計了C35～C55共5個強度等級的混凝土,坍落度設計要求為(50±20)mm,且每一強度等級制作6塊150mm立方體試塊,共90塊試塊。同一管片預制場不同混凝土強度等級試塊應在同一天成型制作完畢。混凝土立方體試塊的養護跟管片預制場混凝土試件采用相同的養護方式,成型24h后將試塊移至盾構管片預制現場同條件養護,試塊拆模日期與盾構管片拆模時間相同。5個強度等級混凝土配合比如表2所示。

表1 混凝土用原材料

表2 混凝土配合比

表3 C35～C55試驗得出的28天平均回彈值、抗壓強度值

圖1 混凝土試塊回彈測點位置布置圖

3)在破壞后的混凝土試塊邊緣測量該試塊的平均碳化深度值dm,將破壞后的試塊邊緣的粉末和碎屑清除干凈,采用濃度1%的酚酞酒精溶液滴灑在破壞后的混凝土試塊邊緣處,用碳化深度儀測量已碳化和未碳化的混凝土分界線至試塊表面的垂直距離,每個混凝土試塊測量3次,每次碳化深度值讀數精確至0.25毫米,取三次測的算術平均值作為混凝土立方體試塊的碳化深度值,其結果精確至0.5毫米。

3 專業測強曲線的建立

1)碳化深度的影響,根據相關試驗研究結果,高強混凝土碳化深度對其回彈值影響較小,本工程試驗檢測齡期較短,故在建立回歸方程式中不考慮混凝土表面碳化深度的影響。

(公式1)

依據檢測數據計算可得公式2：

(公式2)

r=0.969

由上相關系數r可知,回歸方程式呈線性相關。

根據回歸方程公式2計算出的混凝土強度值,見表4。

表4 回歸方程計算出的混凝土強度值

3)回歸方程式的強度平均相對誤差δ和相對標準差er,按下列公式3和公式4計算：

(公式3)

(公式4)

式中：δ—回歸方程的強度平均相對誤差(%),精確至0.1。

er—回歸方程的強度相對標準差(%),精確至0.1。

fcu,i—由第i個砼試塊抗壓強度得出的砼抗壓強度值(MPa),精確至0.1MPa。

n—制定回歸方程的試件數。

根據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》(JGJ/T 23-2011)規定專用測強曲線得強度誤差應符合以下規定：

平均相對誤差δ應小于等于±12.0%；相對標準差er應小于等于14.0%。

4 專用測強曲線驗證

為了驗證已建立的專用測強曲線的準確性,對三家管片預制場的管片試件實體進行驗證,在三家管片預制場選取齡期到達28天的混凝土管片各三片(強度等級C50)進行回彈法檢測,并在對應的測區臨近采用鉆芯法鉆取直徑為100mm的芯樣,進行混凝土抗壓強度檢測,驗證數據結果見表5。

5 結論

1)通過筆者的試驗研究表明,該專用測強曲線(回彈法)所得的換算值與鉆芯(鉆芯法)取得的測試結果相近,表明所建立的專用測強曲線是準確可靠的,可作為廈門地區盾構管片無損檢測的依據,對管片的質量管控具有很大的應用價值。

2)當原材料品種及產地、混凝土表面碳化深度及混凝土結構表面曲率半徑等發生顯著變化后應重新進行專業測強曲線的制定,并應定期對建立的專業測強曲線進行驗證校核。

表5 驗證數據結果