高強泵送混凝土回彈與抗壓強度修正系數(shù)研究

鄭穎眾

為解決現(xiàn)場混凝土回彈值與實際強度不符的問題，以漳州臺商投資區(qū)某工程為依托項目，采用數(shù)理統(tǒng)計方法研究了樣板墩、實體結構、混凝土立方體試塊、混凝土試模墩回彈值與取芯抗壓和試塊抗壓強度值的相關關系。結果表明，四種方法獲得的修正系數(shù)均可以反映實體結構的強度特征，采用留置同條件養(yǎng)護試件的方法確定了混凝土60 天齡期抗壓強度值與回彈強度推定值的修正系數(shù)為1.16。

一、項目概況及背景

1.工程概況

漳州臺商投資區(qū)某項目用地總面積約5400m2，總建筑面積89398.53 m2，其中地下建筑面積13759.92 m2，地上建筑面積75638.61 m2，建筑總高度198.7m。主體結構由1 幢43F 超高層及連體地下室組成，并配有辦公、門廳、消防控制中心以及避難層，其建成后將成為整個漳州地區(qū)的最高建筑，質(zhì)量要求高，社會影響力大，關注度高，為漳州市重點工程。

2.項目施工難點

（1）本項目1 ～12 層柱墻混凝土設計強度為C70，對配合比設計以及養(yǎng)護要求較高；混凝土澆筑前由混凝土供應商進行試配，對粗骨料的粒徑和坍落度進行重點控制，確保型鋼混凝土柱和核心筒剪力墻的施工質(zhì)量。

（2）本項目存在部分深度較大的連梁，勁性混凝土柱中型鋼柱與鋼筋相交點多、鋼筋密集，混凝土施工難度大，下料、振搗困難。如何保證該部位混凝土的工程質(zhì)量是本工程混凝土施工的重、難點。

（3）該結構高度198.7m，屬于高泵程施工，對泵送機械的要求較高；同時坍落度過大或過小會影響泵送過程，從而影響混凝土施工質(zhì)量，因此對調(diào)配混凝土的坍落度控制提出了較高要求。

（4）本工程柱（墻）與梁（板）混凝土最高等級差達到35MPa，在柱墻梁板相結合部位施工時，需嚴格控制混凝土澆筑順序，梁、柱以及板、墻節(jié)點的混凝土強度等級應與較高強度等級的部位相同，確保節(jié)點處工程質(zhì)量。

3.混凝土配合比設計

高強混凝土強度高、剛度大，早期強度增長較快，同時，在耐久性和抗沖擊性方面也有較好的表現(xiàn)。隨著混凝土抗壓強度的提高，一方面可以減少構件截面尺寸，使得結構自重減輕，有利于提高結構抗震性能；另一方面，高強混凝土適用于高層超高層建筑，在提高經(jīng)濟效益的同時也響應了環(huán)保可持續(xù)的發(fā)展戰(zhàn)略。為了獲得更高強度，高強混凝土中膠凝材料用量多導致其早期體積變化大，容易產(chǎn)生裂縫，導致其耐久性能下降，使用壽命降低。

該項目柱長1800mm、寬1400mm、高5500mm，墻跨度5000 mm、厚900mm、高5500mm，屬于典型的大體積混凝土，因此需要按照大體積混凝土進行配合比設計，并對高強混凝土結構各項性能進行深入研究。在大量室內(nèi)試驗的基礎上，最終確定適用于本項目的C70 大體積配比見表1。

表1 混凝土配合比（kg/m3）

二、回彈強度與抗壓強度相關性分析

1.實體樣板墩模擬試驗

施工之前在現(xiàn)場模擬一段剪力墻及一根獨立柱。根據(jù)施工方案澆筑完24h 后用PVC 塑料噴管沿框架柱和剪力墻頂部布置定時向上噴淋噴霧，帶模養(yǎng)護7d，拆模后在其上面覆蓋土工布防止水分蒸發(fā)過快，拆模后繼續(xù)對混凝土噴霧養(yǎng)護時間7d。

表2 是28d 和60d 齡期實體樣板墩回彈強度推定值與芯樣抗壓強度值。從表中可以看出，隨著齡期從28d 增加到60d，回彈強度均值從62.4MPa 增加到65.1MPa，增加2.7MPa，增長幅度4.1%；芯樣抗壓強度均值從73.2MPa 增加到81.2MPa，增加8MPa，增長幅度11%。可以看出，隨著齡期增加，回彈強度值增長幅度較小，而芯樣的抗壓強度增長較快。同時，28d 芯樣的抗壓強度值73.2MPa，滿足C70 高強混凝土設計標準，且隨著齡期增加，混凝土強度還有較大幅度增加，符合大體積高強混凝土設計思路。

表2 C70樣板墩回彈強度推定值與芯樣抗壓強度對比

2.實體構件回彈值與取芯統(tǒng)計分析

實體混凝土構件回彈強度換算值與芯樣抗壓強度對比見表3。從表中可以看出，實體構件的現(xiàn)場回彈均值59.2MPa，普遍低于同區(qū)域的芯樣抗壓強度78.6MPa，且回彈強度值無法滿足C70 混凝土設計要求。這表明混凝土實體結構的回彈強度推定值與芯樣抗壓強度存在一定差異，無法表征混凝土實際強度。

表3 C70實體構件回彈強度換算值與芯樣抗壓強度對比（60d齡期）

3.混凝土立方體試塊試驗

由于樣板墩及實體構件的回彈強度值不滿足設計強度等級，經(jīng)取芯驗證均滿足混凝土強度等級，這表明測強曲線與回彈強度值差異較大，需要進行矯正。由于該項目所有柱子的柱筋分部密集，鋼筋直徑較大，最小鋼筋為直徑25mm，鋼筋最大間距100mm，實際鋼筋凈空間距僅75mm，而取芯直徑至少達80mm，無法在柱上進行取芯驗證。核心筒剪力墻鋼筋分布也密集，沿墻肢長度垂直縱筋為D25@100（二排），沿墻肢長度方向箍筋為D16@200（六排），垂直墻肢長度方向箍筋為D16@200×200，無法每次現(xiàn)場混凝土回彈后再來取芯驗證，通過取芯檢測的方法存在一定難度。因此，開展混凝土構件回彈強度與實際強度的相關關系研究，掌握二者之間的變化規(guī)律對現(xiàn)場指導實體結構檢測具有重要意義。

依據(jù)《回彈法檢測高強混凝土抗壓強度技術規(guī)程》DBJ/T 13-113-2009 中的有關規(guī)定，采用同條件養(yǎng)護試件研究混凝土實體結構回彈強度值和實際強度的相關關系。

（1）試驗方法

首先，為了確保回彈儀的精確度，在試驗前進行了回彈儀在洛氏硬度HRC60±2 的鋼砧上，回彈儀的率定值應滿足83±2；再將標準養(yǎng)護到28d 齡期的立方體試塊（試件尺寸為：150mm×150mm×150mm）其表面擦干凈，采用CXYAW-3000E 電液式壓力試驗機預壓，試塊強度較低時預壓壓力取60kN，強度較高時取100kN；預壓完成后在試塊的兩個側(cè)面上分別彈擊8 個點；從各受檢試件的16 個回彈值分別剔除掉3 個最大值和3 個最小值，余下的10 個回彈值再求的平均值，計算結果精確至0.1，此值即為該試件的平均回彈值Rm，碳化深度取值按0mm 換算。回彈測試完成后對試塊進行抗壓強度測試。混凝土試塊回彈強度測試見圖1，抗壓強度測試見圖2。

圖1 混凝土試塊回彈試驗

圖2 混凝土試塊抗壓試驗

（2）C70 混凝土立方體抗壓強度與回彈值相關性分析

根據(jù)混凝土回彈法檢測高強混凝土抗壓強度技術規(guī)程DBJ/T 13-113-2009 規(guī)定，混凝土試塊或芯樣的修正系數(shù)計算公式如下。

式中：ηi— i第 個試塊或芯樣的修正系數(shù)，計算結果精確到0.01MPa；——對應于第i 個試件或芯樣部位回彈值的混凝土強度換算值，可按規(guī)程附錄A 采用或通過測強曲線計算得到。——第i 個同條件養(yǎng)護混凝土立方體試件（邊長為150mm 或邊長為100mm 換算至邊長為150mm）的抗壓強度值，精確到0.1MPa；

不同齡期C70 混凝土立方體抗壓強度值與回彈強度換算值的對比見表4。從結果可以看出，強度回彈換算值的28d、60d、90d 變異系數(shù)Cv分別為：0.01、0.02、0.01，抗壓強度的變系數(shù)分別為0.05、0.05、0.05，變異性很小，其最小值和最大值的數(shù)值均在X±3s 之內(nèi)，沒有出現(xiàn)粗大誤差，且依據(jù)DBJ/T 13-113-2009 的規(guī)定，該批數(shù)據(jù)采用格拉布斯準則對偏差量的離群值進行判定，未發(fā)現(xiàn)高度離群值，故全部數(shù)據(jù)均可用來進行數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計。通過計算可得出同一組配合比不同齡期28d、60d、90d 的回彈-抗壓值修正系數(shù)分別為1.11、1.16、1.18，可見，隨著齡期增加，回彈——抗壓強度修正系數(shù)有增加趨勢，且隨著齡期增加，增加速度降低。

表4 不同齡期C70混凝土立方體抗壓強度值與回彈強度換算值的對比

4.混凝土試模墩實驗

為了進一步研究實體混凝土強度與回彈強度的關系，本實驗訂制了鋼模試模墩，其尺寸為：400mm×200mm×400mm（長×寬×高）。試驗時，先在試模墩上回彈，然后對試模墩取芯進行抗壓強度對比試驗，試驗過程見圖3。

C70 試模墩回彈強度換算值與芯樣抗壓強度值的對比見表5。從表中可以看出，C70 混凝土試模墩取芯抗壓強度和回彈值換算值的28d、60d、90d 變異系數(shù)為均為0.01，變異性很小，其最小值和最大值的數(shù)值均在X±3s 之內(nèi)，沒有出現(xiàn)粗大誤差，且依據(jù)DBJ/T 13-113-2009 的規(guī)定，該批數(shù)據(jù)采用格拉布斯準則對偏差量的離群值進行判定，未發(fā)現(xiàn)高度離群值，故全部數(shù)據(jù)均可用來進行數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計。通過計算可得出同一組配合比不同齡期28d、60d、90d 的回彈——抗壓值修正系數(shù)分別為1.12、1.17、1.20。可見，與立方體和回彈強度之間的關系類似，隨著齡期增加，試模墩與芯樣抗的回彈——抗壓強度修正系數(shù)有增加趨勢，且隨著齡期增加，增加速度降低。

表5 C70試模墩回彈強度換算值與芯樣抗壓強度值的對比

5.C70 高強泵送混凝土回彈修正系數(shù)

圖3 試驗過程

從表2～表6 的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可看出，采用不用試驗方法得到的試塊及取芯抗壓強度值與回彈強度換算值的修正系數(shù)在1.11 ～1.33 之間，其變異系數(shù)均不超過0.05，因此，采用四種方法得到的修正系數(shù)均可以反映實體結構的強度特征。受限于現(xiàn)場試驗條件以及試樣制作的難易程度，采用留置同條件養(yǎng)護試件的方法測試回彈修正系數(shù)具有明顯的優(yōu)勢。

不同養(yǎng)護齡期條件下，修正系數(shù)和變異系數(shù)的變化規(guī)律見圖4。從圖4 中可以看出，隨著齡期增加，回彈-試塊強度的修正系數(shù)逐漸增加，當齡期超過60d 后，增加速度降低；同時，隨著齡期的增加，變異系數(shù)先降低后增加，在60d 齡期時達到最低值。數(shù)據(jù)表明，在60d 時進行回彈-試塊修正系數(shù)的測定可獲得最小偏差修正系數(shù)，其值為1.16。此時，試塊強度和回彈強度滿足的換算關系見式（2）。

圖4 齡期與修正系數(shù)和變異系數(shù)的關系

fcor—同條件養(yǎng)護混凝土立方體試件（邊長為150mm 或邊長為100mm 換算至邊長為150mm）的抗壓強度值，精確到0.1MPa。

三、結語

（1）依據(jù)《大體積混凝土施工標準》該構件尺寸大于1m，為防止膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土，因此本項目C70 混凝土采用60 天大體積配合比，混凝土強度回彈時宜選擇在60d之后；

（2）外框柱的柱筋分部密集，且鋼筋直徑較大，鋼筋凈空間距僅75mm，不具備取芯驗證條件（＞85mm），因此有必要建立回彈的修正系數(shù)；

（3）采用樣板墩、實體結構、混凝土立方體試塊、混凝土試模墩四種試驗所得到混凝土抗壓強度與回彈強度換算值的修正系數(shù)均可以反映實體結構的強度特征。用留置同條件養(yǎng)護試件的方法測試回彈修正系數(shù)具有明顯的優(yōu)勢，混凝土60 天齡期抗壓強度值與回彈強度推定值的修正系數(shù)為1.16，即