回彈法檢測第Ⅳ類水泥基灌漿材料抗壓強度試驗研究

陳大川,郭虹位

(湖南大學(xué),湖南 長沙 410082)

隨著地鐵施工的進行，各城市均產(chǎn)生過大量的地鐵隧道周圍房屋破損的情況，為了保證破損房屋的安全，常采用第Ⅳ類水泥基灌漿料進行加固。為了及時掌握加固混凝土強度，采用回彈的方法可靠、便捷、方便及時調(diào)整工程進度，然而目前沒有相關(guān)規(guī)范對回彈法檢測灌漿料進行指導(dǎo)，因此相關(guān)的試驗研究很有必要。

根據(jù)我國現(xiàn)行標(biāo)準《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50448-2015)，對第Ⅳ類水泥基灌漿材料采用尺寸為100 mm×100 mm×100 mm立方體試塊抗壓強度作為評定強度。除此方法外，若試塊有問題或現(xiàn)場強度有懷疑時，目前沒有合適的現(xiàn)場原位檢測技術(shù)對灌漿材料澆筑構(gòu)件進行強度評定。回彈法作為廣泛使用的現(xiàn)場原位無損檢測技術(shù)，操作簡便，評定結(jié)果可靠，但現(xiàn)行沒有針對第Ⅳ類灌漿料的回彈法檢測規(guī)范，現(xiàn)行混凝土回彈法檢測抗壓強度的規(guī)范已經(jīng)不適用，故研究回彈法檢測第Ⅳ類水泥基灌漿材料很有必要。

1 試件制作及回彈儀選取

1.1 試件制作

試驗選用湖南地區(qū)常用的某品牌灌漿料，試件共制作128組，設(shè)計強度為C60、C80的立方體試件各72組，每組試件包括3個100 mm×100 mm×100 mm立方體試塊。用于不同齡期(3、7、14、28 d)、不同強度的回彈、抗壓試驗的立方體試塊各16組。為了貼近工程實際與運用，所有試件在相同條件下采用自然養(yǎng)護，試驗溫度(20±2)℃。

1.2 回彈儀選擇

根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T23-2011)、 《高強混凝土強度檢測技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T294-2013)等國家現(xiàn)行標(biāo)準，普通混凝土回彈儀適用于設(shè)計強度C10～C50的混凝土，高強混凝土回彈儀適用于C50～C100的設(shè)計強度區(qū)間。根據(jù)此次試驗的具體情況，C60、C80灌漿料全齡期強度較高，參考相關(guān)規(guī)范標(biāo)準，采用ZC3-A型(系統(tǒng)標(biāo)準能量為2.207 J)普通混凝土回彈儀以及HT450-A型高強混凝土回彈儀(系統(tǒng)標(biāo)準能量為4.5 J)同時采集試驗數(shù)據(jù)。

2 豎向壓力及碳化深度對回彈值影響

2.1 豎向壓力對試件回彈值的影響

試件回彈值采集過程中，需要壓力試驗機提供60～100 kN的豎向壓力，不同的壓力可能會對試件的回彈值造成影響，因此選擇2組齡期3 d的C60設(shè)計強度的試塊2組，在試件承受不同豎向壓力下情況下，研究豎向壓力對回彈值的影響。試驗結(jié)果如圖1、圖2所示，圖1為試件在不同豎向壓力下普通回彈儀回彈值對比圖，圖2為試件在不同豎向壓力下高強回彈儀回彈值對比圖。

圖1 普通混凝土回彈儀回彈值對比圖

圖2 高強混凝土回彈儀回彈值對比圖

根據(jù)圖1、圖2所示，試件在不同豎向壓力下普通回彈儀和高強回彈儀回彈值變化均較小，誤差在可控范圍內(nèi)，所以豎向壓力對試件回彈值的影響忽略不計。

2.2 碳化深度對回彈值的影響

本次試驗所用的混凝土試塊最長齡期為28 d，時間較短。目前，碳化深度極小，對混凝土表面強度的影響幾乎可以忽略，因此不考慮碳化對混凝土表面強度的影響。

3 試驗數(shù)據(jù)測取

3.1 回彈數(shù)據(jù)測取

參照《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 23-2011)，將試塊的兩側(cè)非澆筑面置于壓力試驗機的墊板中心下方，調(diào)整試塊和墊板位置，保證試塊與墊板接觸面平整清潔，使其受力均勻。對試塊進行加載，速率不高于0.6 MPa/s，壓力控制在60～100 kN，在試塊保持壓力下，采用符合規(guī)定的回彈儀按照標(biāo)準的操作規(guī)范在試塊的兩個側(cè)面分別彈擊8個點，點位布置如圖3所示。對試塊卸載，將彈擊面作為上下承壓面，使用另外一只回彈儀按照相同方法在剩余的未測區(qū)回彈值的側(cè)面測取回彈值。

圖3 回彈測點布置圖

3.2 抗壓強度測取

回彈值測取完成后，根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準》(GB/T 50081)，將試塊加載直至破壞，按式(1)計算試塊的抗壓強度值fcu，計算結(jié)果精確到0.1 MPa。

(1)

式中：fcu為混凝土立方體試件抗壓強度，MPa；F為試件破壞荷載，N；A為試件承壓面積，mm2。

3.3 試驗數(shù)據(jù)處理

抗壓強度數(shù)據(jù)換算之后對每小組的抗壓強度求平均值，當(dāng)最大值和最小值與中間值的誤差在15%范圍內(nèi)時，取平均值；當(dāng)有一個最大或最小值與中間值的差超出中間值的15%時，取中間值作為評定值；當(dāng)最大值與最小值和中間值的差均超過15%，該組試驗數(shù)據(jù)作廢。

回彈值應(yīng)從每個試塊的16個回彈值中分別剔除3個最大值和3個最小值，余下的10個值求平均值得到試塊的平均回彈值，計算結(jié)果精確到0.1 MPa。每組3個試塊回彈值取平均值，若抗壓強度數(shù)據(jù)無效則該組回彈數(shù)據(jù)同時作廢。

4 回彈測強曲線建立

4.1 測強曲線的建立

試驗共采集128組數(shù)據(jù)，剔除無效和異常數(shù)據(jù)，以回彈值為x軸，實測抗壓強度為y軸，根據(jù)最小二乘法，采用線性函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、拋物線函數(shù)對其進行擬合，并計算相關(guān)性系數(shù)、平均相對誤差(%)和相對標(biāo)準差(%)對擬合曲線進行評定。

(a) 冪函數(shù)式-ZC3-A

從表1、表2可以看出，普通混凝土回彈儀的4個數(shù)據(jù)擬合公式和高強混凝土回彈儀的4個數(shù)據(jù)擬合公式均有較高的相關(guān)性系數(shù)，其中冪函數(shù)擬合曲線相對其他3種曲線相關(guān)性較高，略低于二次拋物線擬合曲線，普通混凝土回彈儀冪函數(shù)擬合曲線平均相對誤差、相對標(biāo)準差均低于其余3條曲線，高強混凝土回彈儀冪函數(shù)擬合曲線的平均相對誤差、相對標(biāo)準差也低于其余3條，所以冪函數(shù)式擬合曲線擬合效果最佳。普通回彈儀冪函數(shù)擬合曲線相關(guān)性系數(shù)高于高強混凝土冪函數(shù)擬合曲線相關(guān)性系數(shù)，并且從散點分布圖可以看出，普通回彈儀回彈數(shù)據(jù)更加集中在擬合曲線周圍，高強回彈儀數(shù)據(jù)較為分散，因此建議采用普通回彈儀冪函數(shù)擬合曲線，簡化后如式(2)所示。

(a) 冪函數(shù)式-HT450-A

表1 回彈值-抗壓強度擬合曲線相關(guān)參數(shù)(ZC3-A)Table 1 Resilience value-compressive strength fitting curve related parameter(ZC3-A)函數(shù)形式表達式相關(guān)性系數(shù)R2平均相對誤差δ/%相對標(biāo)準差еr/%冪函數(shù)式fccu=0.076 6 R1.769 60.693 19.4311.91線性函數(shù)式fccu=2.241 6 R-36.6580.688 29.5312.03指數(shù)函數(shù)式fccu=8.627 7 e0.044 9 R0.685 49.5512.07拋物線函數(shù)式fccu=-0.038 8 R2+4.913 2 R-88.9570.690 79.5111.99

表2 回彈值-抗壓強度擬合曲線相關(guān)參數(shù)(HT450-A)Table 2 Resilience value-compressive strength fitting curve related parameters(HT450-A)函數(shù)形式表達式相關(guān)性系數(shù)R2平均相對誤差δ/%相對標(biāo)準差еr/%冪函數(shù)式fccu=0.143 7 R1.671 90.662 310.0613.73線性函數(shù)式fccu=2.448 2 R-30.2950.660 610.1613.89指數(shù)函數(shù)式fccu=9.593 2 e0.049 6 R0.647 910.2114.14拋物線函數(shù)式fccu=-0.063 2 R2+6.724 7 R-101.780.672 010.3813.76

(2)

4.2 測強曲線的驗證

在長沙某地鐵隧道周圍建筑加固項目中，采用與試驗同品牌的灌漿料進行混凝土加大截面加固。為驗證此次試驗建立的測強曲線的準確性，通過上述建議的冪函數(shù)擬合曲線，采用回彈法對灌漿料強度進行推定，并利用加固墻體的不同齡期(3、7、14、28 d)的同條件養(yǎng)護的100 mm×100 mm×100 mm立方體試塊平均抗壓強度來檢驗采用回彈法推定的強度值的準確性，每個齡期試驗2組試塊，取抗壓強度平均值，對比結(jié)果如表3所示。

表3 測強曲線精度檢驗Table 3 Strength curve accuracy test齡期/d回彈平均值回彈法推定抗壓強度/MPa試塊抗壓強度平均值/MPa誤差/%335.141.838.78.01739.351.155.07.091442.057.560.34.642848.173.175.63.31

根據(jù)試驗結(jié)果，最大誤差為8.01%，最小3.31%，故該冪函數(shù)擬合曲線公式具有較高的精度和使用價值。

5 結(jié)語

此次試驗是對灌漿料強度無損檢測的研究，擴大回彈法的適用范圍，為相關(guān)規(guī)范的編制提供依據(jù)，通過試驗，得到以下結(jié)論：

a.研究試塊在不同豎向壓力條件下對回彈值的影響，證明了在60～100 kN內(nèi)，試塊所受豎向壓力對回彈值的影響可以忽略不計。