基于不同檢測方法的長齡期水工混凝土強度關系研究

張麗靜

(盤錦禹泰水利工程質量檢測有限公司，遼寧 盤錦 124200)

大體積水工混凝土具有較高的溫度控制要求，一般會選用中熱、低熱硅酸鹽水泥或摻入適量的粉煤灰等，所以大多存在后期強度增長率高而早期強度較低的特點，為達到溫控防裂效果并充分發(fā)揮原材料特性，大體積水工混凝土的設計齡期大多選擇90d、180d、360d，故也稱為長齡期混凝土[1-2]。

一般地，以標準養(yǎng)護條件下28d齡期的標準立方體試塊的抗壓強度作為混凝土質量評定依據，而工程實踐中的混凝土結構與標準試件的養(yǎng)護環(huán)境、成型條件等具有較大差異，所以標準試塊的局限性比較明顯[3-4]。為客觀真實地反映長齡期混凝土結構的力學性能，可采用無損檢測或鉆芯取樣的方法檢測混凝土結構強度，對重要的混凝土構件或結構大多選用無損檢測法，鉆芯取樣作為一種破損性檢測方法其適用性較差[5]。目前，比較常用的無損檢測方法有垂直反射線法、超聲法、回彈法、射線法、超聲回彈法等，其中超聲回彈法具有精度較高、適用性強、優(yōu)勢互補、減少含水率和齡期影響等優(yōu)勢，并廣泛應用于工程領域[6-7]。

目前，對于超聲回彈綜合法檢測混凝土抗壓強度國內外許多工程技術人員和專家學者等開展了深入研究，尤其是地區(qū)測強曲線和專業(yè)測強曲線的研究成果比較豐碩[8-10]，但應用抗壓強度標準法和超聲回彈法研究水工混凝土強度關系還鮮有報道。文章通過研究現(xiàn)場混凝土結構強度和超聲回彈綜合法檢測的標準立方體試件強度，探討了長齡期混凝土強度關系及養(yǎng)護條件對試樣力學性能的影響。

1 試驗方法

1.1 試驗材料

試驗材料主要有：葫蘆島市渤海水泥廠生產的P·O 42.5級普通硅酸鹽水泥；綏中電廠生產的F類Ⅱ級粉煤灰，細度20.5，摻量20%；粗骨料選用灰?guī)r人工碎石，其石粉含量10.6%，中石、小石級配均符合標準要求，細骨料選用細度模數(shù)2.80的人工砂；泵送劑選用BZK-6高效泵送劑，摻量1.2%。

1.2 試驗內容

混凝土立方體試件的制備參數(shù)及材料與現(xiàn)場構件相同，泵送混凝土配合比，見表1。在室內標養(yǎng)成型試件，待養(yǎng)護至規(guī)定齡期后再用抗壓強度標準法和超聲回彈綜合法檢測；現(xiàn)場混凝土構件達到規(guī)定齡期后沿澆筑塊水平向大致均勻布設6個點，將表面清除干凈后再用超聲回彈綜合法檢測。

表1 泵送混凝土配合比

采用規(guī)范推薦的抗壓強度換算公式計算第i個測區(qū)或試塊的抗壓強度值f0、f1、f2，其表達式如下：

(1)

式中：vai、Rai為第i個測區(qū)或試塊的混凝土波速值，km/s和混凝土回彈值，MPa。

2 結果與分析

2.1 長齡期水工混凝土強度

表2 長齡期混凝土抗壓強度

從表2可以看出，針對室內標準養(yǎng)護立方體試塊利用抗壓強度標準法、超聲回彈綜合法檢測的7～360d強度為23.6～49.5MPa和17.1～38.8MPa(換算值)，現(xiàn)場混凝土構件利用超聲回彈綜合法檢測的7～360d強度為22.1～42.6MPa(換算值)。可見，超聲回彈法的強度換算值低于抗壓強度標準法檢測值，其中標準養(yǎng)護立方體試塊的超聲回彈強度最低。不同檢測方法的混凝土齡期與強度關系曲線，混凝土齡期與強度關系曲線，見圖1。

圖1 混凝土齡期與強度關系曲線

表3 長齡期混凝土強度增長率

由表3可知，不同方法檢測的長齡期混凝土強度增長率存在明顯差異。具體而言，針對室內標準養(yǎng)護立方體試塊利用抗壓強度標準法、超聲回彈綜合法檢測的7～360d強度增長率為66.3%～139.0%和75.7%～171.7%，現(xiàn)場混凝土構件利用超聲回彈綜合法檢測的7～360d強度增長率為77.8%～150.0%，不同檢測方法的混凝土齡期與強度增長率關系曲線，混凝土齡期與強度增長率關系曲線，見圖2。

圖2 混凝土齡期與強度增長率關系曲線

從圖12可以看出，超聲回彈的現(xiàn)場構件抗壓強度值高于相同方法獲取的室內標養(yǎng)試樣強度，并表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。一般地，由于養(yǎng)護環(huán)境的差異，現(xiàn)場自然養(yǎng)護的混凝土構件強度低于室內標準養(yǎng)護的各齡期強度，但利用超聲回彈綜合法檢測的結果與之相反，這是由于室內標準養(yǎng)護環(huán)境相對于自然環(huán)境而言具有較大的濕度，并且室內標準養(yǎng)護的濕度、溫度均衡，這種溫度、濕度差異對混凝土構件或試件含水率造成直接影響，并進一步對超聲回彈綜合法檢測結果帶來影響[11]。結合圖1、圖2變化曲線，立方體抗壓強度標準法和超聲回彈綜合法檢測的混凝土強度及增長率均近似于對數(shù)增長曲線，應用最小二乘法回歸分析強度及強度增長率，齡期與混凝土強度、增長率回歸方程，見表4。

表4 齡期與混凝土強度、增長率回歸方程

結合表4中相關系數(shù)及回歸方程可知，長齡期混凝土強度的增長規(guī)律不會因檢測方法的差異而發(fā)生改變，雖然不同方法的強度檢測結果存在一定差異，但并不會改變混凝土固有的規(guī)律性，齡期與混凝土強度及強度增長率表現(xiàn)出對數(shù)增長關系，相關系數(shù)>0.90，所生成的回歸方程可以較好地預報、預警同類混凝土強度[12-14]。

2.2 不同檢測方法的強度關系

根據表2的檢測數(shù)據，對同一組室內標準養(yǎng)護的混凝土試件利用立方體抗壓強度標準法和超聲回彈綜合法檢測的強度值具有明顯差異，為進一步驗證現(xiàn)場無損檢測混凝土結構時超聲回彈綜合法的檢測精度，可以分析立方體抗壓強度標準法和超聲回彈綜合法檢測的混凝土強度關系，在此基礎上生成數(shù)學關系模型，并利用超聲回彈法確定現(xiàn)場構件強度和標準養(yǎng)護混凝土試件強度關系模型確定超聲回彈的自然養(yǎng)護環(huán)境下構件換算強度與標準養(yǎng)護長齡期混凝土強度關系模型。

1)根據超聲回彈強度和抗壓強度標準法檢測結果，建立標準養(yǎng)護下兩種方法的長齡期混凝土強度關系曲線，超聲回彈綜合法換算強度與立方體抗壓強度關系曲線，見圖3。

圖3 超聲回彈綜合法換算強度與立方體抗壓強度關系曲線

采用最小二乘法指數(shù)回歸分析不同方法檢測的標準養(yǎng)護長齡期混凝土強度關系，建立回歸方程如下：

f1=9.510e0.028f0

(2)

2)根據超聲回彈綜合法的自然養(yǎng)護混凝土構件換算強度與標準養(yǎng)護混凝土強度關系[13-18]，現(xiàn)場混凝土構件與標準養(yǎng)護混凝土換算強度關系曲線，見圖4。

圖4 現(xiàn)場混凝土構件與標準養(yǎng)護混凝土換算強度關系曲線

采用最小二乘法指數(shù)回歸分析自然養(yǎng)護混凝土構件強度和室內標準養(yǎng)護混凝土強度(超聲回彈綜合法)的關系，建立回歸方程如下：

f2=0.92f1

(3)

3)將公式(2)、(3)做進一步處理，可以建立室內標準養(yǎng)護立方體抗壓強度與現(xiàn)場混凝土構件換算強度(超聲回彈綜合法)之間的關系式：

f2=8.749e0.028f0+6.6

(4)

3 結 論

1)采用超聲回彈檢測的各齡期試樣強度換算值低于抗壓強度標準方法檢測值，其中，標準養(yǎng)護立方體標準試件的超聲回彈值最低。不同養(yǎng)護環(huán)境下濕度、溫度等因素差異，使得超聲回彈綜合法檢測的現(xiàn)場混凝土構建高于相同檢測方法得到的室內標準養(yǎng)護混凝土立方實體各齡期強度。

2)長齡期混凝土強度的增長規(guī)律不會因檢測方法的差異而發(fā)生改變，雖然不同方法的強度檢測結果存在一定差異，但并不會改變混凝土固有的規(guī)律性，齡期與混凝土強度及強度增長率表現(xiàn)出對數(shù)增長關系。

3)基于兩種方法檢測的長齡期混凝土強度，利用最小二乘法建立數(shù)學計算模型，并在此基礎上建立室內標準養(yǎng)護立方體抗壓強度與現(xiàn)場混凝土構件換算強度之間的關系式。