短齡期高強混凝土回彈法地區測強曲線試驗研究

伍艷霞，李 操

（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司，廣東 廣州 510500）

0 引言

混凝土是近代以來使用最為廣泛的建筑材料之一，其中高強混凝土憑借其強度高、孔隙率低和抗變形能力強的特性，近年來在土木工程結構中得到了廣泛應用［1-4］。包括廣東省在內，越來越多的高層建筑設計采用了高強度混凝土，針對高強混凝土強度的測試也成為了工程界的研究重點之一。我國關于高強混凝土早期齡期的抗壓強度的檢測使用的主要方法是回彈法，回彈法是檢測混凝土強度的一個重要方法，檢測精度高，操作簡便［5］。目前，我國使用的行業標準 JGJ/T 294－2013《高強混凝土強度檢測技術規程》是以全國試驗數據為基礎，對于其在廣東地區的適用性還有待驗證。本試驗通過對廣東東莞、中山和廣州等 8 個地區的短齡期高強混凝土（C 50、C 60、C 70）進行回彈試驗，通過對不同短齡期（1、3、7、14 d）的高強混凝土外表面和內表面硬度的分析驗證，擬合適用于廣東地區的高強回彈測強曲線，并與全國的測強曲線進行誤差分析，提高廣東地區高強回彈測強曲線適用性和準確性。

1 試驗

1.1 試驗儀器

試驗采用標稱能量為 4.5 J 的 H 450 型高強回彈儀和壓力試驗機。回彈儀和壓力試驗機如圖 1 所示。

圖1 壓力機和回彈儀

1.2 試件設計

試驗采用本地區的常用高強混凝土材料，根據相關規范和廣東地區實際工程需要，制備了一批用于試驗的邊長為 150 mm 立方體標準試件，對試件澆筑側面進行回彈測試后，再將立方體標準試件切割成兩等份（見圖 2～圖 4）。具體試件情況如表 1 所示。

圖2 切割標準試件

圖3 待測混凝土試件

圖4 標準試件切割成兩等份

表1 高強混凝土試件數量統計

1.3 試驗方法

本次試驗由短齡期（1～14 d）試件回彈硬度內外差異試驗和測強曲線擬合兩部分組成。

其中對試件回彈硬度的測試按照現行 JGJ/T 294－2013《高強混凝土強度檢測技術規程》，采用 4.5 J 的回彈儀，對澆筑側面進行回彈測試。試件整理清潔后，將試件澆筑面朝上放置于壓力機承壓板上，在滿足回彈試驗的要求后，對試件的一個相對側面選取 8 個點的有效回彈值并記錄［6］。試件的內部硬度測試需要將試件平分切割為兩部分，在避開內表面石子的情況下重復上述試件表面的回彈試驗方法。

將采集得到的不同齡期的短齡期高強混凝土的回彈值和標準養護條件下 28 d 試件的標準立方體抗壓強度值導入 MATLAB，利用回歸分析的原理，進行最小二乘法回歸分析得出回彈值－抗壓強度值關系擬合公式，并對結果進行誤差分析。

2 試驗結果與分析

2.1 試件內外差異試驗

按照 1.3 節所述的試驗方法對養護齡期為 1、3、7、14 d 的短齡期高強混凝土標準立方體試件的內外硬度進行了測試，計算得到了每一齡期試件的建筑側面回彈平均值 N1 和切割面平均值 N2，并計算分析回彈硬度內外差異對測強曲線建立的影響程度。具體測試結果如表 2 所示。

表2 各短齡期高強混凝土內外硬度測試

根據表 2 中的數據可以看出，3 d 齡期試件回彈硬度內外差異最大，差異值超出了10%，反映出試件回彈硬度的內外差異較大，會對高強回彈測強曲線的建立產生不利影響；但是 7 d、14 d 齡期試件回彈硬度內外差異不明顯，差異僅為 1 % 和 6 %，＜3 d 齡期的試件統計值，基本不會對高強回彈測強曲線的建立產生干擾影響。因此，通過回彈法檢測高強混凝土的短齡期試塊，可以確定 7 d、14 d 齡期的試件，其內外硬度差異不大，對混凝土澆筑成型表面進行回彈測試，能夠反映混凝土內外硬度的現狀，具備建立回彈數值與抗壓強度值函數關系的條件。綜上所述，由于 3 d 齡期試件內外硬度的差異顯著，建議高強回彈測強曲線的適用范圍為7～365 d 齡期。

2.2 測強曲線擬合

為建立高強回彈測強曲線，本次試驗中采集數據樣本超過 1 000 組，其中齡期為 28 d 的樣本數為對應短期齡高強混凝土試件在標準養護條件下測得的標準立方體抗壓強度值和實測回彈強度，具體數據樣本量如表 3 所示。

表3 數據樣本量

為保證采集樣本數據的可靠性和準確性，需先對每一對數據的標準抗壓強度值和回彈值的相關性系數進行檢驗［7］，計算結果如表 4 所示。根據表 4 的計算結果可知，3、7、14 d 齡期的相關性系數最低為 7 d 的0.738 6，優于 28 d 齡期的 0.790 1，由此說明短齡期試件的樣本回彈值的采集結果有較好的相關性，可以應用于高強回彈測強曲線的建立。

表4 抗壓強度值與回彈值的線性相關系數隨齡期變化

目前，國內外對測強曲線函數的擬合主要采用以下幾種函數的模擬：一次函數擬合、冪函數擬合、二次函數擬合、指數函數擬合。本研究選擇采用二次函數擬合，擬合公式見式（1）：

依據不同齡期和不同強度的高強混凝土試件的樣本數據，在 MATLAB 中應用回歸分析原理，根據最小為二乘法按式（1）的二次函數形式擬合高強回彈測強曲線，擬合曲線結果見式（2）：

2.3 測強曲線誤差分析

根據 DBJT 13－71－2015《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》的要求，制訂高強混凝土地區和專用測強曲線的強度誤差值可參考以下規定，即平均相對誤差δ不應＞±14.0 %；相對標準差er不應＞17.0 %。平均相對誤差δ和相對標準差er見式（3）：

首先對各齡期段高強混凝土試件數據對測強曲線的影響情況作計算，計算結果如表 5 所示。

表5 各齡期段數據對測強曲線的影響情況

表 5 結果表明，短齡期（3～14 d）的情況下，對應的抗壓強度值與回彈值對測強曲線的適用性情況均優于測強曲線整體指標；齡期越小對應的抗壓強度值與回彈值，對測強曲線的適用性越不理想；14 d 齡期對應的抗壓強度值與回彈值，對測強曲線的適用性情況，要優于 28 d 齡期；7 d 齡期對應的數據的適用性情況則與 28 d 齡期相差不大；7、14、28 d 齡期對應的抗壓強度值與回彈值，對測強曲線的適用性情況，均優于測強曲線整體指標。

表6 全國測強曲線與試驗測強曲線誤差分析

依據比對驗證結果，可得出結論：對標準立方體抗壓強度為 50.0 ～70.0 MPa 的混凝土試塊，全國測強曲線與試驗測強曲線，平均相對誤差均≤±14.0 %，相對標準差均＜15 %，符合現行 JGJ/T 294－2013《高強混凝土強度檢測技術規程》附錄 D 的規定，且試驗測強曲線精度優于全國測強曲線。因此，對抗壓強度為50.0～70.0 MPa 的混凝土，建議優先選擇試驗測強曲線進行回彈法檢測。

3 結語

基于采集得到的廣東地區高強混凝土試件的實測抗壓強度和不同短齡期試件的回彈強度與實測抗壓強度，以及對樣本數據的測強曲線的擬合和誤差分析，得出以下研究結論。

對于采集的廣東地區高強混凝土的短齡期試件數據分析可知，7 d、14 d 齡期的試件，其內外硬度差異不大，混凝土澆筑成型表面的回彈實測值具有代表性，建議高強回彈測強曲線的適用范圍為 7～365 d 齡期。

短齡期試件的樣本回彈值的采集結果具有較好的相關性，可以應用于高強回彈測強曲線的建立。

短齡期試件的測強曲線的評價指標高于整體的評價指標，試驗測強曲線對短齡期試件的回彈值有較好的適用性。

基于本試驗得到的測強曲線精度優于全國測強曲線的精度，可為地方性測強曲線建立提供參考。Q