混凝土空心板梁回彈強度與試塊強度的試驗研究

宗 健

(興化市金橋工程有限公司,江蘇 興化 225700)

在橋梁、港口、船閘等交通工程中，混凝土強度現(xiàn)場檢測以回彈法為主。多年實踐經(jīng)驗表明，標養(yǎng)試塊抗壓強度、同養(yǎng)試塊抗壓強度都達到設計要求，而回彈強度卻偏小，這是由于回彈強度換算無地區(qū)和專用測強曲線，一般都依據(jù)統(tǒng)一測強曲線進行換算，換算后的回彈強度偏低，因此回彈法檢測混凝土構(gòu)件強度存在一定的誤差，對先張法空心板梁來講，其誤差相對較大。本文從空心板梁C40、C50兩種設計強度分析研究標養(yǎng)試塊強度、同養(yǎng)試塊強度、回彈強度隨齡期增長發(fā)展規(guī)律，提出它們的歷時變化曲線表達式，為正確指導檢測混凝土構(gòu)件強度提供參考。

1 試驗組織及方案

1.1 原材料

水泥：江蘇磊達股份有限公司生產(chǎn)的P·Ⅱ52.5級水泥

江砂：安徽蕪湖Ⅱ區(qū)中砂

碎石：江蘇六合5-25碎石

外加劑：南京遼源混凝土外加劑廠生產(chǎn)的BC-400型高效減水劑

水：車路河河水，Ⅰ類水質(zhì)

1.2 空心板梁混凝土配合比

空心板梁混凝土配合比見表1。

表1空心板梁混凝土配合比
Table1Hollowplategirderconcretemix

設計強度 配合比 水/Kg 水泥/kg 江砂/kg 碎石/kg 外加劑/kg 砂率/% 水灰比 坍落度/mmC40 148 419 621 1206 5.02 34 0.35 140^160 C50 148 474 570 1211 5.68 32 0.31 140^160

1.3 試驗方案

(1)在預制構(gòu)件廠對16 mC40空心板梁、20 mC50空心板梁組織強度檢測，研究對象為2011年10月、2012年10月生產(chǎn)的空心板梁，混凝土為預制廠自有揚州中建建設機械有限公司JS1000型拌和樓攪拌，試塊成型采用人工搗實，空心板梁成型采用插入式振搗棒；回彈儀采用山東省樂陵市回彈儀廠生產(chǎn)的ZC3-A中型回彈儀，回彈強度采用JGJ/T 23-2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》統(tǒng)一測強曲線，按附錄A換算[1]；試塊為立方體標準試塊，壓力機采用無錫新路達儀器設備有限公司生產(chǎn)的TYA-2000型壓力機。

(2)空心板梁試驗齡期分別為7 d、14 d、28 d、45 d、60 d、90 d。每一齡期16 mC40空心板梁12片、標養(yǎng)試塊36組、同養(yǎng)試塊36組，試塊小計72組，每組3塊，計216塊；每一齡期20 mC50空心板梁20片、標養(yǎng)試塊60組、同養(yǎng)試塊60組，試塊小計120組，每組3塊，計360塊。

(3)試驗環(huán)境：標養(yǎng)試塊24 h拆模后放在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護，標養(yǎng)環(huán)境為溫度20 ℃，濕度95%；同養(yǎng)試塊24 h拆模后放在空心板梁上與其一起養(yǎng)護，同養(yǎng)試塊及空心板梁拆模后6 d內(nèi)灑水養(yǎng)護，同養(yǎng)為室外自然溫度，自然溫度見表2。

表2室外自然溫度
Table2Outdoortemperature

時間 2011年2012年10月 11月12月10月11月12月 室外平均溫度/℃ 18 11 4 17 10 4

(4)試驗方法：空心板梁回彈按JGJ/T 23-2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》，檢測部位為側(cè)面梁高1/3～2/3處；混凝土試塊抗壓按JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》進行；混凝土試塊回彈在壓力機加載至80～100 kN時，在兩個相對側(cè)面水平方向各測8點回彈值，每個試塊可得16個回彈值[2]，然后按JGJ/T 23-2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》進行數(shù)據(jù)取舍、換算，每組試塊得到3個回彈換算值，再按JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》T0553-2005取其代表值[3]。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 試驗結(jié)果

對各齡期的試驗數(shù)據(jù)整理，16 mC40空心板梁試驗結(jié)果見表3，20 mC50空心板梁試驗結(jié)果見表4。

2.2 試驗結(jié)果分析

由表3、表4數(shù)據(jù)可見，試塊回彈后抗壓強度與試塊直接抗壓強度結(jié)果相近，試塊回彈后再抗壓對抗壓強度影響不大；以標準差、變異系數(shù)作為判斷參考量，同養(yǎng)試塊回彈強度90 d收斂，其余試驗項目60 d收斂。

(1)根據(jù)表3、表4對各試驗項目運用對數(shù)進行回歸擬合，得到各試驗項目強度隨齡期的變化方程[4]，見表5。

表3 16 m C40空心板梁試驗結(jié)果
Table3Thetestresultsof16mC40hollowplategirder

齡期 強度 試驗項目 標養(yǎng)試塊回彈/18組 標養(yǎng)試塊 回彈后抗壓/18組 標養(yǎng)試塊 直接抗壓 /18組 同養(yǎng)試塊 回彈/18組 同養(yǎng)試塊 回彈后抗壓/18組 同養(yǎng)試塊 直接抗壓/18組 板梁回彈 /12片 均值/MPa 12.6 34.3 33.9 15.9 41.2 40.6 20.4 7 d 標準差/MPa 5.52 4.77 4.93 5.48 4.65 4.71 5.02 變異系數(shù) 0.438 1 0.139 1 0.145 4 0.344 7 0.112 9 0.116 0 0.246 1 均值/MPa 24.9 46.0 45.7 26.5 48.9 49.3 32.5 14 d 標準差/MPa 5.34 4.81 4.86 5.36 4.71 4.80 4.93 變異系數(shù) 0.214 5 0.104 6 0.106 3 0.202 3 0.096 3 0.097 4 0.151 7 均值/MPa 32.5 53.8 53.6 34.8 55.0 54.4 38.7 28 d 標準差/MPa 4.97 4.65 4.74 5.25 4.56 4.55 4.87 變異系數(shù) 0.152 9 0.086 4 0.088 4 0.150 9 0.082 9 0.083 6 0.125 8 均值/MPa 38.3 57.0 57.3 37.5 57.1 56.4 42.4 45 d 標準差/MPa 4.85 4.57 4.60 5.19 4.44 4.40 3.88 變異系數(shù) 0.126 6 0.080 2 0.080 3 0.138 4 0.077 8 0.078 0 0.091 5 均值/MPa 41.8 59.4 59.2 40.3 58.5 58.4 45.7 60 d 標準差/MPa 4.86 4.48 4.51 4.97 4.37 4.27 3.16 變異系數(shù) 0.116 3 0.075 4 0.076 2 0.123 3 0.074 7 0.073 1 0.069 1 均值/MPa 42.3 59.8 60.1 43.0 59.2 59.0 45.9 90 d 標準差/MPa 4.73 4.42 4.45 4.83 4.28 4.30 3.07 變異系數(shù) 0.111 8 0.073 9 0.074 0 0.112 3 0.072 3 0.072 9 0.066 9

表4 20 mC50空心板梁試驗結(jié)果
Table4Thetestresultsof20mC50hollowplategirder

齡期強度試驗項目 標養(yǎng)試塊回彈/30組 標養(yǎng)試塊 回彈后抗壓/30組 標養(yǎng)試塊 直接抗壓 /30組 同養(yǎng)試塊 回彈/30組 同養(yǎng)試塊 回彈后抗壓/30組 同養(yǎng)試塊 直接抗壓/30組 板梁回彈 /20片 均值/MPa 15.6 44.4 44.0 20.3 50.7 50.9 25.8 7 d 標準差/MPa 5.37 4.28 4.46 5.29 4.45 4.54 4.93 變異系數(shù) 0.344 2 0.096 4 0.101 4 0.260 6 0.087 8 0.089 2 0.191 1 均值/MPa 27.2 57.3 57.7 35.4 60.8 60.5 41.2 14 d 標準差/MPa 5.42 4.35 4.29 5.23 4.51 4.47 4.84 變異系數(shù) 0.199 3 0.075 9 0.074 4 0.147 7 0.074 2 0.073 9 0.117 5 均值/MPa 38.6 68.4 68.0 44.1 67.9 67.5 49.7 28 d 標準差/MPa 5.28 4.16 4.27 5.38 4.43 4.35 4.70 變異系數(shù) 0.136 8 0.060 8 0.062 8 0.122 0 0.065 2 0.064 4 0.094 6 均值/MPa 46.4 74.6 74.2 48.2 73.3 72.5 54.5 45 d 標準差/MPa 5.07 3.94 4.03 5.22 4.18 4.13 3.99 變異系數(shù) 0.109 3 0.052 8 0.054 3 0.108 3 0.057 0 0.057 0 0.073 2 均值/MPa 50.4 78.5 78.3 50.8 76.0 75.9 57.2 60 d 標準差/MPa 4.95 3.87 3.85 5.03 3.98 4.09 3.28 變異系數(shù) 0.098 2 0.049 3 0.049 2 0.099 0 0.052 4 0.053 9 0.057 3 均值/MPa 50.7 78.7 78.4 52.3 76.3 76.0 57.1 90 d 標準差/MPa 4.83 3.69 3.80 4.92 3.95 4.01 3.25 變異系數(shù) 0.095 3 0.046 9 0.048 5 0.094 1 0.051 8 0.052 8 0.056 9

表5試驗項目強度(Y/MPa)隨齡期(X/d)的變化曲線
Table5Testitemstrength(Y/MPa)withage(X/d)curves

試驗項目強度 強度等級 C40 C50擬合變化方程 相關(guān)系數(shù)R2 擬合變化方程 相關(guān)系數(shù)R2 標養(yǎng)試塊回彈 Y=11.919ln(X)-8.2947 0.967 3 Y=14.659ln(X)-11.4890.974 4 標養(yǎng)試塊回彈后抗壓 Y=10.081ln(X)+17.58 0.939 4 Y=14.074ln(X)+19.3250.966 0 標養(yǎng)試塊直接抗壓 Y=10.329ln(X)+16.656 0.944 1 Y=13.998ln(X)+19.365 0.964 0 同養(yǎng)試塊回彈 Y=10.449ln(X)-2.3849 0.972 2 Y=12.381ln(X)-0.0749 0.942 4 同養(yǎng)試塊回彈后抗壓 Y=7.1308ln(X)+29.169 0.945 4 Y=10.417ln(X)+32.224 0.967 8 同養(yǎng)試塊直接抗壓 Y=7.1331ln(X)+28.862 0.941 4 Y=10.245ln(X)+32.524 0.971 7 板梁回彈 Y=9.996ln(X)+3.7504 0.946 8 Y=12.373ln(X)+5.6848 0.928 8

(2)由表3、表4數(shù)據(jù)可計算出試驗項目在各齡期的強度差值，見表6。

(3)由表6可見,標養(yǎng)試塊強度與同養(yǎng)試塊強度在28 d接近相等，早期7 d、14 d同養(yǎng)試塊強度較高，后期45 d、60 d、90 d標養(yǎng)試塊強度較高；7 d、14 d標養(yǎng)試塊抗壓強度與空心板梁回彈強度差值最小，45 d、60 d、90 d同養(yǎng)試塊抗壓強度與空心板梁回彈強度差值最小。由于同養(yǎng)試塊與空心板梁一起養(yǎng)護，同養(yǎng)試塊強度能代表空心板梁的實際強度，而回彈法檢測空心板梁根據(jù)統(tǒng)一測強曲線方程換算的回彈強度偏低，回彈強度并不能代表空心板梁的實際強度，空心板梁實際強度與回彈強度同齡期差值C40

3 推算空心板梁強度的應用及誤差分析

表5、表6是在泰州市興化金橋預制構(gòu)件廠生產(chǎn)的空心板梁強度統(tǒng)計的基礎上，分析得到的推算表，因此兩表同樣適用于溫濕度與泰州市相差不大的地區(qū)空心板梁強度的推算，如：位于泰州市周邊的南通、鹽城、揚州、淮安、以及與揚州淮安鄰近的安徽天長等。下面通過兩個例子來說明推算的應用及誤差大小。

表6空心板梁試驗項目在各齡期的強度差值(MPa)
Table6Hollowplatebeamtestprojectintheintensitydifferenceofeachinstar(MPa)

齡期 比較項目 標養(yǎng)試塊抗壓 -標養(yǎng)試塊回彈 同養(yǎng)試塊抗壓 -同養(yǎng)試塊回彈 標養(yǎng)試塊抗壓 -同養(yǎng)試塊抗壓 標養(yǎng)試塊抗壓 -板梁回彈 同養(yǎng)試塊抗壓-板梁回彈 C40 C50 C40 C50 C40 C50 C40 C50 C40 C50 7 d 21.3 28.4 24.7 30.6 -6.7 -6.9 13.5 18.2 20.2 25.1 14 d 20.8 30.5 22.8 25.1 -3.6 -2.8 13.2 16.5 16.8 19.3 28 d 21.1 29.4 19.6 23.4 -0.8 0.5 14.9 18.3 15.7 17.8 45 d 19.0 27.8 18.9 24.3 0.9 1.7 14.9 19.7 14.0 18.0 60 d 17.4 27.9 18.1 25.1 0.8 2.4 13.5 21.1 12.7 18.7 90 d 17.8 27.7 16.0 23.7 1.1 2.4 14.2 21.3 13.1 18.9

3.1 空心板梁強度的推算值與實際值的比較

例1 2013年10月10日生產(chǎn)的興化市戴南鎮(zhèn)連心橋2-2#16 mC40空心板梁，齡期60 d時實際測得標養(yǎng)試塊強度56.4 MPa、同養(yǎng)試塊強度55.2 MPa、板梁回彈強度41.5 MPa。用表5、表6推算強度及比較誤差大小。

由表5推算：標養(yǎng)試塊強度Y=10.329ln(X)+16.656=10.329ln(60)+16.656=58.9 MPa

同養(yǎng)試塊強度Y=7.133 1ln(X)+28.862=7.133 1ln(60)+28.862=58.1 MPa

板梁回彈強度Y=9.996ln(X)+3.7504=

9.996ln(60)+3.750 4=44.7 MPa

由表6換算：實際測得標養(yǎng)試塊強度 56.4 MPa

同養(yǎng)試塊強度 56.4-0.8=55.6 MPa

板梁回彈強度 56.4-13.5=42.9 MPa

將以上推算值進行整理，并與實際值比較，結(jié)果見表7。

表7 2-2#16 mC40空心板梁60 d強度推算值與實際值的比較
Table7 60d2-2#16mC40hollowplatebeamintensitycalculatedvalueandactualvalue

比較項目實際值/MPa 推算值/ MPa 表5絕對誤差/MPa 相對誤差/% 換算值/MPa 表6絕對誤差/MPa 相對誤差/%同養(yǎng)試塊強度 55.2 58.1 2.9 5.3 55.6 0.4 0.7 標養(yǎng)試塊強度 56.4 58.9 2.5 4.4 ─ ─ ─ 板梁回彈強度 41.5 44.7 3.2 7.7 42.9 1.4 3.4

例2 2013年9月20日生產(chǎn)的興化市333省道鹽靖高速跨線橋18-16#20 mC50空心板梁，齡期7 d時實際測得標養(yǎng)試塊強度49.6 MPa、同養(yǎng)試塊強度56.3 MPa，板梁回彈強度31.9 MPa。用表5、表6推算強度及比較誤差大小。

由表5推算：標養(yǎng)試塊強度Y=13.998ln(X)+19.365=13.998ln(7)+19.365=46.6 MPa

同養(yǎng)試塊強度Y=10.245ln(X)+32.524=10.245ln(7)+32.524=52.5 MPa

板梁回彈強度Y=12.373ln(X)+5.6848=12.373ln(7)+5.6848=29.8 MPa

由表6換算：實際測得標養(yǎng)試塊強度 49.6 MPa

同養(yǎng)試塊強度 49.6+6.9=56.5 MPa

板梁回彈強度 49.6-18.2=31.4 MPa

將以上推算值進行整理，并與實際值比較，結(jié)果見表8。

3.2 誤差分析

表7中誤差最大的是用表5推算的板梁回彈強度，絕對誤差3.2 MPa、相對誤差7.7%；最小的誤差是用表6換算的同養(yǎng)試塊強度，絕對誤差0.4 MPa、相對誤差0.7%。表8中誤差最大的是用表5推算的同養(yǎng)試塊強度，絕對誤差3.8 MPa、相對誤差6.7%；最小的誤差是用表6換算的同養(yǎng)試塊強度，絕對誤差0.2 MPa、相對誤差0.4%。

表8 18-16#20 mC50空心板梁7 d強度推算值與實際值的比較
Table8 7d18-16#20mC50hollowplatebeamintensitycalculatedvalueandactualvalue

比較項目實際值/MPa 推算值/ MPa 表5絕對誤差/MPa 相對誤差/% 換算值/MPa 表6絕對誤差/MPa 相對誤差/% 同養(yǎng)試塊強度 56.3 52.5 -3.8 -6.7 56.5 0.2 0.4標養(yǎng)試塊強度 49.6 46.6 -3.0 -6.0 ─ ─ ─板梁回彈強度 31.9 29.8 -2.1 -6.6 31.4 -0.5 -1.6

表5是強度與齡期的對數(shù)擬合公式，表6是強度統(tǒng)計平均值的差值表，它們都是總體樣本水平的反映，兩者推算都存在一定的誤差。通過表7、表8可知，表5的推算強度相對誤差較大，表6的換算強度相對誤差較小，以上兩例的最大相對誤差7.7%，這說明表5、表6能夠滿足預測空心板梁強度的要求。

4 結(jié)論

本文通過C40、C50先張法空心板梁回彈強度、混凝土試塊抗壓及回彈強度統(tǒng)計數(shù)據(jù)的試驗研究，獲得各試驗項目強度隨齡期的變化曲線方程，得出它們的變化規(guī)律及相互之間的換算表，為空心板梁構(gòu)件檢測提供重要參考，主要結(jié)論如下：

(1)同養(yǎng)試塊強度與標養(yǎng)試塊強度在28 d時可以相互代替，同養(yǎng)試塊回彈強度90 d收斂，其余試驗項目強度60 d收斂。

(2)空心板梁實際構(gòu)件強度大于按統(tǒng)一測強曲線方程換算的回彈強度，它們之間存在較大偏差。此偏差隨齡期的增長先減小后增大。因此，根據(jù)統(tǒng)一測強曲線方程換算的回彈強度并不能代表空心板梁的實際強度，回彈法檢測只能作為空心板梁混凝土強度檢測的輔助方法。同樣試塊回彈強度也不能代表試塊抗壓強度。

(3)回彈強度、抗壓強度隨齡期的增大服從自然對數(shù)函數(shù)關(guān)系，各試驗項目強度可以按齡期通過表5公式推算，也可根據(jù)某齡期強度通過表6進行換算。

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