基于立方體試件與實(shí)體芯樣試件的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線研究

韓春雷，王大勇

（廊坊市陽(yáng)光建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，河北　廊坊　065000）

基于立方體試件與實(shí)體芯樣試件的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線研究

韓春雷，王大勇

（廊坊市陽(yáng)光建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，河北廊坊065000）

本文通過(guò)對(duì)粉煤灰混凝土澆筑成型的模擬實(shí)體模型與相應(yīng)的立方體試件進(jìn)行回彈法測(cè)試，分別建立了以立方體試件抗壓強(qiáng)度、芯樣試件抗壓強(qiáng)度為因變量的回彈測(cè)強(qiáng)曲線，并對(duì)兩種測(cè)強(qiáng)曲線進(jìn)行了對(duì)比分析，研究結(jié)果可供混凝土強(qiáng)度檢測(cè)參考。

混凝土強(qiáng)度；立方體試件；芯樣試件；回彈法；測(cè)強(qiáng)曲線

0　引言

在既有結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中，回彈法以其簡(jiǎn)單、快捷、操作方便等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。

現(xiàn)有文獻(xiàn)建立的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線以立方體試件或?qū)嶓w混凝土芯樣為研究對(duì)象，但對(duì)于二者間的區(qū)別與聯(lián)系未見(jiàn)研究。本文采用泵送粉煤灰混凝土澆筑成型大型結(jié)構(gòu)實(shí)體模擬試件與標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，通過(guò)研究齡期14～360d粉煤灰混凝土試件的回彈值、碳化深度值及相應(yīng)試件混凝土抗壓強(qiáng)度等物理參數(shù)，采用最小二乘法回歸擬合，給出粉煤灰混凝土回彈法測(cè)強(qiáng)曲線，并對(duì)兩種測(cè)強(qiáng)曲線的換算結(jié)果進(jìn)行比較與分析。

1　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1混凝土原材料及配合比

試驗(yàn)采用本地區(qū)常用原材料：42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，Ⅱ 級(jí)粉煤灰，細(xì)骨料為保定河砂，中砂，粗骨料為卵石破碎的粒徑 5～25mm 碎石，ZG-C 型泵送減水劑，拌合用水為當(dāng)?shù)刈詠?lái)水?；炷僚浜媳仍O(shè)計(jì) C20、C30、C40、C50 共四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。

1.2結(jié)構(gòu)實(shí)體模型與標(biāo)準(zhǔn)立方體試件

委托生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的大型商品混凝土公司提供試驗(yàn)混凝土并泵送澆筑成型四個(gè)大型結(jié)構(gòu)實(shí)體模型與150mm×150mm×150mm 標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，見(jiàn)圖 1?；炷两Y(jié)構(gòu)實(shí)體模型澆筑成型并拆除模板后，按現(xiàn)行GB 50204—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》養(yǎng)護(hù)14d 晝夜，后自然養(yǎng)護(hù)，裸置備用；標(biāo)準(zhǔn)立方體試件移至室外陰涼處品字型碼放備用。

圖1　大型結(jié)構(gòu)實(shí)體模型

1.3測(cè)試方法

在齡期 14d、28d、60d、90d、180d、360d 時(shí)，從每強(qiáng)度等級(jí)試件中隨機(jī)抽取不少于 2 組立方體試件及在大型結(jié)構(gòu)實(shí)體模型的混凝土墻體側(cè)面與現(xiàn)澆樓板底面進(jìn)行回彈測(cè)試及碳化深度測(cè)量，并對(duì)應(yīng)回彈測(cè)區(qū)鉆取直徑 100mm 的標(biāo)準(zhǔn)芯樣。對(duì)得到的同齡期混凝土試件在試驗(yàn)壓力機(jī)下進(jìn)行力學(xué)破型試驗(yàn)。試驗(yàn)用儀器設(shè)備均檢定有效。

2　試驗(yàn)結(jié)果

2.1回彈法檢測(cè)混凝土澆筑側(cè)面測(cè)強(qiáng)曲線

2.1.1以立方體試件為研究對(duì)象的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線

試驗(yàn)取得 70 組有效數(shù)據(jù)，回歸用數(shù)學(xué)模型采用回彈規(guī)程推薦的復(fù)合冪指數(shù)模型，采用最小二乘法由 Excel 軟件回歸擬合，得到的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線見(jiàn)式 1 與圖 2。

式（1）相關(guān)系數(shù)為 0.83，平均相對(duì)誤差為 ±10.2%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為 13.2%，符合 JGJ/T 23—2011《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》所要求的平均相對(duì)誤差不大于±12.0%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差 不大于 14.0% 的專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線的技術(shù)指標(biāo)規(guī)定。

圖2　立方體試件強(qiáng)度與其側(cè)面回彈值的關(guān)系

由圖 2 可以看出，立方體試件抗壓強(qiáng)度與其側(cè)面回彈值具有良好的相關(guān)性；由式 1 可知，復(fù)合冪指數(shù)測(cè)強(qiáng)曲線中的碳化系數(shù)較小，對(duì)強(qiáng)度的影響程度較弱，故給出立方體試件抗壓強(qiáng)度及其相應(yīng)澆筑側(cè)面回彈值的冪函數(shù)擬合曲線見(jiàn)式 2。

式（2）相關(guān)系數(shù)為 0.83，平均相對(duì)誤差 為 ±10.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差 為 13.4%，滿足專(zhuān)用回彈測(cè)強(qiáng)曲線的要求。由兩式統(tǒng)計(jì)指標(biāo)比較可知，相關(guān)系數(shù)、平均相對(duì)誤差及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差等基本相差不多。

2.1.2以結(jié)構(gòu)墻體為研究對(duì)象的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線

試驗(yàn)取得 336 組有效數(shù)據(jù)，回歸用數(shù)學(xué)模型采用回彈規(guī)程推薦的復(fù)合冪指數(shù)模型，采用最小二乘法由 Excel 軟件回歸擬合，得到的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線見(jiàn)式 3。

式（3）相關(guān)系數(shù) 為 0.85，平均相對(duì)誤差 為±8.2%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為 10.5%，符合 JGJ/T 23—2011《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定。

由式（1）可知，復(fù)合冪指數(shù)測(cè)強(qiáng)曲線中的碳化系數(shù)較小，對(duì)強(qiáng)度的影響程度較弱，故給出立方體試件抗壓強(qiáng)度及其相應(yīng)澆筑側(cè)面回彈值的冪函數(shù)擬合曲線見(jiàn)式 4 與圖 3。

圖3　墻體芯樣抗壓強(qiáng)度及相應(yīng)回彈值的關(guān)系

式（4）相關(guān)系數(shù)為 0.85，平均相對(duì)誤差為 ±8.2%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為 10.5%，滿足專(zhuān)用回彈測(cè)強(qiáng)曲線的要求。由兩式統(tǒng)計(jì)指標(biāo)比較可知，相關(guān)系數(shù)、平均相對(duì)差及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差等相同。

2.1.3齡期對(duì)回彈值的影響

同齡期、同強(qiáng)度等級(jí)的墻體側(cè)面與立方體試件側(cè)面回彈值的比較見(jiàn)圖 4。由圖 4 可知，二者回彈值相差不多，墻體側(cè)面回彈值略高于立方體。

圖4　試驗(yàn)墻體側(cè)面與立方體試件側(cè)面的回彈值比較

2.1.4擬合測(cè)強(qiáng)曲線換算結(jié)果的比較

以式（2）、（4）為例，對(duì)回彈法檢測(cè)粉煤灰混凝土澆筑側(cè)面測(cè)強(qiáng)曲線計(jì)算得到的混凝土換算強(qiáng)度的比較見(jiàn)圖 5。由圖 5 可知，相同回彈值，式（4）換算強(qiáng)度明顯高于式（2）測(cè)強(qiáng)曲線計(jì)算結(jié)果，原因?yàn)榛貜棞y(cè)強(qiáng)曲線回歸擬合時(shí)，采用回彈值及碳化深度作為自變量，因變量分別采用立方體試件強(qiáng)度與墻體芯樣抗壓強(qiáng)度，由于芯樣強(qiáng)度高于立方體試件強(qiáng)度而致使曲線的換算結(jié)果表現(xiàn)出較大差別，從圖 5 上表現(xiàn)為以芯樣為因變量的回彈測(cè)強(qiáng)曲線顯著高于以立方體試件強(qiáng)度為應(yīng)變量的回彈測(cè)強(qiáng)曲線。

圖5　回彈法檢測(cè)混凝土澆筑側(cè)面測(cè)強(qiáng)曲線比較

2.2回彈法檢測(cè)混凝土澆筑底面測(cè)強(qiáng)曲線

2.2.1以立方體試件為研究對(duì)象的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線

試驗(yàn)取得 60 組有效數(shù)據(jù)，采用最小二乘法由 Excel 軟件回歸擬合，得到的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線見(jiàn)式 5 與圖 6。

式（5）相關(guān)系數(shù)為 0.77，平均相對(duì)誤差為 ±10.6%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為 13.3%，均滿足地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線的要求。

圖6　立方體試件強(qiáng)度及其相應(yīng)底面回彈值的關(guān)系

由圖 6 可以看出，立方體試件抗壓強(qiáng)度與其底面回彈值具有良好的相關(guān)性；由式 5 可知，復(fù)合冪指數(shù)測(cè)強(qiáng)曲線中的碳化深度變量對(duì)混凝土換算強(qiáng)度的影響程度較弱，故給出立方體試件抗壓強(qiáng)度及其相應(yīng)澆筑底面回彈值的冪函數(shù)擬合曲線見(jiàn)式（6）。

式（6）相關(guān)系數(shù)為 0.76，平均相對(duì)誤差 為 ±10.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為 13.8%，滿足專(zhuān)用回彈測(cè)強(qiáng)曲線的要求。由兩式統(tǒng)計(jì)指標(biāo)比較可知，相關(guān)系數(shù)、誤差等指標(biāo)相同。

2.2.2以結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆樓板為研究對(duì)象的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線

試驗(yàn)取得 182 組有效數(shù)據(jù)，回歸用數(shù)學(xué)模型采用回彈規(guī)程推薦的復(fù)合冪指數(shù)模型，采用最小二乘法由 Excel 軟件回歸擬合，得到的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線見(jiàn)式（7）與圖 8。

式（7）相關(guān)系數(shù)為 0.80，平均相對(duì)誤差為 ±10.1%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為 12.6%，均滿足地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線的要求。

圖7　現(xiàn)澆樓板芯樣強(qiáng)度及其相應(yīng)底面回彈值的關(guān)系

由圖 7 可以看出，立方體試件抗壓強(qiáng)度與其底面回彈值具有良好的相關(guān)性；由式（7）可知，考慮混凝土碳化影響的復(fù)合冪指數(shù)測(cè)強(qiáng)曲線對(duì)混凝土換算強(qiáng)度的影響程度不大，故給出立方體試件抗壓強(qiáng)度及其相應(yīng)澆筑底面回彈值的冪函數(shù)擬合曲線見(jiàn)式（8）。

式（8）相關(guān)系數(shù)為 0.80，平均相對(duì)誤差為 ±10.3%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為 12.6%，滿足專(zhuān)用回彈測(cè)強(qiáng)曲線的要求。由兩式統(tǒng)計(jì)指標(biāo)比較可知，相關(guān)系數(shù)與誤差等基本相同。

2.2.3現(xiàn)澆樓板底面與立方體試件底面回彈值的比較

同齡期、同強(qiáng)度等級(jí)的現(xiàn)澆樓板底面與立方體試件底面回彈值的比較見(jiàn)圖 8。由圖 8 可知，在齡期 180d～240d 范圍內(nèi)，除 C50 等級(jí)混凝土外，常用 C20～C40 強(qiáng)度等級(jí)的現(xiàn)澆樓板底面與立方體試件底面回彈值數(shù)據(jù)基本相同，其他齡期回彈值存在較大差別。

圖8　現(xiàn)澆樓板底面與立方體試件底面回彈值的比較

2.2.4擬合回彈測(cè)強(qiáng)曲線間的比較

圖 9 為以式（6）、（8）為例，對(duì)其推定的混凝土換算強(qiáng)度進(jìn)行比較。由圖 9 可知，相同回彈值，式（6）換算強(qiáng)度略高于式（8）測(cè)強(qiáng)曲線換算強(qiáng)度，但二者差值較小，實(shí)際結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中，視具體情況選取適用測(cè)強(qiáng)曲線。

圖9　回彈法檢測(cè)混凝土澆筑底面測(cè)強(qiáng)曲線間的比較

3　結(jié)論

由于回彈測(cè)強(qiáng)曲線回歸時(shí)采用的的因變量不同，導(dǎo)致兩種曲線換算結(jié)果存在顯著差異，表現(xiàn)為采用回彈法水平向檢測(cè)混凝土澆筑側(cè)面時(shí)，以芯樣為因變量的回彈測(cè)強(qiáng)曲線換算結(jié)果顯著高于以立方體試件強(qiáng)度為應(yīng)變量的回彈測(cè)強(qiáng)曲線換算結(jié)果；采用回彈法向上檢測(cè)混凝土澆筑底面時(shí)，兩類(lèi)曲線的換算結(jié)果相差不大。因此實(shí)際工作中可根據(jù)具體情況，選擇合適的、合理的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線。

［通訊地址］河北省廊坊市富康道 113 號(hào)廊坊市陽(yáng)光建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司 （065000）

Based on the Standard Cube Specimens and structural entity cores to study on the detection strength curve of the rebound method

Han Chunlei, Wang Dayong
(Langfang Yangguang Construction Engineering Quality Supervision Co., Ltd., Langfang065000)

For the rebound method is tested by simulating the entity to the pouring of concrete with fly ash model and the corresponding cube specimens, to establish a separate cube compressive strength, the compressive strength of core sample for the dependent variable rebound curve, and two kinds of strength test curve are compared and analyzed. The research results can be used for detecting the strength of concrete reference.

concrete strength; cube specimens; core samples; rebound method; measuring curve

韓春雷（1970－），男，高級(jí)工程師，中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)建設(shè)工程無(wú)損檢測(cè)技術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員，常務(wù)副經(jīng)理，現(xiàn)從事無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究與企業(yè)管理工作。