中低強度等級高性能化混凝土地方測強曲線研究

李　彪

(湖南省永吉高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 長沙　410004)

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中低強度等級高性能化混凝土地方測強曲線研究

李彪

(湖南省永吉高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 長沙410004)

中低強度等級高性能化混凝土由于大量摻合料的摻入，導致其表面硬度降低，由于配制技術(shù)的改進，國家統(tǒng)一測強曲線已不再適用?；谑覂?nèi)實驗與現(xiàn)場驗證相結(jié)合的方法，驗證了國家統(tǒng)一測強曲線已不再適用中低強度等級高性能化混凝土，建立了湖南地區(qū)中低強度等級高性能化混凝土回彈測強曲線，工程實例證明其吻合良好。有利于業(yè)主、質(zhì)量監(jiān)督部門加強對中低強度等級高性能化混凝土質(zhì)量的監(jiān)控，為我國相關(guān)規(guī)范的修改完善具有重要的參考價值。

中低強度等級； 高性能化混凝土； 測強曲線； 回彈法； 適用性

0　引言

高性能化混凝土是高性能混凝土向中低強混凝土的延伸，強度等級在C20～C40之間，根據(jù)結(jié)構(gòu)混凝土工程所處環(huán)境并以混凝土耐久性為主要設(shè)計指標，同時兼顧到混凝土的工作性、強度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性等指標配制而成。目前在公路、橋梁、房建、水(港)工等混凝土工程中大量推廣使用?？紤]高性能化混凝土的強度等級較低，在其配制過程中一般摻入了20%～45%的礦物摻合料，有時高達70%。由于大量礦物摻合料的加入，混凝土的密實度大大提高，混凝土28 d齡期的強度有較大幅度增長，但其表面硬度反而大大降低。而質(zhì)檢部門在現(xiàn)場評定混凝土構(gòu)件的質(zhì)量時，一般情況下還是以《回彈法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T23 — 2011)獲取混凝土的強度值來作為評定指標，而大量的研究成果表明：摻摻合料的高性能化混凝土及高性能混凝土由于表面硬度的降低，采用回彈法來評定混凝土的強度時，評定值較實測值低5～10 MPa左右，因此我國現(xiàn)行的《回彈法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》已經(jīng)不能評定摻摻合料的高性能化混凝土及高性能混凝土，基于此，許多省份和地區(qū)(如北京、深圳、開封、武漢、浙江、青島等)均已開展了適合本地區(qū)的高性能化混凝土及高性能混凝土測強曲線研究，而湖南省目前在此方面尚屬空白，基于永吉高速公路橋隧比例達60%以上，C20至C55混凝土總方量達235.5萬m3，其中C30、C40混凝土的總方量就達120萬m3。因此開展湖南地區(qū)高性能化混凝土地方測強曲線研究，完善湖南地區(qū)高性能化混凝土結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量驗收、評定及高性能化混凝土的質(zhì)量控制體系具有重要意義。同時也為我國相應規(guī)范的修訂積累原始技術(shù)數(shù)據(jù)具有重要的參考價值。

1　原材料及試驗方法

1.1原材料

水泥： 湖南長沙坪塘水泥廠生產(chǎn)的PO·42.5普通硅酸鹽水泥，水泥物理力學性能及化學組成具體指標見表1、表2。

表1 水泥的物理力學性能Table1 Physicalandmechanicalpropertiesofcement細度/%比表面積/(m2·kg-1)標準稠度/%安定性凝結(jié)時間/min抗折強度/MPa抗壓強度/MPa初凝終凝3d28d3d28d0.534025.4合格1352155.99.422.750.5

表2 水泥的化學組成Table2 Chemicalcompositionofcement化學成分含量化學成分含量SiO221.38MgO2.15Al2O35.63SO31.75Fe2O33.65Na2O1.02CaO63.72燒失量0.97

礦物摻和料： 選用湘潭電力粉煤灰粉開發(fā)有限責任公司生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰、湖南產(chǎn)磨細礦粉，具體性能指標見表3。

表3 礦物摻合料的物理性能Table3 Physicalpropertiesofmineraladmixture摻合料種類細度/%燒失量/%需水量比/%表觀密度/(g·cm-3)含水量/%活性指數(shù)/%7d28d粉煤灰18.13.81032.2700.17496礦渣2.70.85962.9400.38398

細集料： 選用湖南湘江普通河沙，根據(jù)《建筑用沙》(GB/T 14684 — 2001)測定，該批河沙顆粒級配合格，細度模數(shù)為2.69，表觀密度、堆積密度分別為2551、1547 kg/m3，含泥量為1.34%，粒徑0.15～4.75 mm。

粗集料： 選用湖南地區(qū)常見碎石，符合5～30 mm連續(xù)級配要求，含泥量為1.2%，表觀密度、堆積密度分別為2498、1480 kg/m3。

1.2試驗方法

試驗中使用的回彈儀、壓力試驗機等與試驗有關(guān)的設(shè)備、儀器工作時處于標準狀態(tài)。當試塊達到28 d養(yǎng)護齡期時，取出并按《回彈法評定混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》(JGJ23 — 2011)的相關(guān)規(guī)定進行回彈值的測試。測試前首先將試塊放置于壓力試驗機的上、下承壓板之間，并在測試過程中始終保持試塊承受100 kN的預壓力，使用回彈儀測試時，回彈儀始終處于水平狀態(tài)。每個試塊共測試16個回彈值。測試過程如圖1所示。

圖1　回彈值測試

測試回彈值后，根據(jù)現(xiàn)行國家標準《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T 50081)進行抗壓強度測試[5]，試驗過程如圖2所示。

圖2　抗壓強度測試

抗壓強度測試后取出破壞后的混凝土試塊，將其表面剝落層清除，并噴灑酒精酚酞試劑，未變紅色的部分即為碳化部分，使用碳化深度儀測試其碳化深度，試驗過程如圖3所示。

1.3試驗數(shù)據(jù)處理

為了建立湖南省地區(qū)高性能話混凝土地方測強曲線，每一個配合比設(shè)計6個試塊并測試其回彈值、抗壓強度值以及碳化值。其中，回彈值的處理是將測得的16個回彈值中的3個最小值和3個最大值分別剔除后，取剩下的10個回彈值作為有效回彈值，并取其平均值作為該混凝土試塊的回彈代表值。

圖3　碳化值測試

2　實驗結(jié)果分析與討論

2.1高性能化混凝土配合比設(shè)計

在高性能化混凝土的應用領(lǐng)域中，以樁基礎(chǔ)、立柱混凝土結(jié)構(gòu)較多，其設(shè)計強度等級大多為C20、C25，因此，本試驗共設(shè)計了C20、C25高性能化混凝土6組不同配合比，其中未摻礦物摻合料編號為1#；單摻粉煤灰組，摻量分別為10%、20%，編號為2#、3#；單摻礦粉組，摻量分別為10%、20%，編號為4#、5#；復摻粉煤灰與礦渣(比例4∶1)組，摻量為20%，編號為6#，具體配合比如表4所示。

表4 混凝土配合比Table4 Proportioningofcementconcrete試樣編號水膠比水泥/(kg·m-3)水/(kg·m-3)石子/(kg·m-3)1#0.5534018711052#0.5030617011053#0.5027217011054#0.5530618711055#0.5527218711056#0.502721701105砂子/(kg·m-3)粉煤灰/(kg·m-3)礦粉/(kg·m-3)砂率/%7760(0%)0(0%)4177634(10%)0(0%)4177668(20%)0(0%)417760(0%)34(10%)417760(0%)68(20%)4177654.4(16%)13.6(4%)41

各組混凝土試塊標準養(yǎng)護28 d后的抗壓強度值、回彈值及碳化深度值見如表5所示。表5的試驗結(jié)果表明，摻10%、20%礦物摻合料的高性能化混凝土均能達到設(shè)計的強度等級要求，且其和易性優(yōu)良，坍落度均能達到120～140 mm。

表5 測強曲線原始數(shù)據(jù)Table5 Theoriginaldataofstrengthtestcurve試件編號回彈值Ri抗壓強度fcu,i/MPa碳化深度/mm1#—0130.236.4401#—0230.038.2701#—0330.636.8401#—0429.935.0401#—0529.136.0101#—0628.933.1602#—0128.427.6202#—0229.124.9902#—0328.228.4602#—0427.926.3502#—0528.427.5802#—0629.029.200.23#—0129.528.8903#—0230.130.1203#—0329.629.0003#—0429.829.0803#—0529.629.0003#—0630.430.4204#—0130.030.1004#—0229.529.5704#—0330.932.1504#—0430.330.8904#—0530.230.6704#—0629.931.2405#—0130.731.6705#—0231.232.1505#—0332.334.5805#—0430.231.0305#—0530.931.9105#—0629.731.8006#—0130.930.6706#—0230.529.8306#—0331.131.0706#—0429.228.4906#—0529.629.5006#—0631.531.280

2.2C20、C30高性能化混凝土回彈值適用性比較

基于表5的回彈值，按照國家統(tǒng)一冪函數(shù)(fcu=0.0345R1.9400)及國家統(tǒng)一指數(shù)函數(shù)(fcu=5.1392e0.053 5 R)對C20、C30高性能化混凝土的測強值進行了計算，計算結(jié)果見表6。

根據(jù)《回彈法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T23 — 2011)給出的公式計算強度平均相對誤差δ和強度相對標準差er。

強度平均相對誤差δ的計算公式為：

表6 國家統(tǒng)一曲線測強值Table6 Unificationcurvestrengthtestvalueofcountry試件編號強度換算值fccu,i/MPa統(tǒng)一冪函測強值fccu,i/MPa統(tǒng)一指數(shù)函數(shù)測強值fccu,i/MPa1#—0123.625.6525.861#—0223.325.3225.581#—0324.326.3126.421#—0423.225.1525.451#—0522.023.8724.381#—0621.723.5524.122#—0120.922.7623.482#—0222.023.8724.382#—0320.622.4523.232#—0420.121.9922.862#—0520.922.7623.482#—0621.823.7124.253#—0122.524.5124.913#—0223.525.4825.723#—0322.724.6725.043#—0423.024.9925.313#—0522.724.6725.043#—0623.925.9826.144#—0123.325.3225.584#—0222.524.5124.914#—0324.726.8126.844#—0423.725.8126.004#—0523.625.6525.864#—0623.125.1525.455#—0124.526.4826.565#—0225.227.3227.285#—0327.029.2228.935#—0423.625.6525.865#—0524.726.8126.845#—0622.824.8325.176#—0124.726.8126.846#—0224.126.1426.286#—0325.027.1527.136#—0422.124.0224.516#—0522.724.6725.046#—0625.727.8327.72

強度相對標準差er的計算公式為：

采用強度平均相對誤差δ和強度相對標準差er計算公式，基于表6的結(jié)果進行了計算，計算結(jié)果見表7。

由表7計算結(jié)果可知: 使用國家統(tǒng)一測強曲線時，強度平均相對誤差δ均大于15.0%，強度相對標準差er均大于18%，遠超過國家的規(guī)范要求值，且使用國家統(tǒng)一混凝土強度換算表時，強度平均相對誤差δ及強度相對標準差er均超過規(guī)定值的2倍。由此可見，采用國家統(tǒng)一測強曲線對高性能化混凝土的強度進行預測，其準確度較低，非常有必要建立湖南地區(qū)高性能化混凝土回彈法標準測強曲線。

表7 強度相對誤差及標準差Table7 Relativeerrorandstandarddeviationofstrength國家統(tǒng)一測強公式強度平均相對誤差δ/%強度相對標準差er/%混凝土強度換算表33.635.9國家統(tǒng)一冪函數(shù)測強曲線22.925.5國家統(tǒng)一指數(shù)函數(shù)測強曲線21.424.0

2.3湖南地區(qū)C20、C30高性能化混凝土擬合測強曲線的建立

對表5的試驗數(shù)據(jù)采用回彈法測強線性函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)進行了擬合，各擬合公式及精度參數(shù)如表8所示。擬合結(jié)果表明：新建立的擬合曲線較回彈法國家統(tǒng)一測強曲線平均相對誤差、相對標準差都較小，且公式的相關(guān)系數(shù)均相對較高。

表8 各擬合公式精度Table8 Accuracyoffittingformulas擬合公式平均相對誤差/%相對標準差/%相關(guān)系數(shù)fccu,i=1.0204R-2.74107.6910.310.8848fccu,i=1.2528R0.96197.6210.410.8842fccu,i=15.4635e0.0255R7.8310.540.8594

2.4試驗驗證

為了驗證湖南地區(qū)高性能化混凝土回彈法擬合測強函數(shù)的準確性，結(jié)合在建的湖南永吉高速公路混凝土結(jié)構(gòu)工程，選取了澆筑齡期為28 d的樁基、承臺、及墩柱等構(gòu)件進行了回彈法檢測，并采用回彈法測強線性函數(shù)進行了強度推定，推定值與實測值見表9。表9的結(jié)果表明：兩者的吻合度非常高。

表9 選取構(gòu)件的回彈值及強度值Table9 Thereboundvalueandstrengthvalueofselectedcomponents工程構(gòu)件及編號強度推定值實測28d強度工程構(gòu)件及編號強度推定值實測28d強度樁基—136.237.2承臺—241.939.1樁基—235.636.6墩柱—144.345.2承臺—140.642.7墩柱—246.245.9 注:按回彈法測強線性函數(shù)進行推定。

3　結(jié)語

① 適用性比較驗證表明：混凝土國家統(tǒng)一測強曲線已不適用于中低強度等級的高性能化混凝土的強度檢驗，開展不同地區(qū)中低強度等級的高性能化混凝土的標準測強曲線研究，對有效評估混凝土結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量意義重大。

② 建立了湖南地區(qū)中低強度等級高性能化混凝土地方回彈測強曲線，有利于業(yè)主、質(zhì)量監(jiān)督部門加強對中低強度等級高性能化混凝土質(zhì)量監(jiān)控。

③ 結(jié)合在建的湖南永吉高速公路，現(xiàn)場驗證了已建回彈測強曲線的吻合度較高，對后續(xù)質(zhì)量監(jiān)控具有重要的參考價值。

[1]國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心.混凝土無損檢測技術(shù)[M].北京:中國建材出版社,2009.

[2]劉漢勇, 趙尚傳, 王建生. 甌江大橋混凝土回彈法專用測強曲線研究[J]. 土木工程學報, 2015, 48(1): 41-48.

[3]張豫川,王亞軍,王茂杰,等.泵送混凝土回彈測強曲線試驗研究[J]. 混凝土, 2013(7): 144-148.

[4]JGJ/T23-2011,中國工程建設(shè)標準化協(xié)會.回彈法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程[S].

[5]GB/T 50082-2009, 普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準[S].

[6]景兆欣. C20～C30高性能化混凝土質(zhì)量控制技術(shù)研究[D]. 長沙:中南林業(yè)科技大學, 2015.

Research on the Local Strength Test Curve of Medium and Low Strength Grade High-performance Concrete

LI Biao

(Yongji Hunan Expressway Construction and Development Company Limited, Changsha, Hunan 410004, China)

Due to the incorporation of large numbers of admixture, the surface hardness of the medium and low strength grade high-performance concrete to high-performance is decreased, and the national unified strength curve is no longer applicable with the improvement of the preparation technology. Based on the laboratory experiment and field test, verified the national unified test curve is no longer applicable, established medium and low strength grade high-performance concrete rebound strength curve of Hunan area, and the engineering examples prove its are in good agreement. It is conducive to the owners and quality supervision departments to strengthen the monitoring of concrete, also has an important reference value for the improvement of relevant norms of our country.

medium and low strength grade; high-performance concrete; strength test curve; rebound method; applicability

2016 — 07 — 05

湖南省交通運輸廳科技進步與創(chuàng)新項目(201212)

李彪(1971 — )，男，湖南長沙人，工程師，研究方向：公路與橋梁。

U 414.1+8

A

1674 — 0610(2016)04 — 0202 — 05