兩種高強(qiáng)混凝土現(xiàn)場檢測方法測定地方曲線研究

王 宇 新

(山西省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳稽查辦公室，山西 太原 030013)

1 概述

高強(qiáng)混凝土是指抗壓強(qiáng)度C50以上的混凝土。目前，高強(qiáng)混凝土在我國已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段，特別是在城市高層建筑和公路橋梁中廣泛使用。高強(qiáng)混凝土具有抗壓強(qiáng)度高、早期強(qiáng)度增長速度快、抗腐蝕能力強(qiáng)、節(jié)約材料等優(yōu)點(diǎn)，在高層、超高層建筑和預(yù)應(yīng)力工程中具有不可替代的優(yōu)勢。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和施工技術(shù)的迅速發(fā)展，高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在許多工程上廣泛應(yīng)用。國外一些發(fā)達(dá)國家在高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用上起步較早，應(yīng)用范圍較廣，除建筑工程領(lǐng)域外，在其他構(gòu)筑物上也有廣泛應(yīng)用。

為了進(jìn)行混凝土施工質(zhì)量控制，目前已經(jīng)開發(fā)出許多無損檢測技術(shù)方法，經(jīng)過幾十年幾代專業(yè)技術(shù)人員的實(shí)踐和努力，混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)得到了不斷完善和發(fā)展，并編制了相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國檢測混凝土強(qiáng)度常用的方法有回彈法、回彈—超聲綜合法、剪壓法、貫入法、鉆芯法等，并且編制了相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。各種檢測方法都有其優(yōu)勢，但也都有相應(yīng)的局限性。但是，當(dāng)前施工現(xiàn)場確認(rèn)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度質(zhì)量的無損檢測技術(shù)只能適用于60.0 MPa以下強(qiáng)度的混凝土，而對于60.0 MPa及其以上強(qiáng)度混凝土的檢測方面則無能為力。經(jīng)對國外技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)混凝土的無損檢測技術(shù)在世界上也是一個尚未解決的問題。

為了研究高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度的現(xiàn)場檢測方法，技術(shù)人員對測試設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新，并做了大量的試驗(yàn)研究，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為制定全國和地方高強(qiáng)混凝土測強(qiáng)曲線奠定了基礎(chǔ)。山西省建筑科學(xué)研究院的技術(shù)人員在這方面也做了大量的工作，本文將采用回彈法和貫入法對高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度現(xiàn)場檢測的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理情況進(jìn)行整理和分析。

回彈法檢測混凝土強(qiáng)度在我國使用時間比較長，到目前已應(yīng)用有四十余年，具有儀器構(gòu)造簡單，方法易于掌握，操作方便，檢測效率高、準(zhǔn)確率高、測試成本低、影響因素少等優(yōu)點(diǎn)，因此長期處于不可替代的地位，目前我國已解決了回彈法使用精度不高和不能普遍推廣的關(guān)鍵問題。

20世紀(jì)70年代美國和日本等發(fā)達(dá)國家的科技人員先后根據(jù)貫入阻力的原理，研制出一種新型混凝土測強(qiáng)儀器—混凝土強(qiáng)度現(xiàn)場檢測貫入儀，并通過總結(jié)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)混凝土表層硬度，以貫入深度作為測試參數(shù)來推定混凝土的抗壓強(qiáng)度。繼針貫入法檢測普通混凝土強(qiáng)度技術(shù)開發(fā)成功以來，對針貫入儀作了進(jìn)一步的改造，加大了儀器貫入能量，增強(qiáng)了儀器的使用精度和誤差修正方法，使其適用于高強(qiáng)混凝土，目前需要通過積累大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，制定相關(guān)測強(qiáng)曲線，使其能夠盡快在現(xiàn)場檢測中使用。

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1 試件制備

采用太原市常用的地方材料，在商品混凝土廠制作150 mm×150 mm×150 mm，強(qiáng)度等級為C40,C50,C60,C70,C80混凝土試塊每個級別各22組，共110組，其中每個級別一組采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，其余自然養(yǎng)護(hù)。

2.2 試驗(yàn)儀器

回彈儀采用GHT450型回彈儀。

貫入儀采用GRY1500型針貫入儀。

2.3 數(shù)據(jù)采集

針對每個強(qiáng)度等級的試件，分別對齡期為1 d,3 d,7 d,14 d,28 d,60 d,90 d,180 d,360 d,540 d的混凝土立方試塊進(jìn)行回彈測試和針貫入測試、抗壓試驗(yàn)，記錄、分析試驗(yàn)結(jié)果。

試塊養(yǎng)護(hù)到齡期后，將試塊澆筑方向兩個相對面作為試驗(yàn)機(jī)受壓的承壓面，根據(jù)試塊強(qiáng)度等級預(yù)壓30 kN～80 kN的壓力，在試塊的一對光滑相對側(cè)面用GHT450型回彈儀均勻測區(qū)16個回彈值，去掉3個最大值和3個最小值，剩下10個取平均值Ri?；貜棞y試完畢后，卸載，將回彈面放置在壓力機(jī)上、下承壓板間，以6 kN/s～10 kN/s的速度連續(xù)均勻加壓，直至試塊破壞，得到試塊的極限破壞荷載值，將其除以試塊的受壓面積，計(jì)算混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度fcu,i。

針貫入采用GRY1500型針貫入儀在成型試件側(cè)面各貫入5次，記錄每一次貫入深度值，去掉1個最大值和1個最小值，將剩下的3個貫入值取平均值di。貫入試驗(yàn)結(jié)束后，立即進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，得到試塊的極限破壞荷載值，將其除以試塊的受壓面積，計(jì)算混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度fcu,i。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 回彈法數(shù)據(jù)分析

依照不同齡期和試件強(qiáng)度，共進(jìn)行了280個試件回彈試驗(yàn)，得到混凝土回彈值和相對應(yīng)的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，共4 760個數(shù)據(jù)。應(yīng)用回歸分析原理，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，采用最小二乘法原理進(jìn)行回歸分析。由于試件為高強(qiáng)度混凝土，水灰比較小，所以暫不考慮碳化深度對回彈值的影響，采用一元回歸方程，試驗(yàn)采用冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、拋物線函數(shù)和對數(shù)函數(shù)4種函數(shù)形式的回歸方程進(jìn)行對比，回歸數(shù)據(jù)分析見表1，回歸數(shù)據(jù)曲線如圖1～圖4所示。

相對標(biāo)準(zhǔn)差er，平均相對誤差δ按下式計(jì)算：

式中：a，b，c——回歸系數(shù)；

R——平均回彈值；

fccu——混凝土試件抗壓強(qiáng)度實(shí)測值,MPa;

er——相對標(biāo)準(zhǔn)差;

δ——平均相對誤差。

表1 回歸方程式數(shù)據(jù)分析表

在上述4個回歸方程式中，冪函數(shù)方程、指數(shù)函數(shù)方程和拋物線方程回歸結(jié)果比較理想，均能滿足相關(guān)規(guī)范的要求，可以作為測強(qiáng)曲線使用，對數(shù)函數(shù)方程回歸相對標(biāo)準(zhǔn)差較大。綜合比較，又以冪函數(shù)方程曲線更優(yōu)。

3.2 貫入法數(shù)據(jù)分析

依照不同齡期和試件強(qiáng)度，共進(jìn)行了280組針貫入試驗(yàn)，得到混凝土針貫入深度值和相對應(yīng)的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，共1 680個數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分布趨勢見圖5。

從針貫入深度值和混凝土試件抗壓強(qiáng)度相互關(guān)系圖中，僅能看到針貫入深度值越小，混凝土試件抗壓強(qiáng)度越高，但是無法按某種方程式進(jìn)行回歸。經(jīng)分析，產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能和以下幾種因素有關(guān)：

1)受混凝土試件內(nèi)部骨料分布情況影響;

2)貫入儀器使用的貫針銳度磨損后不一致，導(dǎo)致試驗(yàn)條件不一致;

3)貫入試驗(yàn)時不同操作人員操作手法不一致，導(dǎo)致貫入角度有差異。

因此本次試驗(yàn)不對貫入數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析。

4 結(jié)語

1)采用GHT450型回彈儀對高強(qiáng)度混凝土試件進(jìn)行回彈測試，其回彈值與試塊抗壓強(qiáng)度之間有很好的相關(guān)性，通過采用不同回歸方程式進(jìn)行回歸分析，冪函數(shù)型的回歸曲線各項(xiàng)指標(biāo)最優(yōu)?？梢赃_(dá)到制定地方測強(qiáng)曲線的相關(guān)要求。

2)針對太原地區(qū)的回彈測強(qiáng)曲線回歸方程式推薦為：

3)針貫入試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析效果不理想，暫不具備制定地方回歸曲線的條件。下一步試驗(yàn)研究時，應(yīng)對試驗(yàn)儀器設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，制定相應(yīng)的操作規(guī)程，并對操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，統(tǒng)一試驗(yàn)條件。