蘭州新區(qū)回彈測強(qiáng)澆筑底面曲線試驗(yàn)研究★

王 勇 李俊杰 夏廣錄 王宗年

(1.甘肅省建筑科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050； 2.甘肅省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

在我國的混凝土抗壓強(qiáng)度檢測領(lǐng)域，回彈法因其操作方法簡便、檢測成本低廉且對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件無損傷被廣泛應(yīng)用。我國地域遼闊，混凝土種類很多，拌合材料分散，生產(chǎn)工藝持續(xù)改進(jìn)，現(xiàn)有的混凝土全國統(tǒng)一測強(qiáng)曲線不能適應(yīng)不同地區(qū)的實(shí)際情況。因此，國家規(guī)程建議，具備條件的地區(qū)應(yīng)當(dāng)建立適用于當(dāng)?shù)氐幕炷翜y強(qiáng)曲線，用來滿足本地區(qū)建設(shè)發(fā)展的需要。于此同時(shí)，現(xiàn)行國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定，對(duì)非泵送混凝土構(gòu)件，回彈儀為非水平方向，且受測面為非澆筑測面，檢測前應(yīng)先進(jìn)行角度修正和澆筑面修正；對(duì)泵送混凝土構(gòu)件，應(yīng)在混凝土的澆筑測面布置測區(qū)。上述現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)并未明確給出受測面為混凝土澆筑底面的方法及相關(guān)規(guī)定。朱躍武[2]在深圳地區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)檢測試驗(yàn)中，采用回彈法對(duì)混凝土澆筑底面(+90°)和澆筑面(-90°)進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究。蘭州新區(qū)地處蘭州秦王川盆地，是第五個(gè)國家級(jí)新區(qū)，是國家規(guī)劃建設(shè)的綜合交通樞紐，也是西部地區(qū)與國內(nèi)外交流的重要渠道。蘭州新區(qū)平均海拔1 910 m，氣候干燥，日照充足，年平均降水量較少，晝夜溫差大，年溫差與日溫差也較大，上述地域、環(huán)境等差異導(dǎo)致國家標(biāo)準(zhǔn)在蘭州新區(qū)的使用誤差較大。本文依據(jù)國家相關(guān)規(guī)程規(guī)定的成型、養(yǎng)護(hù)方法，使用蘭州新區(qū)當(dāng)?shù)氐脑牧弦约巴ㄓ玫氖┕すに?，建立了蘭州新區(qū)受測面為澆筑底面的泵送普通混凝土測強(qiáng)曲線，解決了非水平方向回彈且受測面為澆筑底面的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗壓強(qiáng)度的檢測問題，對(duì)國內(nèi)各地針對(duì)泵送混凝土建立當(dāng)?shù)厥軠y面為澆筑底面的回彈法抗壓強(qiáng)度測強(qiáng)曲線起到了一定的指導(dǎo)作用。

1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取

1.1 原材料選取

根據(jù)蘭州新區(qū)近期、中期和長遠(yuǎn)建設(shè)規(guī)劃，大量項(xiàng)目建設(shè)正在進(jìn)行，參建單位眾多，各類混凝土工程用量大，商品混凝土供應(yīng)廠家較多。本次試驗(yàn)精選蘭州新區(qū)具有一定代表性的3家商品混凝土生產(chǎn)廠家，原材料選取P.O42.5普通硅酸鹽水泥；粗骨料采用粒徑為15 mm～40 mm的當(dāng)?shù)爻Ｓ盟槭?；?xì)骨料選用當(dāng)?shù)睾由埃灾猩盀橹?；混凝土拌合用水和養(yǎng)護(hù)用水采用蘭州新區(qū)自來水；并選用以膨脹劑、泵送劑、減水劑為主的外加劑和以粉煤灰為主的摻合料。此次試驗(yàn)使用的原材料均滿足國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。

1.2 試驗(yàn)儀器

此次試驗(yàn)選用山東樂陵儀器廠生產(chǎn)的ZC3-A型普通混凝土回彈儀，該儀器彈擊錘的標(biāo)稱能量為2.207 J；壓力機(jī)選用NYD-2000D型2 000 kN壓力試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)儀器的有效檢定校準(zhǔn)周期均滿足國家規(guī)定，精度滿足測試要求。

1.3 試件制作與養(yǎng)護(hù)

依據(jù)國家相關(guān)規(guī)范要求，制作150 mm標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊作為試驗(yàn)試件，試件的強(qiáng)度等級(jí)選用C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50和C60，混凝土的齡期分別為14 d,28 d,60 d,90 d,180 d，360 d，540 d，720 d和1 000 d。依據(jù)每一強(qiáng)度等級(jí)每一混凝土齡期分別制作3組試件(3塊為一組)，3家商品混凝土供應(yīng)商共制作648組(總計(jì)1 944塊)試件。根據(jù)各家商品混凝土廠商的實(shí)際情況，遵循每個(gè)工作日成型一種強(qiáng)度等級(jí)的試塊進(jìn)行試件的制作，坍落度為160 mm～200 mm。此次試驗(yàn)對(duì)試件進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，試件成型24 h后拆模并移至室外，按照“品”型擺放，使其側(cè)面接觸空氣，采用麻袋覆蓋并澆水養(yǎng)護(hù)7 d，確保處于潮濕狀態(tài)，試件放置場地不受暴曬或雨淋，如圖1所示。

1.4 試件測試

1.4.1整理試件

對(duì)齡期滿足養(yǎng)護(hù)的試件進(jìn)行測試，應(yīng)先進(jìn)行塵土、污物的清理，對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)且不同混凝土齡期的3組試件(3塊為一組)逐一測試，并依次編號(hào)。

1.4.2測區(qū)布置

按要求，在每一個(gè)試件的澆筑底面上均勻布置16個(gè)測點(diǎn)，各測點(diǎn)的回彈值讀數(shù)應(yīng)精確至1，相鄰的兩測點(diǎn)凈距不小于20 mm，測點(diǎn)距試件的邊緣應(yīng)小于30 mm，見圖2。

1.4.3回彈試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集及抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

試件的齡期滿足養(yǎng)護(hù)要求后，對(duì)其進(jìn)行測試。測試時(shí)，將試件置于壓力機(jī)的上、下承壓板之間，布置測點(diǎn)的試件底面朝向便于測試的方向。試件放置完畢開始加載，其中，強(qiáng)度等級(jí)小于C30的混凝土試件的加載速度為0.3 MPa～0.5 MPa；強(qiáng)度等級(jí)為C30～C60的混凝土試件的加載速度為0.5 MPa～0.8 MPa[4]。當(dāng)荷載處于60 kN～100 kN(低強(qiáng)度試件取低值)之間時(shí)持荷，對(duì)試件的澆筑底面進(jìn)行回彈及數(shù)據(jù)采集，此時(shí)回彈儀測試角度為0°。測試結(jié)束后，在所采集的數(shù)據(jù)中剔除3個(gè)最大值和3個(gè)最小值，取余下的10個(gè)有效數(shù)據(jù)的平均值作為該試件的回彈代表值Rm，如圖3所示。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完畢，按照GB/T 50081—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定速率對(duì)試件進(jìn)行均勻連續(xù)加載直至破壞，記錄破壞時(shí)的荷載值(即試件的抗壓強(qiáng)度值fcu)，精確至0.1 MPa。

1.4.4碳化試驗(yàn)

試件的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)束后，用小錘輕敲試件測試底面至出現(xiàn)破裂面，在破裂面的邊緣處滴入幾滴1%～2%酚酞酒精溶液，使用碳化深度測量尺量測碳化深度，每個(gè)試件分別測試3次，記錄并計(jì)算3次測試值的平均碳化值dm，讀數(shù)精度為0.5 mm。

2 測強(qiáng)曲線的建立

2.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

此次試驗(yàn)將每個(gè)試件測得的抗壓強(qiáng)度值fcu、碳化深度值dm和回彈代表值Rm作為一組回彈測強(qiáng)曲線的擬合數(shù)據(jù)，采用GB 4883—85數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)處理和解釋異常值的判斷和處理中的格拉布斯準(zhǔn)則對(duì)此次試驗(yàn)測試得到的每組回彈數(shù)據(jù)進(jìn)行測強(qiáng)曲線的擬合，按照不同強(qiáng)度等級(jí)和不同試驗(yàn)齡期分布進(jìn)行異常值判斷和處理。

試驗(yàn)對(duì)所得的1 944組數(shù)據(jù)按照異常值判斷和處理，剔除90組異常值數(shù)據(jù)，最終得到有效回彈測強(qiáng)曲線的擬合數(shù)據(jù)為1 854組，有效數(shù)據(jù)比為95.4%。

2.2 澆筑底面曲線擬合

建立回彈測強(qiáng)回歸擬合曲線，主要采用四種函數(shù)形式的回歸方程：

線性函數(shù)型：

(1)

冪函數(shù)型：

(2)

拋物線函數(shù)型：

(3)

對(duì)數(shù)函數(shù)型：

(4)

蘭州新區(qū)泵送普通混凝土水平方向回彈測強(qiáng)澆筑底面(C20～C60)擬合曲線方程為：

(5)

其中，Rm為試件的回彈代表值；dm為測區(qū)的碳化深度代表值。

冪函數(shù)型回歸曲線見圖4。

由結(jié)果可知，此次試驗(yàn)中，蘭州新區(qū)泵送普通混凝土水平方向回彈且受測面為澆筑底面(C20～C60)的測強(qiáng)擬合曲線方程的平均相對(duì)誤差(δ)為±11.233%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差(er)為±14.435%，相關(guān)系數(shù)(r)為0.866，滿足JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程中關(guān)于地區(qū)測強(qiáng)曲線的平均相對(duì)誤差(δ)不大于±14.0%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差(er)不大于17.0%的規(guī)定。

3 非水平方向檢測時(shí)回彈值修正值

表1 角度修正參數(shù)

本文針對(duì)蘭州新區(qū)泵送普通混凝土測強(qiáng)擬合曲線方程(5)是基于回彈儀測試角度為0°時(shí)的測試數(shù)據(jù)所得，但在實(shí)際工程中，進(jìn)行澆筑底面檢測時(shí)，測試儀器與檢測面垂直，并形成一定角度，因此，需對(duì)非水平方向的受測面進(jìn)行角度的修正，引用JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程對(duì)所得回彈代表值進(jìn)行修正，再按照式(5)計(jì)算強(qiáng)度換算值，角度修正部分參數(shù)見表1。

4 結(jié)語

本文基于國家規(guī)程對(duì)檢測角度的修正，建立了受測面為澆筑底面的蘭州新區(qū)泵送普通混凝土回彈測強(qiáng)曲線方程，所得結(jié)果處于JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程規(guī)定的地區(qū)曲線的誤差指標(biāo)之內(nèi)，滿足混凝土強(qiáng)度檢測精度要求。該曲線的建立解決了蘭州新區(qū)泵送普通混凝土強(qiáng)度非水平向檢測的問題，也為國內(nèi)其他地區(qū)建立受測面為澆筑地面的泵送普通混凝土回彈測強(qiáng)曲線提供了指導(dǎo)。