水工全級配混凝土抗壓強度檢測方法討論

王 良 ，武利強 ，林萬青 ，葉 飛 ，倪立建

（1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2. 浙江省水利防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，浙江 杭州 310020；3. 浙江省水利水電工程質(zhì)量與安全監(jiān)督管理中心，浙江 杭州 310012）

1 問題的提出

水工全級配混凝土指的是三級配或四級配混凝土，多用于混凝土重力壩或拱壩等大體積混凝土結(jié)構(gòu)中。三級配混凝土骨料最大粒徑為80 mm，四級配混凝土骨料最大粒徑為120 mm或150 mm。與常規(guī)二級配混凝土相比，全級配混凝土骨料最大粒徑大幅度增加，混凝土力學(xué)性能試驗所用的試件尺寸也相應(yīng)增加，立方體抗壓強度試塊尺寸達到了450 mm，體積是標(biāo)準(zhǔn)試件（邊長150 mm立方體）的27倍，無論是質(zhì)量，還是尺寸，均給試驗人員帶來較大的困難。目前，全級配混凝土抗壓強度控制多采用濕篩法，即將超過40 mm的粗骨料剔除后，重新攪拌均勻后成型。然而，濕篩法的混凝土抗壓強度與全級配混凝土存在較大的差異，并不能準(zhǔn)確反映混凝土實際強度。雖然已有研究者進行過全級配混凝土力學(xué)性能試驗，但不同工程試驗結(jié)果差異較大，尚無比較統(tǒng)一的結(jié)論和模型[1-5]。

本文主要對目前采用的全級配混凝土抗壓強度檢測方法的優(yōu)缺點進行分析，在此基礎(chǔ)上，分析“如何準(zhǔn)確檢測全級配混凝土抗壓強度”，并提出解決思路和方法。

2 混凝土抗壓強度檢測方法

2.1 回彈法

回彈法是通過混凝土表面硬度和碳化深度來推定混凝土抗壓強度的一種無損檢測方法。通常做法是選定10個測區(qū)，每個測區(qū)16個回彈值；每個測區(qū)根據(jù)測區(qū)曲線、碳化值及測面修正等可以換算出該測區(qū)的抗壓強度值；統(tǒng)計10個測區(qū)的抗壓強度值，根據(jù)強度保證率和數(shù)理統(tǒng)計參數(shù)即可推定出整個構(gòu)件的抗壓強度推定值。由此可見，回彈法最終得到的為抗壓強度推定值，具有數(shù)理統(tǒng)計意義。

回彈法的優(yōu)點是對結(jié)構(gòu)沒有損傷，試驗難度低，可以快速得到強度值。缺點是強度值為推定值，非直接試驗強度，因此，準(zhǔn)確性和可靠度很大程度上取決于測強曲線、碳化深度測量準(zhǔn)確度、回彈位置等因素，是一種間接檢測方法。

2.2 機口取樣法

機口取樣指的是現(xiàn)場澆筑混凝土?xí)r，在卸料口直接抽取混凝土拌合物后成型標(biāo)準(zhǔn)混凝土試件，按照規(guī)范要求養(yǎng)護條件和齡期養(yǎng)護后，進行抗壓強度試驗。

機口取樣法的優(yōu)點是混凝土拌合物和實際工程為相同批次，可真實反映混凝土拌合物性能，比如塌落度、和易性等指標(biāo)。缺點是混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件成型方法和振搗方式與工程實體澆筑、振搗方式不同，因此，機口取樣試件混凝土抗壓強度也難以準(zhǔn)確反映實體混凝土抗壓強度。

2.3 實體取芯法

實體取芯法指的是當(dāng)工程實體混凝土齡期到達設(shè)計齡期后，通過鉆孔的方式獲取混凝土芯樣，再進行抗壓強度試驗，得到混凝土抗壓強度值。

實體取芯法優(yōu)點是可以直接獲取混凝土實體抗壓強度，綜合反應(yīng)了混凝土拌合物性能、振搗密實度、養(yǎng)護措施是否到位等因素，是評定混凝土施工質(zhì)量最有效的手段。缺點是取芯成本較高、時間長、對結(jié)構(gòu)有一定的損傷，尤其是大尺寸芯樣。

3 抗壓強度檢測方法在全級配混凝土中適用性討論

3.1 回彈法

SL 352 — 2006《水工混凝土試驗規(guī)程》中規(guī)定了當(dāng)骨料最大粒徑大于40 mm時，宜采用重型回彈儀進行回彈，并給出強度換算公式：

式中：fccN0為混凝土抗壓強度推定值，MPa；mN為測區(qū)平均回彈值，無量綱。

以上表明采用回彈法檢測全級配混凝土抗壓強度是規(guī)范允許的，但在實際應(yīng)用中存在一些問題，文獻[6]進行了簡要描述。需要特別指出的是式（1）直接引自交通規(guī)范JTG 270 — 98《水運工程混凝土試驗規(guī)程》，存在2個問題：①不同行業(yè)，混凝土骨料粒徑、級配均有差異，對混凝土抗壓強度有影響；②1998年的規(guī)范距今已20余年，混凝土原材料組分和質(zhì)量均發(fā)生了一定改變，原有的推定公式是否適用，需要進一步驗證。因此，回彈法直接采用以上公式推定混凝土抗壓強度可能產(chǎn)生較大的誤差。

3.2 機口取樣法

全級配混凝土中，機口取樣法基本采用濕篩法，導(dǎo)致混凝土抗壓強度產(chǎn)生尺寸效應(yīng)。很多研究者進行全級配大尺寸混凝土試塊抗壓強度和濕篩后標(biāo)準(zhǔn)試件抗壓強度相關(guān)關(guān)系研究。但不同工程不同研究者研究結(jié)果差異較大，這與大尺寸試件試驗難度大、數(shù)據(jù)離散性大等因素有關(guān)，短期內(nèi)仍難以克服這些試驗技術(shù)難題，因此，目前在混凝土抗壓強度尺寸效應(yīng)研究方面尚無統(tǒng)一結(jié)論和普適模型。

3.3 實體取芯法

根據(jù)SL 352 — 2006《水工混凝土試驗規(guī)程》規(guī)范混凝土芯樣直徑一般不小于骨料最大粒徑的3倍，至少不小于2倍。對于四級配混凝土而言，芯樣直徑必須達到450 mm，最低不能低于300 mm。這種大尺寸芯樣鉆取將耗費大量人力財力和時間，而且對混凝土結(jié)構(gòu)損傷非常大。因此，工程中即使采用取芯法，必須嚴(yán)格控制取芯頻率，以免對工程安全造成不可恢復(fù)的影響。

3.4 全級配混凝土抗壓強度檢測的一些建議

在以上3種檢測全級配混凝土抗壓強度的方法中，最合適的為回彈法，必要時可輔助采用取芯法。但目前回彈法對于檢測全級配混凝土抗壓強度方面，準(zhǔn)確性和可靠度還需要進一步提升。最有效的辦法是建立全級配混凝土專用回彈測強曲線，條件成熟時可以建立地區(qū)回彈測強曲線。思路為：

（1）成型全級配大尺寸混凝土試件；

（2）在混凝土試件上進行回彈試驗，獲取回彈值；

（3）進行抗壓強度試驗，獲取全級配混凝土真實抗壓強度值；

（4）初步建立回彈值和抗壓強度相關(guān)性模型；

（5）采用取芯法獲取混凝土實體強度，對模型進行進一步修正。

4 結(jié) 語

全級配混凝土是水工混凝土中一種有行業(yè)特色的混凝土，直接引用其他行業(yè)規(guī)范對其抗壓強度進行評定是不合適的。目前采用的3種檢測全級配混凝土抗壓強度的方法的優(yōu)缺點及適用性，均不能有效解決全級配混凝土抗壓強度評定問題。相比之下回彈法更合適，但需重新建立測強曲線模型，并通過混凝土實體強度進行驗證。