高性能混凝土工程特性試驗檢測技術(shù)

魯 宏

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，山西 晉中 030600)

1 高性能混凝土概述

進入21世紀以后，土木工程行業(yè)發(fā)展迎來巨大轉(zhuǎn)折，得益于工程材料科學技術(shù)的快速發(fā)展，工程建設行業(yè)正逐步向大跨徑、超高強度、超高耐久性等方向發(fā)展；作為當前土木工程中的重要主材，混凝土材料也經(jīng)歷了將近200年的發(fā)展歷程，以高性能混凝土為代表的工程材料的廣泛應用為現(xiàn)代大跨、高強度結(jié)構(gòu)提供了堅實的基礎(chǔ)。與普通混凝土相比，高性能混凝土材料體現(xiàn)在技術(shù)和性能方面，通過優(yōu)化拌合加工工藝，在保證高性能混凝土具備普通混凝土各項性能的基礎(chǔ)上，在強度、穩(wěn)定性、施工和易性及耐久性等方面具備更高的標準。

高性能混凝土就是針對更高要求的結(jié)構(gòu)強度和施工工藝而開發(fā)的，其目的是能夠兼顧好鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)服役壽命和工程總成本兩方面要求；從材料基礎(chǔ)特性角度分析，高性能混凝土具備以下幾個重要特點，詳見表1所示。

表1 高性能混凝土主要特性統(tǒng)計

2 高性能混凝土力學特性試驗檢測

2.1 標準試件抗壓強度試驗

標準試件抗壓強度試驗應嚴格參照《GB/T 50081-2002普通混凝土力學性能試驗方法標準》中的相關(guān)要求進行試驗試件澆筑、試驗試件養(yǎng)生及試驗試件抗壓試驗等環(huán)節(jié)，具體的試驗流程本文不再贅述。同批次澆筑尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的立方體試驗試件，一個試驗齡期內(nèi)的試驗試件數(shù)量為5個，以剔除試驗誤差導致的離散性影響；為了控制試驗變量，全部試驗試件必須采取同一批次拌合的高性能混凝土，全部試件一次性澆筑完成，24 h后拆模置入標準養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護至對應齡期，本文選取7 d和28d兩個齡期作為試驗窗口，抗壓試驗選用混凝土液壓伺服壓力機完成，加載速率應介于8.5～9.5 KN/s范圍內(nèi)，抗壓強度試驗值fcu詳見表2所示。

表2 抗壓強度試驗值fcu

分析上表數(shù)據(jù)可知，本次試驗的高性能混凝土材料的強度等級可認定為C70，且混凝土抗壓強度等級與混凝土試件養(yǎng)護齡期呈正相關(guān)關(guān)系，和普通混凝土材料不同的是，高性能混凝土的7 d強度等級與28 d強度等級比值超過80%，充分表明高性能混凝土材料的早期強度發(fā)展明顯，后期強度發(fā)展相對緩慢。

2.2 回彈法試驗

在工程實踐中，為了提高現(xiàn)場檢測效率，縮短檢測時間，經(jīng)常使用回彈法代替標準抗壓試驗，回彈法可借助回彈儀完成，屬于間接試驗法。回彈試驗應避開結(jié)構(gòu)澆筑面，在結(jié)構(gòu)非澆筑面劃定網(wǎng)格，網(wǎng)格尺寸為50 mm×50 mm，應保證測試區(qū)域內(nèi)的混凝土表面平整、密實，沒有蜂窩、麻面及開裂病害，用于回彈試驗的試塊應同抗壓試驗同批次打制，回彈試驗試塊尺寸參數(shù)為300 mm×300 mm。人工操控回彈儀時，應注意持握姿勢，單手持握回彈儀中間外殼，主要起位置調(diào)整和固定作用，另一手平推回彈儀底部，施加壓力，并輔助配合另一手完成位置調(diào)整和固定動作，整個測試過程中，應保證回彈儀與測試區(qū)域相互垂直，平推壓力應勻速增長，遵循“緩慢推進，精準讀數(shù)”的基本原則。

根據(jù)測點布置情況，累計采集16個回彈值，為了剔除試驗誤差引起的數(shù)據(jù)離散問題，特剔除其中的6個極值，并對剩余數(shù)據(jù)取算數(shù)平均值，得到最終的回彈試驗數(shù)據(jù)。如表3為同批次的試驗試件回彈試驗值。

表3 試驗試件回彈試驗值R

分析如表3試驗數(shù)據(jù)可知，采用回彈儀采集到的高性能混凝土的強度值均低于使用抗壓試驗方法獲取的抗壓強度值；究其原因，主要是體現(xiàn)在無損檢測和破壞性試驗的本質(zhì)區(qū)別，抗壓試驗屬于破壞性直接試驗，能夠真實反應高性能混凝土材料的抗壓特性，回彈法傾向于高性能混凝土結(jié)構(gòu)的表面強度，由于試驗試件表面存在一定的細微開裂，會影響表面回彈試驗數(shù)據(jù)，此外，回彈試驗本質(zhì)上屬于抽樣試驗，現(xiàn)場測試選取的測區(qū)面積及測試點數(shù)量也會影響試驗結(jié)果。綜上，在工程實踐中，應根據(jù)試驗目的和現(xiàn)場實際情況，科學權(quán)衡后選定相應的試驗檢測技術(shù)。

3 高性能混凝土耐久性試驗檢測

除了力學特性外，高性能混凝土的耐久性也會影響材料的使用情況，在表征耐久性的各種因素中，抗?jié)B性無疑是最基礎(chǔ)和最主要的因素之一，直接反映了高性能混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性指標。工程上通過添加高性能減水劑的方式控制混凝土的孔隙率，進而提高其抗?jié)B能力。本次項目現(xiàn)場選用逐級加荷法測定高性能混凝土的抗?jié)B性指標，設定兩種不同水灰比混凝土試樣進行對比試驗。試驗數(shù)據(jù)詳見表4所示。

表4 抗?jié)B性試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

分析如表4試驗數(shù)據(jù)可知，本次試驗的兩組試件均未出現(xiàn)滲水病害，充分說明了高性能減水劑在提高高性能混凝土抗?jié)B性方面的重要作用，通過添加減水劑，混凝土的水灰比得到明顯控制，材料內(nèi)部的密實度更高，混凝土材料兼具了高強度和優(yōu)良耐久性兩方面優(yōu)勢。

4 結(jié) 論

綜上分析，工程上常用的高性能混凝土材料具備較低水灰比、原材料質(zhì)量可靠、礦物摻合料豐富且充足及外加劑種類齊全等特點，這也是高性能混凝土區(qū)別于普通混凝土的關(guān)鍵所在；高性能混凝土具備極高的抗壓強度，且其早期強度發(fā)展較快，非常適用于各種大體積混凝土澆筑項目；通過添加高性能減水劑，高性能混凝土在滿足施工和易性的基礎(chǔ)上能夠保證較低的水灰比，很好地兼顧了高強度和優(yōu)良耐久性兩方面優(yōu)勢；在后續(xù)的高性能混凝土材料推廣應用過程中，還需要繼續(xù)完善和優(yōu)化其工程特性試驗檢測技術(shù)。