SC自密實(shí)混凝土試塊抗壓強(qiáng)度與試模材料及平面度關(guān)系研究

李偉

(四川中核艾瑞特檢測(cè)有限公司，四川 綿陽 621000)

開展混凝土的強(qiáng)度研究工作能夠?yàn)榛炷敛牧系膶?shí)際應(yīng)用發(fā)揮有效的指導(dǎo)作用，而在實(shí)際發(fā)展應(yīng)用的過程中，切實(shí)將研究層面上的成果應(yīng)用到實(shí)際中是一項(xiàng)專業(yè)性的、循序漸進(jìn)的工作?；炷翉?qiáng)度作為反映一個(gè)工程混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，其在混凝土工程中被重點(diǎn)關(guān)注。研究認(rèn)為混凝土試塊的強(qiáng)度與諸多因素有關(guān)，如試塊的制作方法和程序、試塊的養(yǎng)護(hù)過程、原材料、配合比設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量以及其它人為的因素，混凝土強(qiáng)度異常情況的產(chǎn)生原因需要結(jié)合具體的工程情況進(jìn)行詳細(xì)的分析與研究。

1 工程概況與問題分析

某工程鋼板混凝土結(jié)構(gòu)(Steel Concrete以下簡(jiǎn)稱SC結(jié)構(gòu))內(nèi)填充C55自密實(shí)混凝土，在檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊90d抗壓強(qiáng)度時(shí)發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)度值異常，表現(xiàn)為90d抗壓強(qiáng)度值低于56d抗壓強(qiáng)度值，不符合混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律。為了探明本工程標(biāo)樣試塊強(qiáng)度值異常的原因，從而可以采取針對(duì)性的整治措施解決該問題，本課題從混凝土質(zhì)量問題、試塊本身質(zhì)量問題、檢測(cè)環(huán)節(jié)問題開展相關(guān)的分析、對(duì)比試驗(yàn)和研究。

1.1 混凝土質(zhì)量問題分析

1.1.1 原材料質(zhì)量

原材料質(zhì)量與混凝土質(zhì)量直接相關(guān)，水泥的強(qiáng)度、安定性，骨料的強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性、顆粒形態(tài)、表面狀態(tài)及粉塵、粘土、三氧化硫、云母含量，拌合水的有機(jī)質(zhì)含量、腐植酸或其他酸鹽含量均會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度[1]。SC結(jié)構(gòu)澆筑混凝土原材料來源固定，各材料的性能參數(shù)穩(wěn)定。

1.1.2 配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比是決定其強(qiáng)度的重要因素之一，水灰比直接影響混凝土的強(qiáng)度，用水量砂率、骨料用量也影響混凝土的各項(xiàng)性能，從而造成強(qiáng)度不足。該部位所用混凝土的配合比經(jīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)而成，并保有一定的富裕系數(shù)，預(yù)質(zhì)量檢定試驗(yàn)、上機(jī)試驗(yàn)、模擬試驗(yàn)，各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆灌過程受控。

1.2 試塊質(zhì)量問題分析

1.2.1 成型試塊的勻質(zhì)性

現(xiàn)場(chǎng)制作的混凝土試塊在微觀上呈現(xiàn)各向異性、宏觀上呈現(xiàn)各向同性。試塊的成型過程中的攪拌與搬運(yùn)過程屬于認(rèn)為影響因素，攪拌程度的好壞主要靠實(shí)驗(yàn)人員人為判定，對(duì)試塊宏觀各向同性的影響非常大[2]。SC結(jié)構(gòu)混凝土澆筑過程中試驗(yàn)人員用小推車在罐車卸料口放滿混凝土后，直接用鐵鍬翻拌數(shù)下，用塑料桶從小推車內(nèi)盛出，分兩次將自密實(shí)混凝土拌合物裝入試模，該過程可能存在混凝土拌合物勻質(zhì)性較差。

1.2.2 試件的公差

按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50082—2009[3]要求，試件的平面度公差不得超過試件邊長(zhǎng)的0.0005；夾角公差不超過0.5°；試件的尺寸公差不超過1mm。混凝土試塊的試驗(yàn)強(qiáng)度與試件尺寸有著明顯的關(guān)系，主要表現(xiàn)為尺寸效應(yīng)，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，試件邊長(zhǎng)增大1mm，計(jì)算強(qiáng)度偏高2%[4]。在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)成型用試模進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)成型用試模在周期性核查時(shí)檢查了試模的長(zhǎng)、寬、高尺寸，未對(duì)試模的平面度進(jìn)行檢查。試模表面不平整嚴(yán)重影響著試件的強(qiáng)度。一般來說，試模中心呈凹和凸?fàn)顟B(tài)時(shí)，反映在混凝土試塊上是試塊中心呈凸起和凹陷，它使得試件局部受壓，減少了受壓面，時(shí)間強(qiáng)度降低幅度較大。試塊的夾角超差會(huì)使試件的垂直投影面積(有效施壓面積)減小，從而造成試件強(qiáng)度偏低。

1.2.3 試模的影響

于方、熊建波[5]等研究了模具材質(zhì)對(duì)C100超高強(qiáng)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的影響，建議采用精加工的鋼模成型超高強(qiáng)混凝土。許森齊、程建民[4]在調(diào)查一次預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架混凝土試件強(qiáng)度異常事故，發(fā)現(xiàn)由于試模側(cè)板變形致使試件承壓面呈凸?fàn)?，造成?qiáng)度誤差高達(dá)26%?；炷两饘僭嚹Ｖ饕牟馁|(zhì)為鑄鐵和鑄鋼，金屬試模的表面光滑、平整度好、內(nèi)表面和上口面的 粗糙度低，尤其適合高強(qiáng)及超高強(qiáng)黏度較大的混凝土。試模質(zhì)量對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果具有不可忽略的影響，應(yīng)根據(jù)混凝土種類、試驗(yàn)方案及試驗(yàn)環(huán)境選擇合適的混凝土試模，以減少結(jié)果誤差。此外，還應(yīng)定期地檢查試模變形和其他缺陷[6]。

1.2.4 試件的養(yǎng)護(hù)

排查試塊的養(yǎng)護(hù)過程，檢測(cè)人員資質(zhì)證書均有效，具備開展混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)資質(zhì)；混凝土試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室采用全自動(dòng)控溫控濕設(shè)備均在有效期內(nèi)，混凝立方體抗壓強(qiáng)度檢測(cè)能力驗(yàn)證結(jié)果為滿意；溫濕度記錄規(guī)范正常，溫度控制在20±2℃、濕度≥95%，符合規(guī)范要求，標(biāo)養(yǎng)試塊存儲(chǔ)條件滿足。

1.3 檢測(cè)環(huán)節(jié)問題分析

對(duì)試塊抗壓性能檢測(cè)過程進(jìn)行排查，檢測(cè)人員資質(zhì)證書均有效，具備開展混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)資質(zhì)；混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)設(shè)備均在有效期內(nèi)，混凝立方體抗壓強(qiáng)度檢測(cè)能力驗(yàn)證結(jié)果為滿意；溫濕度記錄規(guī)范正常，溫度、濕度控制符合規(guī)范要求；試塊檢測(cè)前未進(jìn)行平面度檢測(cè)，導(dǎo)致部分試塊在平面度不符合要求的情況下進(jìn)行了抗壓性能檢測(cè)。

經(jīng)過上述分析認(rèn)為，SC結(jié)構(gòu)自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)、預(yù)質(zhì)量鑒定、混凝土生產(chǎn)、澆筑施工等過程質(zhì)量保證體系基本運(yùn)行有效；自密實(shí)混凝土所用原材料供應(yīng)穩(wěn)定，性能波動(dòng)較小；混凝土拌合物不均勻、平面度尺寸超差是試塊抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)異常的直接原因。根據(jù)以上判定，課題開展了混凝土試塊抗壓強(qiáng)度與試模材料及平面度關(guān)系研究。

2 研究?jī)?nèi)容與方法

2.1 試塊成型工藝對(duì)比驗(yàn)證

試驗(yàn)成型試塊采用兩種不同方法，用同一機(jī)組生產(chǎn)的混凝土分別成型10組試塊，分別進(jìn)行7d、28d、56d、93d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果如表1。

表1 不同成型方式對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

成型方式A：用小推車在罐車卸料口放滿混凝土后，直接用鐵鍬翻拌數(shù)下，用塑料桶從小推車內(nèi)盛出，分兩次將自密實(shí)混凝土拌合物裝入試模，每層的裝料厚度相等，中間間隔10s，上表面抹平并稱重；成型方式B：用小推車在罐車卸料口放滿混凝土后，全部倒在鐵板上翻拌均勻后，用鐵鍬鏟至塑料桶內(nèi)，分兩次將自密實(shí)混凝土拌合物裝入試模，每層的裝料厚度相等，中間間隔10s，上表面抹平并稱重。

通過對(duì)不同成型方式的密度與抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)：成型方式A與B成型試件的密度偏差較大，用方法A成型的試塊密度比用方法B成型的試塊密度?。环椒ˋ成型的試塊較方法B成型的試塊抗壓強(qiáng)度小，7d抗壓強(qiáng)度小3.7MPa，28d抗壓強(qiáng)度小3.6MPa，56d抗壓強(qiáng)度小4.5MPa，93d抗壓強(qiáng)度小5.9MPa。

根據(jù)以上分析認(rèn)為在小推車?yán)锇韬虾蟮幕炷涟韬衔锱c在底板上拌合后的混凝土拌合物相比，勻質(zhì)性較差，其容重和抗壓強(qiáng)度均偏低。

2.2 試塊成型用試模對(duì)比驗(yàn)證

為驗(yàn)證不同材質(zhì)試模對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，由相同的試驗(yàn)人員用同一機(jī)組生產(chǎn)的同批混凝土分別采用剛性塑料試模和金屬試模分別成型了15組試塊，成型方式為：用小推車在罐車卸料口放滿混凝土后，全部倒在鐵板上翻拌均勻后，用鐵鍬鏟至塑料桶內(nèi)，分兩次將自密實(shí)混凝土拌合物裝入試模，每層的裝料厚度宜相等，中間間隔10s，上表面抹平并稱重。對(duì)不同材質(zhì)試模成型的試塊分別測(cè)量其容重、平面度并進(jìn)行7d、28d、56d、91d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果如表2。

通過對(duì)采用不同試模成型試塊的抗壓強(qiáng)度與平面度公差進(jìn)行分析可知，采用塑料試模制作的試塊平面度存在尺寸超差(>0.075mm)的情況，金屬試模成型試塊平面度均符合標(biāo)準(zhǔn)，且平面度大小均<0.02mm。金屬試模7d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)平均值較塑料試模高3.6MPa，28d抗壓強(qiáng)度平均值高3.5MPa，56d抗壓強(qiáng)度平均值高2.8MPa，91d抗壓強(qiáng)度平均值高1.0MPa。研究認(rèn)為金屬試模成型的試塊平面度與抗壓強(qiáng)度優(yōu)于塑料試模成型的試塊。

2.3 平面度對(duì)試塊抗壓強(qiáng)度的影響

混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度為破壞荷載與試件承壓面積比值，由于試件平整度超差，混凝土試件實(shí)際有效承壓面積比理論值偏小，導(dǎo)致實(shí)際破壞荷載比應(yīng)有破壞荷載偏小，故導(dǎo)致試件應(yīng)有抗壓強(qiáng)度偏小。塑模試塊受力示意圖見圖1。

表2 不同材質(zhì)試模對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

圖1 塑模試塊受力示意圖

用平面度不達(dá)標(biāo)試模成型四組試塊分別進(jìn)行不打磨抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和打磨后抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)(見表3)。對(duì)平面度不達(dá)標(biāo)的92d和102d齡期試塊(平面未打磨)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，代表值分別為56.8MPa和52.5MPa。對(duì)107d齡期C55自密實(shí)混凝土同條件試塊(平面度不達(dá)標(biāo))打磨后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果為63.6MPa。

表3 同條件試塊(107d)檢測(cè)數(shù)據(jù)

對(duì)標(biāo)樣120d的平面度不達(dá)標(biāo)C55試塊(3組9塊)打磨后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)(見表4)，檢測(cè)結(jié)果分別為63.8MPa、78.0MPa、72.0Mpa，均滿足設(shè)計(jì)要求。

表4 120d標(biāo)養(yǎng)試塊檢測(cè)數(shù)據(jù)

3 研究結(jié)論

1)混凝土的抗壓強(qiáng)度與試塊的平面度緊密相關(guān)，平面度不符合要求的試塊強(qiáng)度值偏??；2)混凝土拌合物的勻質(zhì)性與混凝土抗壓強(qiáng)度相關(guān)，混凝土拌合物不均勻會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度偏??；3)采用金屬試模成型的試塊平面度與抗壓強(qiáng)度優(yōu)于塑料試模。