混凝土預制砌塊抗壓強度檢測研究

王 芳

（樂陵市水利局,山東 樂陵 253600）

0 引言

干硬性混凝土預制砌塊是一種新式、應用較廣的建筑材料,其含水率較低,能夠在最大程度上減小用水量,將用水量降低至水泥水化作用需水量,通過重型壓實器械對其進行壓實,保證其高強度和高密度。此類混凝土有著施工方便、密度小、強度高、抗凍耐腐蝕、耐水性強以及適用范圍較廣的優(yōu)點,近些年已廣泛應用在水利工程中[1-3]。盡管干硬性混凝土在工程中應用較多,但在現(xiàn)實工程里會因為外界因素干擾、運輸不當和制作流程不規(guī)范等因素導致混凝土構(gòu)件實際強度和設計值有一定的差值。因此對于干硬性混凝土強度的現(xiàn)場檢測是保證工程質(zhì)量的重要環(huán)節(jié),但其難點在于對干硬性混凝土預制構(gòu)件目前尚未形成有效的質(zhì)量把控環(huán)節(jié)及設計規(guī)程[4-5]。所以現(xiàn)場檢測混凝土預制砌塊的強度是十分重要的,不僅影響著工程的驗收,還對建筑物安全性的確定以及結(jié)構(gòu)事故分析起到重要作用,同時能夠給拆模時間的確定提供依據(jù),能夠保證施工的整體進度,故混凝土強度現(xiàn)場檢測方法一直頗受研究人員的重視。

基于此,此次研究以某水電站庫區(qū)護坡混凝土砌塊為例,通過針貫入法對其強度進行檢測,分析貫入深度與混凝土強度等級間的關系,得出相應的強度擬合式。

1 工程概況

某水電站水庫集水面積為17212 km2,207 m為其正常高水位。發(fā)電為水庫主要功能,同時具有航運、養(yǎng)魚、防洪、筏運、等功能。400 MW為水電站裝機容量,確保達到13.5億kW·h的年平均發(fā)電量。水電站組成主要為引水隧洞、發(fā)電廠房以及重力壩等,140 m×23.3 m×19.2 m為廠房的長、寬、高。大壩最大壩高、壩頂長以及大壩全長分別為114 m、625 m和602 m,1∶0.2和1∶0.3分別為上、下游壩坡,千年一遇洪水和萬年一遇洪水分別為大壩洪水設計標準和校核標準。壩前右岸設置了兩個引水隧洞的進口,洞口直徑為8.4 m,洞長分別為755 m和770 m,末端均設置了差動式調(diào)壓井。水庫采用混凝土預制砌塊進行了護坡施工。

2 檢測設備和檢測原理

貫入法作為一種非破損檢測方法,在檢測時不會對物品造成較大破壞,檢測后對表面的破壞范圍小于10 mm,此方法是通過混凝土抗壓強度和測釘進入混凝土距離之間的關系,加載壓縮彈簧將測釘頂進混凝土中,根據(jù)測強曲線和現(xiàn)場釘子進入混凝土的深度來算出混凝土抗壓強度的,表1為所用檢測設備的具體參數(shù)。

表1 檢測設備參數(shù)

3 研究方案

3.1 混凝土材料

混凝土所用材料分別為粒徑5 mm～10 mm碎石子、中砂、普通硅酸鹽水泥和水。

3.2 制備試件

為了對不同強度等級的混凝土進行測試,共制備了五個強度等級的試件,分別為C35、C30、C25、C20、C15,表2為各等級混凝土的具體配合比。在預制場根據(jù)混凝土配合比制備尺寸為600 mm×600 mm×150 mm的預制塊制備完成3 d后將其分割成邊長150 mm的標準立方體樣品,并設置了5個測試齡期,依次為90 d、60 d、28 d、14 d、7 d。將樣品放在室外露天環(huán)境下進行養(yǎng)護,澆水養(yǎng)護14 d,但要注意避免陽光暴曬。每個測試齡期相同強度等級的試件為1組。把一批同時制備好的試樣進行分組,1組3塊,共75個試樣。

表2 混凝土配合比

3.3 針貫入法試驗測試

測試步驟分為六步,具體如下：

要對試樣的兩個側(cè)面在試驗機壓板上進行受壓,并對其余兩個側(cè)面開展貫入試驗。兩個側(cè)面分別布置2個和3個測點,共5個測點。試樣邊緣和測點的距離要大于3 cm,且兩測點的間距要超過3 cm。

所有測點都要開展貫入試驗,精確測量測點貫入坑的深度,保證測量精度達到0.01 mm。

分別舍棄5個貫入深度（H1～H5）中的一個最小值和最大值,并將另外3個貫入深度取平均值來表示此試樣的貫入深度。

貫入試驗完成后,馬上進行試壓,測出此次試樣的抗壓強度值,其精度為0.1 MPa。

每一組對比數(shù)據(jù)為一個試樣的抗壓強度值和貫入深度代表值。

同一齡期下各強度等級的試樣能夠獲取1組對比數(shù)據(jù)。

4 分析實驗結(jié)果

4.1 結(jié)果分析

表3為混凝土立方體試樣抗壓強度和貫入深度平均值。通過最小二乘法對表3中數(shù)據(jù)開展回歸分析,同時構(gòu)建回歸方程,如下所示：

表3 各等級混凝土擬強度等級

式中：H為測針貫入混凝土表面的深度,0.01 mm為其精度；fccu為換算的混凝土強度值,0.01 MPa為其精度。

對試驗結(jié)果開展一元線性回歸分析,得出各強度等級混凝土試樣相關系數(shù)和回歸公式,見表3、表4。

表4 各等級混凝土擬合方程

由表3可知,各強度等級混凝土強度隨著齡期的增長而增長,且隨著齡期的提高,貫入深度逐漸降低。而隨著混凝土強度等級的提高,貫入深度逐漸降低。C15～C35強度等級內(nèi)的混凝土抗壓強度和貫入深度的相關系數(shù)均值是0.886,這表示預制混凝土抗壓強度和貫入深度相關性良好的相關性,達到了現(xiàn)場控制質(zhì)量標準。

4.2 數(shù)據(jù)有效性分析

此次研究共獲取試驗數(shù)據(jù)150個,有效數(shù)據(jù)共137個,有效數(shù)據(jù)占比91.3%,總體來看有效數(shù)據(jù)占比較高。根據(jù)設計強度分類,針貫入法數(shù)據(jù)有效性隨著設計強的增加而降低,圖1為各組無效數(shù)據(jù)數(shù)量分布圖。

圖1 各組無效數(shù)據(jù)數(shù)量分布圖

從圖2中能夠得出,在干硬性混凝土試塊強度等級增大時,無效數(shù)據(jù)呈現(xiàn)小幅度增長的規(guī)律。參考混凝土強度針貫入法檢測原理,在測針進入被測試混凝土表面時,會突破混凝土的阻力進入試樣內(nèi)部一段距離,可通過此距離來換算出混凝土的抗壓強度,從而判別混凝土的質(zhì)量。當干硬性混凝土強度等級較高時,混凝土表面密實度逐漸增大,測針貫入難度增加；同時從混凝土配合比信息中能夠得出,混凝土強度等級為C20和C15時所用水泥類型為PO.32.5普通硅酸鹽水泥,但混凝土強度等級在C25～C35時所用水泥等級為PO.42.5普通硅酸鹽水泥,其表面密實度和混凝土強度會大大提高。除此之外,由于試驗過程里所用的測試儀器最大貫入能量較低,僅能達到1000 N,在進行強度較高混凝土測試時,數(shù)據(jù)有效性會受到混凝土性能的影響,但從整體來看,使用針貫入法對干硬性混凝土強度進行測試是有效可行的。

5 結(jié)論

本文通過制備干硬性混凝土樣品,對其開展針貫入法試驗,分析貫入深度與混凝土強度等級間的關系,得出相應的強度擬合式。結(jié)果表明：各強度等級混凝土強度隨著齡期的增長而增長,貫入深度逐漸降低。而隨著混凝土強度等級的提高,貫入深度逐漸降低。C15～C35強度等級內(nèi)的混凝土抗壓強度和貫入深度的相關系數(shù)是0.886,相關性良好,達到了現(xiàn)場控制質(zhì)量標準。針貫入法檢測時只會對混凝土預制砌塊造成小范圍的局部破壞,不會對結(jié)構(gòu)安全性造成較大影響,可進行廣泛應用。由于針貫入法會造成小范圍的局部破壞,因此不適合現(xiàn)場檢測,建議輔助其它無損檢測手段。