混凝土強度檢驗相關性試驗研究

葉世凱

（國信工程技術(shù)（福建）有限公司）

0 引言

商品混凝土中最常用的工業(yè)摻合料為粉煤灰，隨著摻合料的廣泛應用，雖然改善了環(huán)境，但混凝土的力學性能也發(fā)生了改變。國內(nèi)學者們?yōu)榱肆私夥勖夯覍炷翉姸仍鲩L規(guī)律的影響程度，進行了較多的試驗研究和理論分析，但大部分都是在室內(nèi)試驗，對于實體結(jié)構(gòu)檢測的研究不多。實體混凝土結(jié)構(gòu)的強度檢測與評定對各類混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量驗收非常重要。目前，一般采取四種方法判斷結(jié)構(gòu)混凝土的強度，分別為標準養(yǎng)護試塊強度、同條件養(yǎng)護試塊強度、實體結(jié)構(gòu)混凝土回彈法檢測、實體結(jié)構(gòu)混凝土芯樣強度，雖然這四者有一定的相關性，但缺少相關研究。為了客觀、科學地對實體結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量進行驗收，對各種強度測定結(jié)果的關系進行研究分析，提出對實體結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測與評定有效合理的方法是十分必要的。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

⑴水泥：采用華潤P.O42.5 水泥，相關參數(shù)見表1。

⑵粉煤灰：采用漳州后石廠粉煤灰，相關參數(shù)見表2。

表2 粉煤灰相關參數(shù)

⑶集料：采用滿足國標要求的集料，相關參數(shù)見表3。

表3 集料相關參數(shù)

⑷外加劑：采用高效聚羧酸減水劑，產(chǎn)地福建。

1.2 試驗方法

⑴混凝土試件抗壓強度。

抗壓強度試驗方法參照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》

⑵結(jié)構(gòu)混凝土回彈強度與芯樣強度的測定。

①回彈法：采用2.207J 數(shù)字回彈儀對混凝土結(jié)構(gòu)側(cè)面進行回彈，試驗方法參考《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》。

②鉆芯法：在回彈試驗完成之后，在結(jié)構(gòu)上鉆芯樣樣，芯樣直徑為100mm、75mm，且芯樣高徑比為1:1。其中，芯樣的鉆取、處理、強度試驗和強度計算方法均參照《鉆芯法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》。

2 試驗方案

2.1 混凝土強度等級設計

混凝土來源采用商品混凝土，選擇福建地區(qū)具有一定的代表性的粉煤灰混凝土配合比。試驗所用混凝土等級為C30、C40、C50，具體配合比見表4。

表4 混凝土配合比

2.2 齡期設計

試驗考慮到混凝土強度在不同齡期下的變化，為了測定其變化規(guī)律，試件設計齡期為7d、14d、28d、60d?；炷翂w和芯樣設計齡期為28d、60d。

2.3 試件制作

⑴共澆筑6 片素混凝土墻（強度等級C30、C40、C50，每種強度等級為兩片墻，每片墻的寬高厚分別為100㎝×100㎝×20㎝），混凝土墻背靠既有結(jié)構(gòu)，避免因結(jié)構(gòu)太小影響回彈值的檢測，未進行試驗時，均用保護膜覆蓋，防止構(gòu)件表面碳化。

⑵各強度等級28d、60d 均取2 組芯樣，其直徑分別為100mm、75mm，共計12 組。

⑶標準養(yǎng)護試件和同條件養(yǎng)護試件各齡期各1 組，共計24 組。

3 試驗結(jié)果

3.1 抗壓強度試驗

分別進行標準養(yǎng)護試塊和同條件試塊抗壓強度試驗，試塊齡期為7d、14d、28d、60d，結(jié)果如表5 所示。

表5 試塊抗壓強度試驗結(jié)果

3.2 結(jié)構(gòu)回彈強度試驗及芯樣強度

對混凝土墻進行回彈強度試驗，回彈齡期為28d 和60d，回彈試驗結(jié)束后測試芯樣強度，芯樣規(guī)格為100mm和75mm，試驗結(jié)果如表6、表7 所示。

表6 回彈試驗結(jié)果

表7 芯樣抗壓強度試驗結(jié)果

4 結(jié)果分析

4.1 標準養(yǎng)護強度與同條件強度的比較

以F1 表示標準養(yǎng)護強度，F(xiàn)2 表示同條件養(yǎng)護強度，將不同養(yǎng)護條件的不同強度等級混凝土強度進行比較，二者的比值如表8 所示。

從表8 中數(shù)據(jù)分析可以看出，7d 齡期時，F(xiàn)2/F1 的平均值為0.78，14d 齡期時，F(xiàn)2/F1 的平均值為0.80；28d 齡期時，F(xiàn)2/F1 的平均值為0.85；60d 齡期時，F(xiàn)2/F1的平均值為0.96，可以得出：在齡期60d 以內(nèi)，同齡期的同條件養(yǎng)護強度均低于標準養(yǎng)護強度，且隨著齡期的發(fā)展，同條件養(yǎng)護強度越來越接近于標準養(yǎng)護強度，F(xiàn)2/F1 基本保持在0.78～0.96 之間。

表8 同齡期下F2/F1的結(jié)果

同條件養(yǎng)護試件強度低于標準條件養(yǎng)護試件強度，分析原因是由于同條件養(yǎng)護試件所處環(huán)境與標準養(yǎng)護室相比，溫度和濕度相對不穩(wěn)定，從而影響了強度的發(fā)展。

4.2 結(jié)構(gòu)回彈強度與結(jié)構(gòu)混凝土芯樣強度的比較

以F3 表示結(jié)構(gòu)回彈強度，F(xiàn)4 表示結(jié)構(gòu)混凝土芯樣強度（直徑100mm），將28d、60d 齡期兩種不同強度進行比較，F(xiàn)3/F4 值的變化如表9 所示。

表9 同齡期下F3/F4 的結(jié)果

從表9 中數(shù)據(jù)分析可以看出，28d 齡期時，F(xiàn)3/F4 的平均值為0.87，60d 齡期時，F(xiàn)3/F4 的平均值為0.86，可以得出：在60d 齡期內(nèi)，結(jié)構(gòu)回彈強度與芯樣強度的比值F3/F4 相對穩(wěn)定，介于0.86～0.87，表明結(jié)構(gòu)回彈強度與芯樣強度有很好的相關性，進一步說明結(jié)構(gòu)回彈強度略小于結(jié)構(gòu)芯樣強度，但也具有良好的工程借鑒意義。

4.3 不同直徑的混凝土芯樣強度結(jié)果對比與分析

根據(jù)表7 中不同直徑芯樣強度數(shù)據(jù)分析，以F5 表示直徑75mm 的芯樣強度，將直徑75mm 的芯樣強度與直徑100mm 的芯樣強度進行比較，F(xiàn)5/F4 值的變化如表10所示。

表10 同齡期下F5/F4 的結(jié)果

從表10 中數(shù)據(jù)分析可以看出，28d 齡期時，F(xiàn)5/F4的平均值為0.98，60d 齡期時，F(xiàn)5/F4 的平均值為1.04，在60d 齡期內(nèi)，結(jié)構(gòu)混凝土的直徑75mm 芯樣和直徑100mm 芯樣強度比值F5/F4≈1.0，二者比值較穩(wěn)定，有較好的相關性。進一步可以說明：在60d 齡期內(nèi)，高徑比為1 的直徑75mm 芯樣與直徑100mm 芯樣強度相當，二者相關性顯著，尺寸效應并不是太明顯。

在進行壓力試驗過程中，由于試件上下表面與試驗機承壓板接觸，他們之間的相對作用會產(chǎn)生橫向摩擦力，從而約束了試件的橫向變形，這種約束作用稱為“環(huán)箍效應”，因此，一般來說，試件的尺度越大，“環(huán)箍效應”越小，測得的強度值就越低，反之，試件的尺度越小，“環(huán)箍效應”越大，測得的強度值就越高；同時，一般試件的內(nèi)部缺陷與試件的大小呈正相關，即尺寸越大，缺陷越多，由此可見，F(xiàn)5/F4 的比值在理論情況下應當大于1.0。

在實際鉆芯檢測過程中，一方面，由于鉆芯及芯樣加工過程均會對試件產(chǎn)生損傷，試件尺寸越小，局部損傷就越嚴重；另一方面，混凝土中的大骨料在試件中的占比越多，試件的強度就越好，而試件小，大骨料占比就小，因此，所測試件的強度就會降低，即F5/F4 的比值小于1.0。

綜上所述，“環(huán)箍效應”與大骨料在試件中的占比兩種情況對試件強度的影響存在相互抵消的可能，從而使得不同尺寸對混凝土芯樣抗壓強度的影響減小，因此，采用直徑75mm 的芯樣試件來檢測混凝土實體結(jié)構(gòu)強度是可行的。

5 結(jié)論

⑴在齡期60d 以內(nèi)，同齡期的同條件養(yǎng)護強度均低于標準養(yǎng)護強度，且隨著齡期的發(fā)展，同條件養(yǎng)護強度越來越接近于標準養(yǎng)護強度，F(xiàn)2/F1 基本保持在0.78～0.96 之間。

⑵在60d 齡期內(nèi)，結(jié)構(gòu)回彈強度與芯樣強度的比值F3/F4 相對穩(wěn)定，介于0.86～0.87，表明結(jié)構(gòu)回彈強度與芯樣強度有很好的相關性，進一步說明結(jié)構(gòu)回彈強度略小于結(jié)構(gòu)芯樣強度，但也具有良好的工程借鑒意義。

⑶在60d 齡期內(nèi)，高徑比為1 的直徑75mm 芯樣與直徑100mm 芯樣強度相當，二者相關性顯著，尺寸效應并不是太明顯，采用直徑75mm 的芯樣試件來檢測混凝土實體結(jié)構(gòu)強度是可行的。