鉆芯法檢測(cè)壩工實(shí)體混凝土抗凍性能研究

閃 黎楊 智（.淮河水利委員會(huì)治淮工程建設(shè)局 蚌埠 233000 2.安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院蚌埠 233000 3.安徽省水利工程病害防治工程技術(shù)研究中心 蚌埠 233000）

鉆芯法檢測(cè)壩工實(shí)體混凝土抗凍性能研究

閃 黎1楊 智2,3
（1.淮河水利委員會(huì)治淮工程建設(shè)局 蚌埠 233000 2.安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院蚌埠 233000 3.安徽省水利工程病害防治工程技術(shù)研究中心 蚌埠 233000）

我國(guó)的壩工建筑物主要分布在山區(qū)及丘陵地帶，晝夜溫差大，一般對(duì)混凝土抗凍性能有較高的要求，尤其是高緯度或者高海拔地區(qū)；混凝土的抗凍性能作為混凝土耐久性設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，被行業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。目前，在混凝土凍融破壞機(jī)理研究、如何提高混凝土抗凍性能等方面取得了重大突破，然而在壩工實(shí)體結(jié)構(gòu)混凝土抗凍性能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)領(lǐng)域少有人問(wèn)津。為此，筆者通過(guò)大量試驗(yàn)研究，擬合了混凝土芯樣抗凍性能參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)棱柱體抗凍性能參數(shù)的相關(guān)關(guān)系曲線，提出或可通過(guò)對(duì)壩工實(shí)體結(jié)構(gòu)鉆芯取樣，獲取芯樣的抗凍性能參數(shù)，依據(jù)函數(shù)預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)棱柱體的抗凍性能參數(shù)，從而參照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)確定壩工混凝土抗凍等級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法。

壩工實(shí)體 鉆芯法 抗凍性能 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

目前，為了提高混凝土的抗凍性能，通常向混凝土中摻入引氣劑或引氣減水劑，引氣劑的摻入能使混凝土在拌和過(guò)程中引入大量微小、封閉的氣泡，引氣的目的是為混凝土提供足夠氣泡數(shù)量，以增加內(nèi)部逃逸邊界，以改善混凝土的和易性和耐久性。通常將摻入引氣劑的混凝土稱為引氣混凝土，或有抗凍融指標(biāo)要求時(shí)也稱作抗凍混凝土。隨著混凝土新工藝輩出，商品混凝土的發(fā)展成熟與廣泛應(yīng)用，因而課題組著重于對(duì)商品混凝土抗凍性能的研究，試驗(yàn)階段主要采用二級(jí)配混凝土。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室分別預(yù)制強(qiáng)度等級(jí)為C25、C30、C35、C40的引氣混凝土，引氣劑型號(hào)為WDSP型高效減水引氣劑，摻入量為2.0%，以覆蓋壩工常用的混凝土等級(jí)。成型尺寸為30cm×40cm×50cm的立方體試塊各3塊，自然養(yǎng)護(hù)90d，用于模擬壩工實(shí)體構(gòu)件，養(yǎng)護(hù)時(shí)間28d后，采用矩陣工程鉆機(jī)分別從每個(gè)試塊上鉆取2個(gè)直徑為100mm、長(zhǎng)度為400mm的圓柱形芯樣，對(duì)芯樣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)；同時(shí)預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件各1組，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)90d。將一半數(shù)量的芯樣與對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)棱柱體試件在到達(dá)試驗(yàn)齡期的前4d，于20± 3℃溫水中浸泡4d。

90d齡期后，將未泡水的一半數(shù)量芯樣用于抗壓試驗(yàn)，確定混凝土強(qiáng)度等級(jí)，泡水構(gòu)件進(jìn)行凍融試驗(yàn)，分別進(jìn)行25次、50次……200次凍融循環(huán)，并記錄相關(guān)抗凍性能參數(shù)。

2 芯樣試件與標(biāo)準(zhǔn)試件抗凍性能分析

2.1 質(zhì)量損失率

2.1.1 C25標(biāo)準(zhǔn)試件質(zhì)量損失率與芯樣試件質(zhì)量損失率相關(guān)關(guān)系

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試件質(zhì)量損失率與芯樣試件質(zhì)量損失率散點(diǎn)分布形式，分別采用線性、二次型曲線擬合其相關(guān)關(guān)系，曲線擬合及方差分析均采用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行，成果見(jiàn)表1、表2。

因變量為標(biāo)準(zhǔn)試件質(zhì)量損失率，自變量為芯樣試件質(zhì)量損失率，散點(diǎn)圖形見(jiàn)圖1。

曲線選型：二次曲線相關(guān)系數(shù)為0.999，估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤為0.023，明顯優(yōu)于線性曲線，函數(shù)關(guān)系式為：

表1 線性函數(shù)

表2 二次函數(shù)

圖1 C25標(biāo)準(zhǔn)試件質(zhì)量損失率與芯樣試件損失率相關(guān)關(guān)系曲線

圖2 C25標(biāo)準(zhǔn)試件相對(duì)動(dòng)彈模與芯樣試件相對(duì)動(dòng)彈模相關(guān)關(guān)系曲線

表3 5種曲線形式擬合比對(duì)

ΔmL=0.196ΔmX2+0.458ΔmX-0.015

式中：ΔmL—標(biāo)準(zhǔn)試件質(zhì)量損失率，%；ΔmX—芯樣試件質(zhì)量損失率，%。

2.1.2 C30標(biāo)準(zhǔn)試件質(zhì)量損失率與芯樣試件質(zhì)量損失率相關(guān)關(guān)系

為避免冗余，僅給出分析結(jié)果，過(guò)程數(shù)據(jù)及散點(diǎn)分布圖不再列出。

曲線選型：二次曲線相關(guān)系數(shù)為0.999，估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤為0.014，明顯優(yōu)于線性曲線，函數(shù)關(guān)系式為：

ΔmL=-0.074ΔmX2+0.964ΔmX-0.007

2.1.3 C35標(biāo)準(zhǔn)試件質(zhì)量損失率與芯樣試件質(zhì)量損失率相關(guān)關(guān)系

曲線選型：二次曲線相關(guān)系數(shù)趨近于1.0，估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤為0.008，明顯優(yōu)于線性曲線，函數(shù)關(guān)系式為：

ΔmL=-0.136ΔmX2+0.913ΔmX-0.002

2.1.4 C40標(biāo)準(zhǔn)試件質(zhì)量損失率與芯樣試件質(zhì)量損失率相關(guān)關(guān)系

曲線選型：線性曲線相關(guān)系數(shù)趨近于1.0，估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)誤為0.004，略優(yōu)于二次曲線，函數(shù)關(guān)系式為：

ΔmL=0.784ΔmX

2.1.5 不同強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)試件與芯樣試件質(zhì)量損失率比對(duì)分析

隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高，標(biāo)準(zhǔn)試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系曲線逐漸由二次型轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性，強(qiáng)度等級(jí)越高，標(biāo)準(zhǔn)試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系越趨近于線性。

2.2 相對(duì)動(dòng)彈模

2.2.1 C25標(biāo)準(zhǔn)試件相對(duì)動(dòng)彈模與芯樣試件相對(duì)動(dòng)彈模相關(guān)關(guān)系

根據(jù)散點(diǎn)分布形式，分別選取線性、對(duì)數(shù)、二次型、冪、指數(shù)函數(shù)5種線型擬合標(biāo)準(zhǔn)試件相對(duì)動(dòng)彈模與芯樣試件相對(duì)動(dòng)彈模間的相關(guān)關(guān)系（見(jiàn)表3），5種曲線Sig.值均小于0.05，說(shuō)明相關(guān)關(guān)系均顯著，比對(duì)5種線型的R方值和卡方值F，擇優(yōu)選取兩者數(shù)值較大的曲線形式，線性曲線和冪函數(shù)曲線擬合度明顯優(yōu)于其他3種線型，線性函數(shù)卡方值更大，因而擇優(yōu)選取線性函數(shù)，表達(dá)式如下：

ΔEL=0.908ΔEX+0.097

式中：ΔEL—標(biāo)準(zhǔn)試件相對(duì)動(dòng)彈模；ΔEX—芯樣試件相對(duì)動(dòng)彈模。

曲線R方值為0.997。散點(diǎn)圖形見(jiàn)圖2。

2.2.2 C30標(biāo)準(zhǔn)試件相對(duì)動(dòng)彈模與芯樣試件相對(duì)動(dòng)彈模相關(guān)關(guān)系

同上，不再列出曲線系數(shù)表及散點(diǎn)分布圖。5種曲線Sig.值均小于0.05，說(shuō)明相關(guān)關(guān)系均顯著；比對(duì)5種線型的R方值和卡方值F，擇優(yōu)選取兩者數(shù)值較大的曲線形式，線性曲線和冪函數(shù)曲線擬合度明顯優(yōu)于其他3種線型，冪函數(shù)卡方值更大，因而擇優(yōu)選取冪函數(shù)，表達(dá)式如下：

ΔEL=1.002ΔEX0.874

曲線R方值為0.997。

2.2.3 C35標(biāo)準(zhǔn)試件相對(duì)動(dòng)彈模與芯樣試件相對(duì)動(dòng)彈模相關(guān)關(guān)系

5種曲線Sig.值均小于0.05，說(shuō)明相關(guān)關(guān)系均顯著；比對(duì)5種線型的R方值和卡方值F，擇優(yōu)選取兩者數(shù)值較大的曲線形式，對(duì)數(shù)函數(shù)曲線和冪函數(shù)曲線擬合度明顯優(yōu)于其他3種線型，對(duì)數(shù)函數(shù)R方值和卡方值更大，因而擇優(yōu)選取對(duì)數(shù)函數(shù)，表達(dá)式如下：

ΔEL=1.002log0.703ΔEX

曲線R方值為0.995。

2.2.4 C40標(biāo)準(zhǔn)試件相對(duì)動(dòng)彈模與芯樣試件相對(duì)動(dòng)彈模相關(guān)關(guān)系

5種曲線Sig.值均小于0.05，說(shuō)明相關(guān)關(guān)系均顯著；比對(duì)5種線型的R方值和卡方值F，擇優(yōu)選取兩者數(shù)值較大的曲線形式，對(duì)數(shù)函數(shù)曲線和冪函數(shù)曲線擬合度明顯優(yōu)于其他3種線型，對(duì)數(shù)函數(shù)卡方值更大，因而擇優(yōu)選取對(duì)數(shù)函數(shù)，表達(dá)式如下：

ΔEL=0.997log0.677ΔEX曲線R方值為0.997。

2.2.5 不同強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)試件與芯樣試件相對(duì)動(dòng)彈模比對(duì)分析

隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高，標(biāo)準(zhǔn)試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系曲線逐漸由線性轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)數(shù)函數(shù)形式，強(qiáng)度等級(jí)越高，標(biāo)準(zhǔn)試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系越趨近于對(duì)數(shù)函數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）同條件的芯樣的抗凍性能參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)試件的抗凍性能參數(shù)間的相關(guān)關(guān)系在誤差允許的范圍內(nèi)可以量化，且隨著強(qiáng)度等級(jí)的提高，標(biāo)準(zhǔn)試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系曲線逐漸由二次型轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性，強(qiáng)度等級(jí)越高，標(biāo)準(zhǔn)試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系越趨近于線性；標(biāo)準(zhǔn)試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系曲線逐漸由線性轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)數(shù)函數(shù)形式，強(qiáng)度等級(jí)越高，標(biāo)準(zhǔn)試件與芯樣試件質(zhì)量損失率的相關(guān)關(guān)系越趨近于對(duì)數(shù)函數(shù)。

（2）課題組采用成型大試件自然養(yǎng)護(hù)以模擬壩工實(shí)體構(gòu)件，并預(yù)留同批次混凝土的標(biāo)準(zhǔn)試件，通過(guò)獲取芯樣抗凍性能參數(shù)值，探索得到了與標(biāo)準(zhǔn)試件抗凍參數(shù)值間相關(guān)關(guān)系曲線，該項(xiàng)研究成果使得今后進(jìn)一步發(fā)展壩工混凝土構(gòu)件抗凍性能的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)成為可能。

（3）課題組大量研究成果均是基于常規(guī)普通引氣混凝土，對(duì)于特種混凝土及高強(qiáng)混凝土的芯樣抗凍性能試驗(yàn)研究尚需進(jìn)一步拓展