回彈法檢測(cè)混合砂高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度研究

王大勇

（1.廊坊市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心，河北 廊坊 065000；2.廊坊市陽(yáng)光建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，河北 廊坊 065000）

回彈法檢測(cè)混合砂高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度研究

王大勇1,2

（1.廊坊市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心，河北 廊坊 065000；2.廊坊市陽(yáng)光建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，河北 廊坊 065000）

試驗(yàn)由標(biāo)稱動(dòng)能 4.5J 回彈儀對(duì)立方體試件側(cè)面進(jìn)行回彈測(cè)試，同時(shí)采集相應(yīng)的混凝土碳化深度。對(duì)數(shù)據(jù)處理后的有效數(shù)據(jù),采用最小二乘法進(jìn)行回歸擬合得到回彈法檢測(cè)高強(qiáng)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線。研究結(jié)果表明：擬合得到的回彈法測(cè)強(qiáng)曲線具有足夠的工程檢測(cè)精度，可用于結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。研究結(jié)果可為工程實(shí)體混凝土強(qiáng)度檢測(cè)與控制提供參考。

高強(qiáng)混凝土；回彈法；測(cè)強(qiáng)曲線；不確定度

0 引言

隨著人類生態(tài)環(huán)境的惡化以及環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，預(yù)拌混凝土已普遍用于結(jié)構(gòu)工程混凝土的綠色施工。為滿足高層、超高層、大跨度建筑和特種結(jié)構(gòu)對(duì)高強(qiáng)度等級(jí)混凝土的需求并達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的，高強(qiáng)混凝土需求日益增加。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)混凝土拌合物抗壓強(qiáng)度評(píng)定采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)立方體試件，結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度評(píng)定采用與結(jié)構(gòu)實(shí)體同條件立方體試件，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)常采用回彈法進(jìn)行[1]。由于混凝土材料的地域性特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)[2-4]分別試驗(yàn)研究了符合當(dāng)?shù)鼗炷翉?qiáng)度發(fā)展規(guī)律的回彈法檢測(cè)高強(qiáng)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線。本文采用混合砂混凝土試件為研究對(duì)象，試驗(yàn)采用標(biāo)稱動(dòng)能 4.5J 回彈儀對(duì)立方體試件側(cè)面進(jìn)行回彈測(cè)試，采用最小二乘法進(jìn)行回歸擬合得到回彈法檢測(cè)混合砂高強(qiáng)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線，最后將其與國(guó)內(nèi)各地回彈法檢測(cè)高強(qiáng)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線進(jìn)行比較。研究結(jié)果可供現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)與控制參考。

1 試驗(yàn)方案

1.1 混凝土原材料及配合比

委托本地區(qū)有代表性的某大型商品混凝土攪拌站提供試驗(yàn)混凝土，試驗(yàn)用水泥為 52.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，Ⅱ 級(jí)粉煤灰，S95 級(jí)礦粉，細(xì)骨料為天然細(xì)砂（μf=1.5）與機(jī)制砂（μf=3.7）組成混合砂，粒徑5.0～25.0mm 碎石，JF-9 型高效泵送減水劑，混凝土拌合及養(yǎng)護(hù)用水均為當(dāng)?shù)赜米詠?lái)水。

混凝土配合比設(shè)計(jì)以強(qiáng)度為目標(biāo)，采用復(fù)摻粉煤灰、礦粉的方法，以混合砂替代天然中砂并加入適量高效泵送減水劑的方式配制 C50、C60、C70、C80 共四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。

1.2 試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)立方體試件

立方體試件用試模符合現(xiàn)行 JG 237—2008《混凝土試模》的規(guī)定，采用同一盤混凝土均勻裝模按標(biāo)準(zhǔn)方法成型 150mm×150mm×150mm 立方體試件，每強(qiáng)度等級(jí)各制作 12 組同條件試件與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 28d 試件 1 組。立方體試件成型脫模后，移至室外“品”字型堆放于不受日曬雨淋處，自然養(yǎng)護(hù)，裸置備用。各強(qiáng)度等級(jí)混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 28d 立方體試件抗壓強(qiáng)度均合格。

1.3 試驗(yàn)用儀器設(shè)備

試驗(yàn)用標(biāo)稱能量 4.5J 的 GHT450 型高強(qiáng)回彈儀技術(shù)參數(shù)：彈擊拉簧剛度 K 為 900N/m，彈擊拉簧工作長(zhǎng)度l 為 106mm，沖擊長(zhǎng)度 l0為100mm，彈擊錘質(zhì)量 m 為526g；試驗(yàn)用壓力機(jī)量程 3000kN，以上儀器設(shè)備均在檢定校準(zhǔn)有效期內(nèi)。

1.4 測(cè)試方法

在齡期 14d、28d、60d、180d 時(shí)，從每強(qiáng)度等級(jí)試件中隨機(jī)抽取不少于 1 組（3 個(gè)）立方體試件，將被測(cè)試件澆筑側(cè)面的塵土、污物等擦拭干凈，并將其一對(duì)側(cè)面置于試驗(yàn)壓力機(jī)承壓板下，加壓至 60～100kN，恒荷穩(wěn)定后，分別在另一對(duì)側(cè)面上用回彈儀水平向各測(cè) 8 點(diǎn)回彈值，精確至 1；剔除 3 個(gè)最大值和 3 個(gè)最小值，取余下 10 個(gè)有效回彈值的平均值作為該試件的回彈代表值 R，精確到 0.1。回彈值測(cè)試完畢，卸荷將回彈測(cè)試面置于壓力機(jī)承壓板正中，按現(xiàn)行 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》加荷至破壞，經(jīng)計(jì)算得到該立方體試件抗壓強(qiáng)度值。

2 回彈法檢測(cè)高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度

2.1 高強(qiáng)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線建模

試驗(yàn)得到的回彈值與立方體抗壓強(qiáng)度的關(guān)系見圖1。

圖 1 回彈值與立方體抗壓強(qiáng)度關(guān)系

由圖 1 可知，回彈值隨著混凝土抗壓強(qiáng)度的增加而規(guī)律性增大。采用最小二乘法由 Excel 軟件，對(duì)試驗(yàn)取得的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸。由于高強(qiáng)混凝土碳化深度幾乎為零，故本次不考慮碳化深度的影響。擬合測(cè)強(qiáng)曲線用線性函數(shù)、一元二次函數(shù)、冪指數(shù)函數(shù)等 3 類數(shù)學(xué)模型示于式 (1)～(3)。

式中：

A、B、C ——待回歸系數(shù)。

Ri——第 i 測(cè)區(qū)回彈代表值，精確至 0.1。

擬合得到的回彈法水平向檢測(cè)高強(qiáng)混凝土澆筑側(cè)面測(cè)強(qiáng)曲線及統(tǒng)計(jì)指標(biāo)見表 1，表中 r 表示變量間的相關(guān)系數(shù)；δ、er分別為經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)得到的強(qiáng)度平均相對(duì)誤差和強(qiáng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差，二者的計(jì)算公式見式（4）、（5）。

式中：

n ——試件數(shù)量。

fcu,i——立方體試件抗壓強(qiáng)度，精確至 0.1MPa。

δ——經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)得到的強(qiáng)度平均相對(duì)誤差。

er——經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)得到的強(qiáng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差。

表 1 回歸測(cè)強(qiáng)曲線系數(shù)及統(tǒng)計(jì)指標(biāo)

由表 1 可知，擬合所得到的三個(gè)測(cè)強(qiáng)曲線的相關(guān)系數(shù)較高，誤差統(tǒng)計(jì)指標(biāo)值均較小，且三者的評(píng)價(jià)指標(biāo)差別不大，均符合 JGJ/T 294－2013《高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》所要求的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差 er不大于 14.0% 的專用測(cè)強(qiáng)曲線的技術(shù)指標(biāo)規(guī)定。擇優(yōu)選取物理意義明確的冪指數(shù)數(shù)學(xué)模型作為本次試驗(yàn)得到的回彈法檢測(cè)高強(qiáng)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線，即

2.2 與各地高強(qiáng)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線的比較

以標(biāo)稱能量 4.5J 高強(qiáng)混凝土回彈儀為基準(zhǔn)，本文所建立的回彈法水平向檢測(cè)混凝土澆筑側(cè)面測(cè)強(qiáng)曲線與相應(yīng)的國(guó)家統(tǒng)一曲線[1]（式 7）、河北地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線[2]（式 8）、重慶地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線[3]（式 9）及海工高性能混凝土回彈測(cè)強(qiáng)曲線[4]（式 10）的比較見圖 2。由圖 2可知：隨著回彈值變大，混凝土強(qiáng)度換算值增加；河北曲線、重慶曲線與國(guó)家統(tǒng)一曲線基本相當(dāng)，海工曲線在回彈代表值 不大于 60 時(shí)，其混凝土強(qiáng)度換算值與上述三者計(jì)算結(jié)果相差不多，回彈代表值 Ri大于 60 后，該曲線混凝土換算強(qiáng)度逐漸明顯低于其他曲線換算值，而本文曲線在回彈代表值 Ri不大于 70 時(shí)，其混凝土強(qiáng)度換算值隨回彈代表值的變小與其他曲線換算結(jié)果相差變大，最大相差兩個(gè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)以上，當(dāng)回彈代表值大于 70 后，該曲線混凝土換算強(qiáng)度略高于國(guó)家統(tǒng)一曲線、河北曲線及重慶曲線換算結(jié)果。因此針對(duì)試驗(yàn)用混凝土建立專用測(cè)強(qiáng)曲線是必要的。

圖 2 國(guó)內(nèi)各地高強(qiáng)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線的比較

3 結(jié)論

（1）給出了標(biāo)稱動(dòng)能 4.5J 回彈儀檢測(cè)高強(qiáng)度混合砂混凝土專用測(cè)強(qiáng)曲線，回歸與誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，擬合曲線的最優(yōu)數(shù)學(xué)模型為物理意義明確的冪函數(shù)形式。

（2）與國(guó)內(nèi)各地類似測(cè)強(qiáng)曲線的比較結(jié)果表明，本文曲線在回彈代表值不大于 70 時(shí)，其混凝土強(qiáng)度換算值隨回彈代表值的變小與其他曲線換算結(jié)果相最大相差兩個(gè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)以上，當(dāng)回彈代表值 大于 70后，該曲線混凝土換算強(qiáng)度略高于其他比較測(cè)強(qiáng)曲線的換算結(jié)果，這是由于試驗(yàn)所用的細(xì)骨料存在差異所致。

（3）文所建立的回彈法檢測(cè)高強(qiáng)度混合砂混凝土測(cè)強(qiáng)曲線適用于混合砂作為細(xì)骨料的高強(qiáng)度等級(jí)混凝土成型的 14～180d 齡期的結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，可供結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度檢測(cè)與控制參考。

[1] JGJ/T 294—2013．高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[2] 趙少偉，強(qiáng)萬(wàn)明，郭蓉，等．回彈法檢測(cè)高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J]．河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006,35(04)：82-85．

[3] 顏丙山，林文修，李建茹．重慶地區(qū)回彈法檢測(cè)高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J]．重慶建筑，20116,15(02)∶ 27-29．

[4] 陶建飛，宋偉明．海工高性能混凝土回彈測(cè)強(qiáng)曲線[J]．混凝土，2014(09)∶ 145-148．

王大勇（1974—），本科，教授級(jí)高級(jí)工程師，結(jié)構(gòu)室主任，國(guó)家一級(jí)建造師。

［通訊地址］河北省廊坊市龍河高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)夏榮道 10 號(hào) 廊坊市陽(yáng)光建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司（065000）