兩種高強混凝土現場檢測方法測定地方曲線研究

王 宇 新

(山西省住房和城鄉建設廳稽查辦公室，山西 太原 030013)

1 概述

高強混凝土是指抗壓強度C50以上的混凝土。目前，高強混凝土在我國已經進入實用化階段，特別是在城市高層建筑和公路橋梁中廣泛使用。高強混凝土具有抗壓強度高、早期強度增長速度快、抗腐蝕能力強、節約材料等優點，在高層、超高層建筑和預應力工程中具有不可替代的優勢。隨著經濟建設和施工技術的迅速發展，高強混凝土的應用范圍不斷擴大，在許多工程上廣泛應用。國外一些發達國家在高強混凝土的應用上起步較早，應用范圍較廣，除建筑工程領域外，在其他構筑物上也有廣泛應用。

為了進行混凝土施工質量控制，目前已經開發出許多無損檢測技術方法，經過幾十年幾代專業技術人員的實踐和努力，混凝土強度檢測技術得到了不斷完善和發展，并編制了相應的檢測標準。目前，我國檢測混凝土強度常用的方法有回彈法、回彈—超聲綜合法、剪壓法、貫入法、鉆芯法等，并且編制了相關的技術標準。各種檢測方法都有其優勢，但也都有相應的局限性。但是，當前施工現場確認結構混凝土強度質量的無損檢測技術只能適用于60.0 MPa以下強度的混凝土，而對于60.0 MPa及其以上強度混凝土的檢測方面則無能為力。經對國外技術文獻檢索發現，高強混凝土的無損檢測技術在世界上也是一個尚未解決的問題。

為了研究高強混凝土抗壓強度的現場檢測方法，技術人員對測試設備進行了改進和創新，并做了大量的試驗研究，積累了寶貴的經驗和試驗數據，為制定全國和地方高強混凝土測強曲線奠定了基礎。山西省建筑科學研究院的技術人員在這方面也做了大量的工作，本文將采用回彈法和貫入法對高強混凝土強度現場檢測的試驗和數據處理情況進行整理和分析。

回彈法檢測混凝土強度在我國使用時間比較長，到目前已應用有四十余年，具有儀器構造簡單，方法易于掌握，操作方便，檢測效率高、準確率高、測試成本低、影響因素少等優點，因此長期處于不可替代的地位，目前我國已解決了回彈法使用精度不高和不能普遍推廣的關鍵問題。

20世紀70年代美國和日本等發達國家的科技人員先后根據貫入阻力的原理，研制出一種新型混凝土測強儀器—混凝土強度現場檢測貫入儀，并通過總結大量的試驗數據，根據混凝土表層硬度，以貫入深度作為測試參數來推定混凝土的抗壓強度。繼針貫入法檢測普通混凝土強度技術開發成功以來，對針貫入儀作了進一步的改造，加大了儀器貫入能量，增強了儀器的使用精度和誤差修正方法，使其適用于高強混凝土，目前需要通過積累大量的試驗數據和實踐經驗，制定相關測強曲線，使其能夠盡快在現場檢測中使用。

2 試驗準備

2.1 試件制備

采用太原市常用的地方材料，在商品混凝土廠制作150 mm×150 mm×150 mm，強度等級為C40,C50,C60,C70,C80混凝土試塊每個級別各22組，共110組，其中每個級別一組采用標準養護，其余自然養護。

2.2 試驗儀器

回彈儀采用GHT450型回彈儀。

貫入儀采用GRY1500型針貫入儀。

2.3 數據采集

針對每個強度等級的試件，分別對齡期為1 d,3 d,7 d,14 d,28 d,60 d,90 d,180 d,360 d,540 d的混凝土立方試塊進行回彈測試和針貫入測試、抗壓試驗，記錄、分析試驗結果。

試塊養護到齡期后，將試塊澆筑方向兩個相對面作為試驗機受壓的承壓面，根據試塊強度等級預壓30 kN～80 kN的壓力，在試塊的一對光滑相對側面用GHT450型回彈儀均勻測區16個回彈值，去掉3個最大值和3個最小值，剩下10個取平均值Ri。回彈測試完畢后，卸載，將回彈面放置在壓力機上、下承壓板間，以6 kN/s～10 kN/s的速度連續均勻加壓，直至試塊破壞，得到試塊的極限破壞荷載值，將其除以試塊的受壓面積，計算混凝土的立方體抗壓強度fcu,i。

針貫入采用GRY1500型針貫入儀在成型試件側面各貫入5次，記錄每一次貫入深度值，去掉1個最大值和1個最小值，將剩下的3個貫入值取平均值di。貫入試驗結束后，立即進行抗壓試驗，得到試塊的極限破壞荷載值，將其除以試塊的受壓面積，計算混凝土的立方體抗壓強度fcu,i。

3 數據分析

3.1 回彈法數據分析

依照不同齡期和試件強度，共進行了280個試件回彈試驗，得到混凝土回彈值和相對應的強度試驗結果，共4 760個數據。應用回歸分析原理，將試驗數據進行匯總，采用最小二乘法原理進行回歸分析。由于試件為高強度混凝土，水灰比較小，所以暫不考慮碳化深度對回彈值的影響，采用一元回歸方程，試驗采用冪函數、指數函數、拋物線函數和對數函數4種函數形式的回歸方程進行對比，回歸數據分析見表1，回歸數據曲線如圖1～圖4所示。

相對標準差er，平均相對誤差δ按下式計算：

式中：a，b，c——回歸系數；

R——平均回彈值；

fccu——混凝土試件抗壓強度實測值,MPa;

er——相對標準差;

δ——平均相對誤差。

表1 回歸方程式數據分析表

在上述4個回歸方程式中，冪函數方程、指數函數方程和拋物線方程回歸結果比較理想，均能滿足相關規范的要求，可以作為測強曲線使用，對數函數方程回歸相對標準差較大。綜合比較，又以冪函數方程曲線更優。

3.2 貫入法數據分析

依照不同齡期和試件強度，共進行了280組針貫入試驗，得到混凝土針貫入深度值和相對應的強度試驗結果，共1 680個數據。數據分布趨勢見圖5。

從針貫入深度值和混凝土試件抗壓強度相互關系圖中，僅能看到針貫入深度值越小，混凝土試件抗壓強度越高，但是無法按某種方程式進行回歸。經分析，產生這種現象可能和以下幾種因素有關：

1)受混凝土試件內部骨料分布情況影響;

2)貫入儀器使用的貫針銳度磨損后不一致，導致試驗條件不一致;

3)貫入試驗時不同操作人員操作手法不一致，導致貫入角度有差異。

因此本次試驗不對貫入數據進行回歸分析。

4 結語

1)采用GHT450型回彈儀對高強度混凝土試件進行回彈測試，其回彈值與試塊抗壓強度之間有很好的相關性，通過采用不同回歸方程式進行回歸分析，冪函數型的回歸曲線各項指標最優。可以達到制定地方測強曲線的相關要求。

2)針對太原地區的回彈測強曲線回歸方程式推薦為：

3)針貫入試驗數據回歸分析效果不理想，暫不具備制定地方回歸曲線的條件。下一步試驗研究時，應對試驗儀器設備進行改進，制定相應的操作規程，并對操作人員進行培訓，統一試驗條件。