蘭州新區回彈測強澆筑底面曲線試驗研究★

王 勇 李俊杰 夏廣錄 王宗年

(1.甘肅省建筑科學研究院，甘肅 蘭州 730050； 2.甘肅省住房和城鄉建設廳，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

在我國的混凝土抗壓強度檢測領域，回彈法因其操作方法簡便、檢測成本低廉且對混凝土結構構件無損傷被廣泛應用。我國地域遼闊，混凝土種類很多，拌合材料分散，生產工藝持續改進，現有的混凝土全國統一測強曲線不能適應不同地區的實際情況。因此，國家規程建議，具備條件的地區應當建立適用于當地的混凝土測強曲線，用來滿足本地區建設發展的需要。于此同時，現行國家行業標準[1]規定，對非泵送混凝土構件，回彈儀為非水平方向，且受測面為非澆筑測面，檢測前應先進行角度修正和澆筑面修正；對泵送混凝土構件，應在混凝土的澆筑測面布置測區。上述現行標準并未明確給出受測面為混凝土澆筑底面的方法及相關規定。朱躍武[2]在深圳地區混凝土抗壓強檢測試驗中，采用回彈法對混凝土澆筑底面(+90°)和澆筑面(-90°)進行了抗壓強度的試驗研究。蘭州新區地處蘭州秦王川盆地，是第五個國家級新區，是國家規劃建設的綜合交通樞紐，也是西部地區與國內外交流的重要渠道。蘭州新區平均海拔1 910 m，氣候干燥，日照充足，年平均降水量較少，晝夜溫差大，年溫差與日溫差也較大，上述地域、環境等差異導致國家標準在蘭州新區的使用誤差較大。本文依據國家相關規程規定的成型、養護方法，使用蘭州新區當地的原材料以及通用的施工工藝，建立了蘭州新區受測面為澆筑底面的泵送普通混凝土測強曲線，解決了非水平方向回彈且受測面為澆筑底面的混凝土結構構件抗壓強度的檢測問題，對國內各地針對泵送混凝土建立當地受測面為澆筑底面的回彈法抗壓強度測強曲線起到了一定的指導作用。

1 試驗數據獲取

1.1 原材料選取

根據蘭州新區近期、中期和長遠建設規劃，大量項目建設正在進行，參建單位眾多，各類混凝土工程用量大，商品混凝土供應廠家較多。本次試驗精選蘭州新區具有一定代表性的3家商品混凝土生產廠家，原材料選取P.O42.5普通硅酸鹽水泥；粗骨料采用粒徑為15 mm～40 mm的當地常用碎石；細骨料選用當地河砂，以中砂為主；混凝土拌合用水和養護用水采用蘭州新區自來水；并選用以膨脹劑、泵送劑、減水劑為主的外加劑和以粉煤灰為主的摻合料。此次試驗使用的原材料均滿足國家相關標準要求[3]。

1.2 試驗儀器

此次試驗選用山東樂陵儀器廠生產的ZC3-A型普通混凝土回彈儀，該儀器彈擊錘的標稱能量為2.207 J；壓力機選用NYD-2000D型2 000 kN壓力試驗機。試驗儀器的有效檢定校準周期均滿足國家規定，精度滿足測試要求。

1.3 試件制作與養護

依據國家相關規范要求，制作150 mm標準立方體試塊作為試驗試件，試件的強度等級選用C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50和C60，混凝土的齡期分別為14 d,28 d,60 d,90 d,180 d，360 d，540 d，720 d和1 000 d。依據每一強度等級每一混凝土齡期分別制作3組試件(3塊為一組)，3家商品混凝土供應商共制作648組(總計1 944塊)試件。根據各家商品混凝土廠商的實際情況，遵循每個工作日成型一種強度等級的試塊進行試件的制作，坍落度為160 mm～200 mm。此次試驗對試件進行自然養護，試件成型24 h后拆模并移至室外，按照“品”型擺放，使其側面接觸空氣，采用麻袋覆蓋并澆水養護7 d，確保處于潮濕狀態，試件放置場地不受暴曬或雨淋，如圖1所示。

1.4 試件測試

1.4.1整理試件

對齡期滿足養護的試件進行測試，應先進行塵土、污物的清理，對不同強度等級且不同混凝土齡期的3組試件(3塊為一組)逐一測試，并依次編號。

1.4.2測區布置

按要求，在每一個試件的澆筑底面上均勻布置16個測點，各測點的回彈值讀數應精確至1，相鄰的兩測點凈距不小于20 mm，測點距試件的邊緣應小于30 mm，見圖2。

1.4.3回彈試驗數據采集及抗壓強度試驗

試件的齡期滿足養護要求后，對其進行測試。測試時，將試件置于壓力機的上、下承壓板之間，布置測點的試件底面朝向便于測試的方向。試件放置完畢開始加載，其中，強度等級小于C30的混凝土試件的加載速度為0.3 MPa～0.5 MPa；強度等級為C30～C60的混凝土試件的加載速度為0.5 MPa～0.8 MPa[4]。當荷載處于60 kN～100 kN(低強度試件取低值)之間時持荷，對試件的澆筑底面進行回彈及數據采集，此時回彈儀測試角度為0°。測試結束后，在所采集的數據中剔除3個最大值和3個最小值，取余下的10個有效數據的平均值作為該試件的回彈代表值Rm，如圖3所示。

試驗數據采集完畢，按照GB/T 50081—2002普通混凝土力學性能試驗方法標準的規定速率對試件進行均勻連續加載直至破壞，記錄破壞時的荷載值(即試件的抗壓強度值fcu)，精確至0.1 MPa。

1.4.4碳化試驗

試件的抗壓強度試驗結束后，用小錘輕敲試件測試底面至出現破裂面，在破裂面的邊緣處滴入幾滴1%～2%酚酞酒精溶液，使用碳化深度測量尺量測碳化深度，每個試件分別測試3次，記錄并計算3次測試值的平均碳化值dm，讀數精度為0.5 mm。

2 測強曲線的建立

2.1 數據統計

此次試驗將每個試件測得的抗壓強度值fcu、碳化深度值dm和回彈代表值Rm作為一組回彈測強曲線的擬合數據，采用GB 4883—85數據的統計處理和解釋異常值的判斷和處理中的格拉布斯準則對此次試驗測試得到的每組回彈數據進行測強曲線的擬合，按照不同強度等級和不同試驗齡期分布進行異常值判斷和處理。

試驗對所得的1 944組數據按照異常值判斷和處理，剔除90組異常值數據，最終得到有效回彈測強曲線的擬合數據為1 854組，有效數據比為95.4%。

2.2 澆筑底面曲線擬合

建立回彈測強回歸擬合曲線，主要采用四種函數形式的回歸方程：

線性函數型：

(1)

冪函數型：

(2)

拋物線函數型：

(3)

對數函數型：

(4)

蘭州新區泵送普通混凝土水平方向回彈測強澆筑底面(C20～C60)擬合曲線方程為：

(5)

其中，Rm為試件的回彈代表值；dm為測區的碳化深度代表值。

冪函數型回歸曲線見圖4。

由結果可知，此次試驗中，蘭州新區泵送普通混凝土水平方向回彈且受測面為澆筑底面(C20～C60)的測強擬合曲線方程的平均相對誤差(δ)為±11.233%，相對標準差(er)為±14.435%，相關系數(r)為0.866，滿足JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程中關于地區測強曲線的平均相對誤差(δ)不大于±14.0%，相對標準差(er)不大于17.0%的規定。

3 非水平方向檢測時回彈值修正值

表1 角度修正參數

本文針對蘭州新區泵送普通混凝土測強擬合曲線方程(5)是基于回彈儀測試角度為0°時的測試數據所得，但在實際工程中，進行澆筑底面檢測時，測試儀器與檢測面垂直，并形成一定角度，因此，需對非水平方向的受測面進行角度的修正，引用JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程對所得回彈代表值進行修正，再按照式(5)計算強度換算值，角度修正部分參數見表1。

4 結語

本文基于國家規程對檢測角度的修正，建立了受測面為澆筑底面的蘭州新區泵送普通混凝土回彈測強曲線方程，所得結果處于JGJ/T 23—2011回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程規定的地區曲線的誤差指標之內，滿足混凝土強度檢測精度要求。該曲線的建立解決了蘭州新區泵送普通混凝土強度非水平向檢測的問題，也為國內其他地區建立受測面為澆筑地面的泵送普通混凝土回彈測強曲線提供了指導。