兩種不同能量高強(qiáng)回彈儀對高強(qiáng)混凝土的檢測準(zhǔn)確性研究

王慧鑫，陳明星

（山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心（有限公司），山西 太原 030006）

0 引言

近年來，高強(qiáng)混凝土在工程中的應(yīng)用逐漸增加，其對于承壓構(gòu)件及橋梁工程構(gòu)件有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，不僅可減少構(gòu)件截面，減少混凝土用量，降低結(jié)構(gòu)自重，提高結(jié)構(gòu)剛度，還能降低成本；且高強(qiáng)混凝土的致密性、抗?jié)B性和抗凍性均高于普通混凝土，更適宜于有腐蝕的環(huán)境，可有效地增大橋梁凈空和提高橋梁的壽命。目前，高強(qiáng)混凝土以強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、占用空間小等優(yōu)勢，已廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)、公路和民用建筑中。

高強(qiáng)混凝土是采用水泥、砂、碎石、高效減水劑同時(shí)外加粉煤灰、礦渣粉、硅灰等礦物摻合料以常規(guī)工藝配制的混凝土，《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS 104：99中規(guī)定高強(qiáng)混凝土為C50～C80混凝土[1]，《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ 55—2011中規(guī)定高強(qiáng)混凝土為大于等于C60的混凝土。

目前高強(qiáng)混凝土的回彈強(qiáng)度檢測標(biāo)準(zhǔn)有2個(gè)，分別是《高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 294—2013）和《橋梁高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度無損檢測》（JT/T 1166—2017），前者規(guī)定回彈強(qiáng)度檢測可使用標(biāo)稱能量為4.5J和5.5J的重型回彈儀，且提供了相應(yīng)的測強(qiáng)曲線；后者只規(guī)定回彈強(qiáng)度檢測可使用重型回彈儀，未提供測強(qiáng)曲線；所以國內(nèi)檢測采用前者居多，但前者并未提及在同一本規(guī)范中編入兩條不同測強(qiáng)曲線的原因以及在實(shí)際應(yīng)用中如何選取的問題。

某高速公路C70先張法預(yù)制工字梁使用回彈法檢測梁體的強(qiáng)度，以判斷預(yù)制梁的放張時(shí)間及28 d強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求，檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)同一片梁使用兩種高強(qiáng)回彈儀檢測出的結(jié)果相差較大，偏差達(dá)到十幾兆帕，使現(xiàn)場檢測人員難以判定結(jié)構(gòu)物是否合格，為了解清楚兩種高強(qiáng)回彈儀對該種混凝土檢測的準(zhǔn)確性，開展了相應(yīng)的試驗(yàn)研究。

1 項(xiàng)目概況

某高速公路項(xiàng)目，主線橋梁長度占路線總長的95%，多數(shù)為預(yù)制裝配式先張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支工字梁，數(shù)量將近40 000片，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C70，采用整體放張工藝，設(shè)計(jì)圖紙要求梁體強(qiáng)度達(dá)到85%后方可放張，28 d梁體強(qiáng)度需滿足設(shè)計(jì)要求。為加快周轉(zhuǎn)效率，研發(fā)了自動(dòng)控制熱模蒸汽養(yǎng)生模板系統(tǒng)，通常2～3 d即可放張出廠。

2 試驗(yàn)方法

在預(yù)制梁澆筑施工現(xiàn)場，按《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的要求制作了51塊（150×150×150）mm的C70混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗壓試件，試件養(yǎng)護(hù)條件與預(yù)制梁保持一致，試件的抗壓強(qiáng)度齡期控制在 2～29 d，其中 2～7 d、14 d、28 d齡期的試件數(shù)量為2～7塊，其余齡期試件數(shù)量為1塊。

試驗(yàn)前先將兩種高強(qiáng)回彈儀在高強(qiáng)鋼砧上率定，儀器滿足檢定要求后，將試件放在壓力機(jī)上，使一對側(cè)面朝向便于回彈測試的方向，然后加壓至60 kN左右，并保持此壓力，先使用4.5J高強(qiáng)回彈儀在兩個(gè)相對側(cè)面上各彈擊8個(gè)測點(diǎn)，共16個(gè)測點(diǎn)。測試完畢后卸荷，將試件旋轉(zhuǎn)90°重新放在壓力機(jī)上，使用5.5J高強(qiáng)回彈儀分別在另外兩個(gè)相對側(cè)面上各彈擊8個(gè)測點(diǎn)，共16個(gè)測點(diǎn)。測試完畢后卸荷，將試件的兩個(gè)側(cè)面放在上下承壓板之間，按《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》的要求均勻加荷至破壞，計(jì)算抗壓強(qiáng)度實(shí)測值[2]。

3 試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)與分析

3.1 兩種高強(qiáng)回彈儀的回彈代表值比較

從每個(gè)試件對應(yīng)的2組16個(gè)測點(diǎn)的回彈值中，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兩種高強(qiáng)回彈儀的回彈代表值。4.5J和5.5J高強(qiáng)回彈儀的回彈代表值對比見圖1所示。

圖1 兩種高強(qiáng)回彈儀的回彈代表值散點(diǎn)圖

從圖1的對比可看出，4.5J高強(qiáng)回彈儀的各齡期回彈代表值比5.5J高強(qiáng)回彈值要高，這是因兩種高強(qiáng)回彈儀的錘重量、拉力彈簧的起始拉伸長度相同，而5.5J高強(qiáng)回彈儀拉力彈簧的剛度系數(shù)是4.5J高強(qiáng)回彈儀的1.22倍，在混凝土消耗勢能相同的情況下，5.5J高強(qiáng)回彈儀的回彈距離較短。

3.2 兩種高強(qiáng)回彈儀的回彈換算值與試件抗壓強(qiáng)度值比較

將4.5J和5.5J高強(qiáng)回彈儀的回彈代表值按照《高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)規(guī)程》附錄A和附錄B中的強(qiáng)度換算表得到不同齡期試件的強(qiáng)度換算值。4.5J和5.5J高強(qiáng)回彈儀的回彈換算值與試件抗壓強(qiáng)度值對比見圖2所示（相同齡期試件使用平均值）。

從圖2的對比可看出，兩種高強(qiáng)回彈儀的強(qiáng)度換算值比試件抗壓強(qiáng)度值低，兩種儀器的強(qiáng)度換算值均偏保守，可保證混凝土的實(shí)際強(qiáng)度高于回彈儀的檢測強(qiáng)度，確保了回彈強(qiáng)度合格，混凝土的實(shí)際強(qiáng)度必然合格，而要保證工字梁回彈強(qiáng)度檢測合格，必然要將混凝土的強(qiáng)度提升的更高，有利于混凝土的工程質(zhì)量控制。但對于同一試件，5.5J比4.5J高強(qiáng)回彈儀的強(qiáng)度換算值要高一些，更接近于試件抗壓強(qiáng)度值。

圖2 兩種高強(qiáng)回彈儀的強(qiáng)度換算值與試件抗壓強(qiáng)度值隨齡期變化曲線圖

3.3 兩種高強(qiáng)回彈儀回彈強(qiáng)度換算值與試件抗壓強(qiáng)度值的差值比較

將4.5J和5.5J高強(qiáng)回彈儀同試件的回彈換算值與試件抗壓強(qiáng)度值相減的差值進(jìn)行分析，兩種高強(qiáng)回彈儀的差值直方圖見圖3、圖4，差值統(tǒng)計(jì)表見表1。

圖3 4.5J高強(qiáng)回彈儀換算強(qiáng)度值與抗壓強(qiáng)度值差值直方圖

圖4 5.5J高強(qiáng)回彈儀換算強(qiáng)度值與抗壓強(qiáng)度值差值直方圖

表1 兩種回彈儀換算強(qiáng)度值與抗壓強(qiáng)度值差值統(tǒng)計(jì)表 MPa

從圖3、圖4、表1可看出，4.5J高強(qiáng)回彈儀的差值主要集中在10.3～26.2 MPa之間，平均值為17.4 MPa；而5.5J高強(qiáng)回彈儀的差值主要集中在0.2～12.5 MPa之間，平均值為6.82 MPa。4.5J高強(qiáng)回彈儀差值的平均值、最小值、最大值均遠(yuǎn)超5.5J，表明5.5J高強(qiáng)回彈儀差值相對比較合理，既保證了一定的富余范圍，又不使檢測值過低難以代表結(jié)構(gòu)物的實(shí)際強(qiáng)度。

3.4 兩種高強(qiáng)回彈儀回彈代表值與抗壓強(qiáng)度值散點(diǎn)圖同測強(qiáng)曲線的對比

兩種高強(qiáng)回彈儀回彈代表值、試件抗壓強(qiáng)度值與規(guī)范測強(qiáng)曲線計(jì)算值散點(diǎn)圖見圖5、圖6。

圖5 4.5J高強(qiáng)回彈儀強(qiáng)度代表值與抗壓強(qiáng)度值散點(diǎn)圖

圖6 5.5J高強(qiáng)回彈儀強(qiáng)度代表值與抗壓強(qiáng)度值散點(diǎn)圖

從圖5、圖6可看出，5.5J高強(qiáng)回彈儀的測強(qiáng)曲線基本沿著回彈代表值與試件抗壓強(qiáng)度值散點(diǎn)圖下緣，且與下緣散點(diǎn)的斜率基本相同，可在確保C70工字梁回彈強(qiáng)度數(shù)據(jù)合格，結(jié)構(gòu)物就合格的前提下，富余量最小。而4.5J高強(qiáng)回彈儀的測強(qiáng)曲線富余量較大，容易造成回彈檢測結(jié)果偏低的情況。

3.5 兩種高強(qiáng)回彈儀在預(yù)制梁廠現(xiàn)場檢測對比

在預(yù)制梁廠使用兩種高強(qiáng)回彈儀對12片2～3 d齡期的工字梁進(jìn)行回彈強(qiáng)度檢測，每片梁每種高強(qiáng)回彈儀各檢測10個(gè)測區(qū)，兩種高強(qiáng)回彈儀的回彈強(qiáng)度推定結(jié)果見圖7。

圖7 兩種高強(qiáng)回彈儀現(xiàn)場檢測強(qiáng)度推定值折線圖

從圖7中的對比可看出，5.5J和4.5J高強(qiáng)回彈儀的差距較大，差值在4.4～13.2 MPa之間，差值平均值是9.2 MPa，與室內(nèi)試件上檢測的差值平均值9.5 MPa基本接近，且5.5J高強(qiáng)回彈儀與同片梁同養(yǎng)強(qiáng)度試件的抗壓強(qiáng)度值的差值僅在-3.0～3.6 MPa之間，也表明5.5J高強(qiáng)回彈儀更適合于現(xiàn)場檢測及強(qiáng)度判定。

4 結(jié)論

a）對于該依托項(xiàng)目的C70工字梁，使用《高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)規(guī)程》提供的測強(qiáng)曲線，5.5J高強(qiáng)回彈儀比4.5J高強(qiáng)回彈儀檢測出的強(qiáng)度換算值更為準(zhǔn)確，且有合理的富余量，可確保C70工字梁在回彈強(qiáng)度數(shù)據(jù)合格，結(jié)構(gòu)物就合格的前提下，富余量最小。

b）該C70混凝土隨著齡期的增長，試件強(qiáng)度基本上呈現(xiàn)上升的趨勢，28 d強(qiáng)度上升幅度約10 MPa，后期強(qiáng)度增長較慢。

c）通過該試驗(yàn)研究，有效地解決了工程檢測人員的疑惑，為高強(qiáng)混凝土回彈強(qiáng)度檢測提供了依據(jù)。