混凝土預制砌塊抗壓強度檢測研究

王 芳

（樂陵市水利局,山東 樂陵 253600）

0 引言

干硬性混凝土預制砌塊是一種新式、應用較廣的建筑材料,其含水率較低,能夠在最大程度上減小用水量,將用水量降低至水泥水化作用需水量,通過重型壓實器械對其進行壓實,保證其高強度和高密度。此類混凝土有著施工方便、密度小、強度高、抗凍耐腐蝕、耐水性強以及適用范圍較廣的優點,近些年已廣泛應用在水利工程中[1-3]。盡管干硬性混凝土在工程中應用較多,但在現實工程里會因為外界因素干擾、運輸不當和制作流程不規范等因素導致混凝土構件實際強度和設計值有一定的差值。因此對于干硬性混凝土強度的現場檢測是保證工程質量的重要環節,但其難點在于對干硬性混凝土預制構件目前尚未形成有效的質量把控環節及設計規程[4-5]。所以現場檢測混凝土預制砌塊的強度是十分重要的,不僅影響著工程的驗收,還對建筑物安全性的確定以及結構事故分析起到重要作用,同時能夠給拆模時間的確定提供依據,能夠保證施工的整體進度,故混凝土強度現場檢測方法一直頗受研究人員的重視。

基于此,此次研究以某水電站庫區護坡混凝土砌塊為例,通過針貫入法對其強度進行檢測,分析貫入深度與混凝土強度等級間的關系,得出相應的強度擬合式。

1 工程概況

某水電站水庫集水面積為17212 km2,207 m為其正常高水位。發電為水庫主要功能,同時具有航運、養魚、防洪、筏運、等功能。400 MW為水電站裝機容量,確保達到13.5億kW·h的年平均發電量。水電站組成主要為引水隧洞、發電廠房以及重力壩等,140 m×23.3 m×19.2 m為廠房的長、寬、高。大壩最大壩高、壩頂長以及大壩全長分別為114 m、625 m和602 m,1∶0.2和1∶0.3分別為上、下游壩坡,千年一遇洪水和萬年一遇洪水分別為大壩洪水設計標準和校核標準。壩前右岸設置了兩個引水隧洞的進口,洞口直徑為8.4 m,洞長分別為755 m和770 m,末端均設置了差動式調壓井。水庫采用混凝土預制砌塊進行了護坡施工。

2 檢測設備和檢測原理

貫入法作為一種非破損檢測方法,在檢測時不會對物品造成較大破壞,檢測后對表面的破壞范圍小于10 mm,此方法是通過混凝土抗壓強度和測釘進入混凝土距離之間的關系,加載壓縮彈簧將測釘頂進混凝土中,根據測強曲線和現場釘子進入混凝土的深度來算出混凝土抗壓強度的,表1為所用檢測設備的具體參數。

表1 檢測設備參數

3 研究方案

3.1 混凝土材料

混凝土所用材料分別為粒徑5 mm～10 mm碎石子、中砂、普通硅酸鹽水泥和水。

3.2 制備試件

為了對不同強度等級的混凝土進行測試,共制備了五個強度等級的試件,分別為C35、C30、C25、C20、C15,表2為各等級混凝土的具體配合比。在預制場根據混凝土配合比制備尺寸為600 mm×600 mm×150 mm的預制塊制備完成3 d后將其分割成邊長150 mm的標準立方體樣品,并設置了5個測試齡期,依次為90 d、60 d、28 d、14 d、7 d。將樣品放在室外露天環境下進行養護,澆水養護14 d,但要注意避免陽光暴曬。每個測試齡期相同強度等級的試件為1組。把一批同時制備好的試樣進行分組,1組3塊,共75個試樣。

表2 混凝土配合比

3.3 針貫入法試驗測試

測試步驟分為六步,具體如下：

要對試樣的兩個側面在試驗機壓板上進行受壓,并對其余兩個側面開展貫入試驗。兩個側面分別布置2個和3個測點,共5個測點。試樣邊緣和測點的距離要大于3 cm,且兩測點的間距要超過3 cm。

所有測點都要開展貫入試驗,精確測量測點貫入坑的深度,保證測量精度達到0.01 mm。

分別舍棄5個貫入深度（H1～H5）中的一個最小值和最大值,并將另外3個貫入深度取平均值來表示此試樣的貫入深度。

貫入試驗完成后,馬上進行試壓,測出此次試樣的抗壓強度值,其精度為0.1 MPa。

每一組對比數據為一個試樣的抗壓強度值和貫入深度代表值。

同一齡期下各強度等級的試樣能夠獲取1組對比數據。

4 分析實驗結果

4.1 結果分析

表3為混凝土立方體試樣抗壓強度和貫入深度平均值。通過最小二乘法對表3中數據開展回歸分析,同時構建回歸方程,如下所示：

表3 各等級混凝土擬強度等級

式中：H為測針貫入混凝土表面的深度,0.01 mm為其精度；fccu為換算的混凝土強度值,0.01 MPa為其精度。

對試驗結果開展一元線性回歸分析,得出各強度等級混凝土試樣相關系數和回歸公式,見表3、表4。

表4 各等級混凝土擬合方程

由表3可知,各強度等級混凝土強度隨著齡期的增長而增長,且隨著齡期的提高,貫入深度逐漸降低。而隨著混凝土強度等級的提高,貫入深度逐漸降低。C15～C35強度等級內的混凝土抗壓強度和貫入深度的相關系數均值是0.886,這表示預制混凝土抗壓強度和貫入深度相關性良好的相關性,達到了現場控制質量標準。

4.2 數據有效性分析

此次研究共獲取試驗數據150個,有效數據共137個,有效數據占比91.3%,總體來看有效數據占比較高。根據設計強度分類,針貫入法數據有效性隨著設計強的增加而降低,圖1為各組無效數據數量分布圖。

圖1 各組無效數據數量分布圖

從圖2中能夠得出,在干硬性混凝土試塊強度等級增大時,無效數據呈現小幅度增長的規律。參考混凝土強度針貫入法檢測原理,在測針進入被測試混凝土表面時,會突破混凝土的阻力進入試樣內部一段距離,可通過此距離來換算出混凝土的抗壓強度,從而判別混凝土的質量。當干硬性混凝土強度等級較高時,混凝土表面密實度逐漸增大,測針貫入難度增加；同時從混凝土配合比信息中能夠得出,混凝土強度等級為C20和C15時所用水泥類型為PO.32.5普通硅酸鹽水泥,但混凝土強度等級在C25～C35時所用水泥等級為PO.42.5普通硅酸鹽水泥,其表面密實度和混凝土強度會大大提高。除此之外,由于試驗過程里所用的測試儀器最大貫入能量較低,僅能達到1000 N,在進行強度較高混凝土測試時,數據有效性會受到混凝土性能的影響,但從整體來看,使用針貫入法對干硬性混凝土強度進行測試是有效可行的。

5 結論

本文通過制備干硬性混凝土樣品,對其開展針貫入法試驗,分析貫入深度與混凝土強度等級間的關系,得出相應的強度擬合式。結果表明：各強度等級混凝土強度隨著齡期的增長而增長,貫入深度逐漸降低。而隨著混凝土強度等級的提高,貫入深度逐漸降低。C15～C35強度等級內的混凝土抗壓強度和貫入深度的相關系數是0.886,相關性良好,達到了現場控制質量標準。針貫入法檢測時只會對混凝土預制砌塊造成小范圍的局部破壞,不會對結構安全性造成較大影響,可進行廣泛應用。由于針貫入法會造成小范圍的局部破壞,因此不適合現場檢測,建議輔助其它無損檢測手段。