關(guān)于混凝土強(qiáng)度相關(guān)概念及檢測方法的探討

韓　群，林漢彪

(勃利縣水利勘測設(shè)計(jì)隊(duì),黑龍江 勃利 154500)

關(guān)于混凝土強(qiáng)度相關(guān)概念及檢測方法的探討

韓群，林漢彪

(勃利縣水利勘測設(shè)計(jì)隊(duì),黑龍江 勃利 154500)

摘要：在混凝土構(gòu)造物設(shè)計(jì)時(shí)用軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值來確定混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級，而構(gòu)造物施工后的混凝土強(qiáng)度必須滿足設(shè)計(jì)要求的混凝土強(qiáng)度等級。本文研究分析混凝土強(qiáng)度相關(guān)概念及檢測方法。

關(guān)鍵詞：混凝土構(gòu)造物；混凝土強(qiáng)度；設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級；相關(guān)概念；檢測方法

1混凝土強(qiáng)度相關(guān)概念

混凝土強(qiáng)度相關(guān)概念常包括立方體抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、強(qiáng)度保證率等，而強(qiáng)度值又分為標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計(jì)值[1]。

混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度比立方體抗壓強(qiáng)度更接近構(gòu)件中的混凝土實(shí)際受壓時(shí)的強(qiáng)度，所以混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中選用軸心抗壓強(qiáng)度作為重要的強(qiáng)度指標(biāo)。

強(qiáng)度保證率是根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)的方法算出來的。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的概念，強(qiáng)度保證率指混凝土強(qiáng)度總體中大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的概率，亦即混凝土強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)等級的組數(shù)占總組數(shù)的百分率，可根據(jù)正態(tài)分布的概率函數(shù)計(jì)算求得。t=(R1-R設(shè)計(jì)值)/σ，然后先計(jì)算該批混凝土強(qiáng)度平均值R1，再計(jì)算該批混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ值。最后根據(jù)t=(R1-R設(shè)計(jì)值)/σ即可計(jì)算出強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

混凝土強(qiáng)度保證率除了考慮所生產(chǎn)的混凝土強(qiáng)度質(zhì)量的穩(wěn)定性之外，還必須考慮符合設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度等級的合格率，即強(qiáng)度保證率。它是指在混凝土強(qiáng)度總體中，不小于設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)值的概率P(%)。強(qiáng)度正態(tài)分布曲線下的面積為概率的總和，等于100%。

混凝土強(qiáng)度等級是按立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值確定的。立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值是指按照標(biāo)準(zhǔn)方法制作養(yǎng)護(hù)的邊長為150 mm×150 mm×150 mm的立方體試件，在28 d齡期用標(biāo)準(zhǔn)方法測得的具有95%保證率的抗壓強(qiáng)度，單位是kN/mm2(即MPa)。通常所說的Cxx就是混凝土強(qiáng)度等級標(biāo)號。下面用C25的混凝土來舉例說明混凝土強(qiáng)度概念。

軸心抗壓和立方體抗壓強(qiáng)度不是一個(gè)概念，軸心抗壓的試件尺寸一般是150 mm×150 mm×300 mm，而通常我們說的抗壓強(qiáng)度(立方體抗壓)的試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系按fck=0.88αc1fcu確定，αc1為棱柱體強(qiáng)度與立方體強(qiáng)度之比，對混凝土強(qiáng)度等級為C50及以下的取αc1=0.76。由此可以知道C25的混凝土軸心抗壓強(qiáng)度應(yīng)該為0.88×0.76×25=16.72 MPa。而它的軸心抗壓設(shè)計(jì)值為11.9 MPa，是指在設(shè)計(jì)上用到的值。

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010-2010)規(guī)定，以高寬比為2～3的棱柱體進(jìn)行軸心抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，測得的具有95%強(qiáng)度保證率的抗壓強(qiáng)度為混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，用符號fck表示，而混凝土的軸心抗壓設(shè)計(jì)值fc是由fck除以混凝土材料分項(xiàng)系數(shù)1.4得到的。

2混凝土強(qiáng)度檢測方法

在檢測混凝土強(qiáng)度時(shí)，采用何種方法，應(yīng)根據(jù)被測混凝土結(jié)構(gòu)的具體情況及檢測條件綜合確定[2]。

2.1試塊法

試塊法是施工時(shí)把拌制好的混凝土倒入規(guī)定的立方體試模內(nèi)，經(jīng)震動(dòng)或插搗成型，按規(guī)定的溫度及濕度進(jìn)行養(yǎng)護(hù)28 d后，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，以邊長為150 mm的立方體試件為標(biāo)準(zhǔn)件，邊長100 mm和邊長200 mm的立方體試件按規(guī)定的尺寸折算系數(shù)進(jìn)行換算?；炷猎噳K在一定程度上反映了混凝土實(shí)體的強(qiáng)度，也是混凝土質(zhì)量評定的主要依據(jù)，是一種最常見最基本的檢測方法，也是最直觀最經(jīng)濟(jì)的方法。

試塊法能直接反映出混凝土本身的強(qiáng)度，但對于施工后的質(zhì)量無法真實(shí)反映。有時(shí)試塊合格了，但混凝土實(shí)體質(zhì)量跟施工單位的水平、方法及工作態(tài)度有很大關(guān)系，質(zhì)量如何很難確定，導(dǎo)致存在一定的質(zhì)量安全隱患；另一方面，如果試塊制作馬虎，養(yǎng)護(hù)不規(guī)范，容易導(dǎo)致試塊質(zhì)量不合格，而實(shí)際上混凝土質(zhì)量強(qiáng)度是滿足要求的，從而導(dǎo)致不必要的麻煩。所以工地上混凝土的取樣如果不是按規(guī)定的數(shù)量隨機(jī)抽取，而是根據(jù)混凝土攪拌質(zhì)量的好壞來取，質(zhì)量好的時(shí)候才取樣，所取的樣品就沒有代表性，不能真實(shí)反映混凝土的質(zhì)量情況。

2.2鉆芯法

鉆芯法是在有代表性的混凝土結(jié)構(gòu)上用金鋼石鉆頭鉆取芯樣，其檢測混凝土抗壓強(qiáng)度是依據(jù)《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 03-2007)用鉆機(jī)直接從所需檢測的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上鉆取混凝土及巖石芯樣，按有關(guān)規(guī)范加工處理后，進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，根據(jù)芯樣的抗壓強(qiáng)度推定所需檢測的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度[3]。構(gòu)件齡期不少于14 d、強(qiáng)度不低于10 MPa的混凝土都可采用鉆芯法檢測其強(qiáng)度，但由于取芯后會(huì)對結(jié)構(gòu)造成一定的損傷，特別是抽到結(jié)構(gòu)中的鋼筋部位，損傷會(huì)更大，因此，對于重要部位的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)征得設(shè)計(jì)方的復(fù)核同意，方可進(jìn)行抽芯。取芯的部位、數(shù)量也要有具體的規(guī)定。

2.3回彈法

回彈法是通過回彈儀測定混凝土表面硬度，再結(jié)合混凝土的碳化深度繼而推斷其抗壓強(qiáng)度。其依據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 23-2011)采用混凝土回彈測試儀直接在所需檢測的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上檢測混凝土強(qiáng)度的一種無損檢測法[4]。

回彈儀測定的回彈值是混凝土表面的硬度，材料的硬度又跟材料的強(qiáng)度有關(guān)，從而建立回彈值跟強(qiáng)度的專用測強(qiáng)曲線來推斷強(qiáng)度值。采用回彈法進(jìn)行檢測時(shí)，其檢測面應(yīng)為原狀混凝土面，并應(yīng)平整、清潔，不應(yīng)有疏松層、浮漿、麻面，必要時(shí)用砂輪清除疏松層和雜物，且不應(yīng)有殘留的粉末或碎屑。

回彈法使用簡單、靈活，測試速度快,檢驗(yàn)費(fèi)用低，檢測人員到現(xiàn)場隨機(jī)抽取檢測，及時(shí)掌握混凝土的真實(shí)強(qiáng)度及澆筑的整體水平。但其精度相對較差，當(dāng)混凝土表面與內(nèi)部質(zhì)量有明顯差異，如遭受化學(xué)腐蝕或火災(zāi)，硬化期間遭受凍傷等，則不能用此方法。

2.4超聲檢測法

超聲檢測法所采用的超聲波檢測儀應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土超聲波檢測儀》(JG/T 5004)的要求，并在計(jì)量檢定有效期內(nèi)使用。由于超聲檢測能對混凝土內(nèi)部空洞、不密實(shí)區(qū)的位置和范圍、裂縫深度、表面損傷層厚度、不同時(shí)間澆筑的混凝土結(jié)合的質(zhì)量和混凝土勻質(zhì)性做出比較準(zhǔn)確的判定，而這正是其他檢測方法所無法做到的，所以，該法在工程檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)采用超聲法測強(qiáng)時(shí)，由于影響傳播速度的因素很多，如水泥品種、水泥用量、含砂率，粗骨料品種和最大粒徑、含水率、齡期等，因此用超聲法很難準(zhǔn)確地測定混凝土的強(qiáng)度，目前通常是將超聲法和回彈法綜合在一起來測定混凝土的強(qiáng)度，即所謂超聲回彈綜合法(單一的超聲法主要還是檢測混凝土的勻質(zhì)性)。

按照《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(超聲回彈法)測得的混凝土強(qiáng)度比混凝土的實(shí)際強(qiáng)度小，但其規(guī)律比較明顯，且離散性較小，說明這種方法還是比較可靠的，但需要根據(jù)各地區(qū)的混凝土所用材料及環(huán)境條件建立相應(yīng)的測強(qiáng)曲線。其測試前提是混凝土的內(nèi)外質(zhì)量基本一致，否則會(huì)產(chǎn)生較大誤差。因此，在檢測表層與內(nèi)部的質(zhì)量有明顯差異，或者在使用期間遭受化學(xué)腐蝕、火災(zāi)，硬化期間遭受凍害的混凝土?xí)r，要采用鉆芯法檢測其強(qiáng)度。

在檢測混凝土強(qiáng)度時(shí)，采用何種方法，應(yīng)根據(jù)被測混凝土結(jié)構(gòu)的具體情況及檢測條件綜合確定?；炷两Y(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB 50204-2002)規(guī)定試件強(qiáng)度評定不合格時(shí)，可采用非破損或局部破損的檢測方法，對構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行測定。當(dāng)需要準(zhǔn)確判定結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級，且有條件時(shí)，可優(yōu)先考慮采用鉆芯法或采用鉆芯法修正，鉆芯法是目前準(zhǔn)確性最高的方法；當(dāng)混凝土質(zhì)量比較均勻時(shí)，可采用回彈法和超聲回彈法，用鉆芯法進(jìn)行校核則可以提高精確度。

3混凝土強(qiáng)度檢測實(shí)例

某水庫輸水洞施工后運(yùn)行4 a，發(fā)現(xiàn)洞身裂縫，為檢查其裂縫產(chǎn)生原因需檢測混凝土強(qiáng)度。由于洞身側(cè)墻和頂板混凝土的內(nèi)外質(zhì)量基本一致，故采用回彈法檢測其混凝土強(qiáng)度。由于底板是使用多年的老混凝土，在使用過程中經(jīng)過4次的凍融過程，混凝土內(nèi)外質(zhì)量相差較大，因此采用鉆芯法檢測每節(jié)洞底板混凝土強(qiáng)度。

3.1鉆芯法檢測

鉆芯法檢測過程中首先確定芯樣鉆取部位，如：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力較小的部位；混凝土強(qiáng)度質(zhì)量具有代表性的部位；便于鉆芯機(jī)安放與操作的部位；避開主筋、預(yù)埋件和管線的位置，并盡量避開其他鋼筋。用鉆芯法檢測輸水洞底板混凝土強(qiáng)度結(jié)果見表1。

表1　鉆芯法測輸水洞混凝土抗壓強(qiáng)度檢測成果表

3.2回彈法檢測

回彈法檢測過程中首先確定測區(qū)及檢測面，選擇具有代表性的測區(qū)，使用砂輪等工具將檢測面表面的浮漿、油垢、涂層、蜂窩、麻面等磨平并處理干凈，確保抽檢混凝土檢測表面清潔、平整。其次，每個(gè)測區(qū)彈擊16個(gè)點(diǎn)，記錄16個(gè)測點(diǎn)的回彈值，按照規(guī)程要求舍棄三個(gè)最大值和三個(gè)最小值，取余下的10個(gè)回彈值求其算術(shù)平均值，作為該測區(qū)的平均回彈值。當(dāng)檢測時(shí)回彈儀為非水平方向、檢測面為非混凝土的澆筑側(cè)面時(shí)，按角度、澆筑面順序?qū)貜椫颠M(jìn)行修正。用回彈法檢測洞身混凝土強(qiáng)度的結(jié)果見表2。

表2　回彈法檢測輸水洞混凝土抗壓強(qiáng)度檢測成果表

4結(jié)論

本文論述了混凝土強(qiáng)度概念，介紹了混凝土常用的幾種檢測方法，并應(yīng)用實(shí)例分析探討了各種混凝土強(qiáng)度檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)及不同適用范圍?；炷翉?qiáng)度檢測的目的是：采集必要數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的計(jì)算與修正，推定混凝土強(qiáng)度，最后對被檢測混凝土構(gòu)件做出正確的判斷。選擇檢測方法時(shí)既要考慮檢測構(gòu)件的適用性，還要考慮檢測費(fèi)用、檢測速度以及對結(jié)構(gòu)的破壞程度等。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體工程情況和各種檢測方法的特點(diǎn)來選擇合理的檢測方案。

總之，研究探討混凝土強(qiáng)度相關(guān)概念及檢測方法將對提高工程質(zhì)量檢測精度及優(yōu)化混凝土構(gòu)造物設(shè)計(jì)有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50010-2010[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[2]王赫.建筑工程事故處理手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[3]中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程：CECS 03-2007[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[4]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程：JGJ/T 23-2011[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

作者簡介：韓群(1975-)，男，工程師，主要從事水利工程規(guī)劃、施工工作。

中圖分類號：TU755.7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-0506(2016)06-0072-03