粗骨料對混凝土回彈測強曲線的影響

劉加敏

（中鐵十八局集團國際公司，天津　300222）

粗骨料對混凝土回彈測強曲線的影響

劉加敏

（中鐵十八局集團國際公司，天津300222）

通過回彈法研究粗骨料粒徑和種類對混凝土抗壓強度、回彈值隨齡期變化規(guī)律的影響，建立了混凝土抗壓強度與回彈值的定量關(guān)系。研究結(jié)果表明:混凝土表層硬度和強度隨著粗骨料粒徑的增加而增大；玄武巖混凝土的回彈值較石灰?guī)r混凝土、卵石混凝土大；基于粗骨料不同粒徑和種類建立的回彈測強曲線滿足《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23—2011）。

混凝土；回彈法；測強曲線；粗骨料粒徑

混凝土結(jié)構(gòu)是我國建筑工程中的主體結(jié)構(gòu)［1-2］，加強和完善現(xiàn)場混凝土結(jié)構(gòu)檢測是保障建筑物結(jié)構(gòu)安全的重要措施［3］?；貜椃ㄊ峭ㄟ^利用回彈儀檢測混凝土表層硬度進而反推抗壓強度，因其儀器攜帶方便、操作簡單、檢測誤差較小等優(yōu)點成為現(xiàn)場檢測混凝土結(jié)構(gòu)強度的常用方法［4-5］。自20世紀(jì)50年代我國進行了大量的實驗室研究與現(xiàn)場數(shù)據(jù)的積累，建立了國家統(tǒng)一測強曲線，形成了《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23—2011），為實體工程的質(zhì)量檢測提供了依據(jù)。但是《規(guī)程》中建立的曲線對粗骨料的種類及粒徑大小都沒有具體的規(guī)定，國內(nèi)外關(guān)于粗骨料對混凝土表層硬度的影響至今也沒有統(tǒng)一的看法。浙江省建筑科學(xué)研究院認為粗骨料種類對回彈測強曲線影響較大，不同的粗骨料種類應(yīng)分別建立相關(guān)曲線或者以某種類型的粗骨料為標(biāo)準(zhǔn)對其他品種石子進行修正；然而，陜西省建筑科學(xué)研究院通過大量同條件的對比試驗及計算分析認為，不同種類的粗骨料對混凝土的回彈值影響并不是特別明顯，其影響可以忽略不計。國內(nèi)一些單位也試驗研究了粗骨料粒徑對混凝土表層硬度的影響，結(jié)果表明：符合篩分曲線的石子粒徑對混凝土表層硬度的影響比較小，然而石子的粒徑和形狀間接地影響混凝土的強度，混凝土中石子的粒徑越大，針片狀顆粒所占的比例越大，骨料表面集聚水膜的趨勢越強，就削弱了界面過渡區(qū)，降低了混凝土的強度。綜上不難看出，石子粒徑和種類的不同對測強曲線的影響未知，對于現(xiàn)場檢測和評定混凝土質(zhì)量存在一定誤差。針對上述問題，本文通過系統(tǒng)地研究混凝土粗骨料不同粒徑和種類對表層硬度的影響，建立粗骨料不同粒徑和種類下混凝土表層硬度與強度的定量關(guān)系，提出混凝土的測強方程。

1　試驗

1.1試驗原材料

P.Ⅱ52.5級水泥；石灰?guī)r碎石，卵石，玄武巖，石灰?guī)r碎石的粒徑分別在5～10，10～20和20～26 mm，其余種類的粗骨料粒徑在10～20 mm；細砂，細度模數(shù)為2.60；外加劑選用PCA型聚羧酸高效減水劑，含固量為30%，水泥熟料的化學(xué)組成及特征參數(shù)見表1。

表1　水泥熟料的化學(xué)組成及特征參數(shù)

1.2試驗方案

通過試驗系統(tǒng)地研究了粗骨料粒徑及種類對混凝土回彈值的影響。試驗采用的混凝土配合比見表2。其中對第2種配合比研究了不同粗骨料種類對混凝土回彈值的影響。為了模擬工程應(yīng)用，將試樣在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護室中養(yǎng)護7 d后進行相同條件的自然養(yǎng)護，并分別測量14，28，60，90，120和180 d的回彈值、抗壓強度和碳化深度值。因混凝土的坍落度對測試結(jié)果有一定的影響，為了保證比較的可靠性，試驗時調(diào)整混凝土的減水劑摻量使其坍落度相近，約在160 mm。

表2　混凝土配合比

1.3試驗方法

1.3.1回彈測試與計算

測試回彈值時，分別測量不同編號的混凝土7，14，28，60，90，120及180 d齡期的表層硬度。在進行回彈測量時，將標(biāo)準(zhǔn)試件的成型相對側(cè)面擦凈，分別測量2個相對側(cè)面，每個面測量8個測點，每個測點值精確至1 MPa。為了減小誤差，將測試數(shù)據(jù)中最大的3個值和最小的3個值剔除，余下10個有效回彈值取均值，作為該試件的平均回彈值，計算精確至0.1 MPa。

1.3.2抗壓強度

測量不同強度等級不同齡期的抗壓強度，每個齡期測試3個小試件。將試件放置在壓力機上、下承壓板間加壓，以3～5 kN/min的速度連續(xù)均勻加壓，直到試件破壞，得到試件的破壞荷載值，然后換算成抗壓強度值。3個試件抗壓強度值的算術(shù)平均值作為該組試件的強度值。3個測值中的最大值或最小值中如果有一個與中間值的差值超過中間值的15%，則把最大及最小值一并舍去，取中間值；如最大值和最小值與中間值的差均超過中間值的15%，則該組試件的試驗結(jié)果無效。

1.3.3碳化深度測定

在抗壓強度測試后對小試件進行碳化深度測定，用事先配置好的酚酞酒精溶液噴灑在混凝土斷裂面上，到一定的時間后在混凝土紅色與非紅色交界處用碳化深度測量儀測量，精確到0.5 mm。

2　試驗結(jié)果與分析

2.1齡期對混凝土碳化深度的影響

第2種配合比混凝土在不同齡期的碳化深度變化見表3。從表中可以看出，隨著自然養(yǎng)護時間的增加，混凝土表面碳化深度在增大。

表3　第2種混凝土在不同齡期的碳化深度變化 mm

2.2齡期、粗骨料粒徑對混凝土回彈值和抗壓強度的影響

水灰比為0.5時不同粒徑粗骨料混凝土回彈值隨齡期的變化曲線見圖1。可見，隨著齡期的增大不同粒徑粗骨料混凝土回彈值均增大。在同一齡期下粗骨料粒徑為20～26 mm的回彈值最大，粒徑10～20 mm的回彈值次之，粒徑5～10 mm的回彈值最??；隨著養(yǎng)護齡期的增加，三者之間的差值逐漸增大。不同粒徑粗骨料混凝土抗壓強度隨齡期的變化曲線見圖2?？梢姡止橇狭綄炷猎缙诳箟簭姸扔绊戄^大，5～10，10～20，20～26 mm粒徑的混凝土在14 d齡期抗壓強度分別為35.5，39.0，41.6 MPa。60 d齡期之后粒徑對其強度影響較小，如在90 d齡期時，抗壓強度分別為46.0，46.6，46.8 MPa，可見粗骨料粒徑對90 d齡期之后的混凝土強度影響較小。對比圖1和圖2可知，在＞14 d的其他任何齡期不同粒徑粗骨料混凝土的抗壓強度均大于回彈值。粗骨料粒徑為20～26 mm時，混凝土回彈值和抗壓強度在不同齡期下的變化見圖3。從圖中可以看出，不同齡期下的抗壓強度分別為41.6，43.9，46.0，46.8，47.5和49.0 MPa，均大于相同齡期下的回彈值 36.5，38.5，40.2，43.2，43.5和44.9 MPa。

圖1　水灰比為0.5時不同粒徑粗骨料混凝土回彈值隨齡期的變化曲線

圖2　水灰比為0.5時不同粒徑粗骨料混凝土抗壓強度隨齡期的變化曲線

圖3　粗骨料粒徑為20～26 mm時混凝土抗壓強度和回彈值隨齡期的變化曲線

2.3不同種類粗骨料對混凝土回彈值的影響

不同種類粗骨料對混凝土回彈值的影響見圖4，可見任意齡期下玄武巖混凝土的回彈值最大，石灰?guī)r混凝土的回彈值最小。在180 d齡期時，石灰?guī)r混凝土、卵石混凝土以及玄武巖混凝土的回彈值分別為44.9，46.0和48.0 MPa。這可從回彈法的原理進行解釋，石灰?guī)r、卵石以及玄武巖的硬度依次增加，當(dāng)回彈儀的彈擊桿彈擊在混凝土表面時，由于玄武巖的硬度最大，因此其吸收回彈儀的能量最小，反彈給回彈儀的能量最大，故其回彈值最大。

圖4　不同種類粗骨料對混凝土回彈值的影響

3　回彈測強曲線方程的建立

JGJ/T 23—2011規(guī)定地區(qū)回彈測強曲線的平均相對誤差δ≤±14%，相對標(biāo)準(zhǔn)差σ≤17%，因此用平均相對誤差和相對標(biāo)準(zhǔn)差作為混凝土回彈測強擬合曲線的評定標(biāo)準(zhǔn)。其公式分別為

式中：f為測得的第i個試件的抗壓強度值，MPa；fc

cu，icu，i為第i個試件按照回彈回歸方程計算得到的抗壓強度值，MPa；n為試件個數(shù)。

測量大量混凝土不同齡期的回彈值、抗壓強度和碳化深度，利用 Linest函數(shù)找出三者之間的相關(guān)關(guān)系［6-8］，建立混凝土的回彈測強方程

式中：fcc

u，i為第i個測區(qū)混凝土抗壓強度換算值，MPa；R為測區(qū)平均回彈值，精確到0.1 MPa；dm為測區(qū)平均碳化深度值，mm。

建立的混凝土回彈測強曲線的 δ=±5.20% ＜±14%，σ=5.50% ＜17%。這2個指標(biāo)明顯低于地區(qū)測強曲線的誤差要求。相關(guān)系數(shù)r=0.927，可知該曲線擬合效果較好。

利用MATLAB軟件對建立的混凝土回彈測強曲線進行曲面擬合。擬合曲面見圖5，可見測強曲面能夠非常直觀反映出抗壓強度、回彈值和碳化深度三者之間的相互關(guān)系。相同碳化深度時隨著回彈值的增大，混凝土的抗壓強度值增大；相同回彈值時隨著碳化深度的增加，混凝土抗壓強度都有所降低。

圖5　混凝土回彈測強曲面擬合

4　結(jié)論

1）粗骨料粒徑和種類對混凝土表層硬度均有一定的影響。隨著粗骨料粒徑的增加，混凝土表層硬度和強度值增大；石灰?guī)r混凝土、卵石混凝土以及玄武巖混凝土在相同養(yǎng)護齡期下玄武巖混凝土的回彈值最大，石灰?guī)r混凝土的回彈值最小。

2）通過大量的試驗結(jié)果回歸分析了混凝土澆筑180 d內(nèi)抗壓強度與回彈值和碳化深度之間的關(guān)系，建立了混凝土早期回彈測強曲線方程：fccu，i=0.052 30× R1.752 1010-0.020 78dm。平均相對誤差和相對標(biāo)準(zhǔn)差均滿足JGJ/T 23—2011的要求。

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［2］黃士元.高性能混凝土發(fā)展的回顧與思考［J］.混凝土，2003 （7）：3-9.

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［7］李錦宏.EXCEL在回彈法測定混凝土強度計算中的應(yīng)用［J］.中國科技信息，2011（4）：95-97.

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（責(zé)任審編葛全紅）

Influence of Coarse Aggregates on Concrete Strength Curve Resulted from Measuring by Rebound Apparatus

LIU Jiamin
（China Railway 18th Bureau Group International Company，Tianjin 300222，China）

T he effect of coarse aggregate sizes and types on the relations between concrete compressive strength，rebound value and time were studied.A quantitative relationship between concrete compressive strength and the rebound value was established.T he result shows that concrete hardness and compressive strength increase with coarse aggregate size.T he rebound value of basalt concrete is greater than that of limestone or pebble concrete.T he strength curves based on different coarse aggregate sizes and types using rebound method was analyzed，satisfying the requirements of the code Technical specification for concrete compressive strength of the rebound method.

Concrete；Rebound method；Strength curve；Coarse aggregate size

劉加敏（1974— ），男，高級工程師。

TU528

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.36

1003-1995（2016）07-0147-04

2016-03-30；

2016-04-15