廣州地區(qū)高強(qiáng)混凝土回彈測(cè)強(qiáng)曲線試驗(yàn)研究

李 操

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州510500）

0 引言

自20世紀(jì)以來，我國(guó)高強(qiáng)度混凝土新技術(shù)迅速發(fā)展，隨著在城市發(fā)展過程中以及較為典型的建筑物、公路、橋梁的設(shè)計(jì)中的需求，在大中城市中高強(qiáng)混凝土得到極大推廣，已經(jīng)形成較為成熟的施工應(yīng)用技術(shù)［1］。因此回彈法在工程的質(zhì)量檢測(cè)、安全鑒定、事故處理、工程改擴(kuò)建及監(jiān)督檢查中得到了廣泛的應(yīng)用，也是非破損檢測(cè)方法中應(yīng)用范圍最廣的方法［2］。

國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程：JGJ/T 23-2011》［3］規(guī)定的10～60 MPa的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)在混凝土強(qiáng)度超過60 MPa 時(shí)并不適用［4-5］。在高強(qiáng)混凝土應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛的情況下，為更合理地分析各類建筑物的可靠性、耐久性以及評(píng)價(jià)施工質(zhì)量，對(duì)高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行更加精確的無損檢測(cè)就顯得十分必要［6-7］。結(jié)合廣州地區(qū)常用的高強(qiáng)度混凝土配制材料、高強(qiáng)度混凝土成型養(yǎng)護(hù)工藝及自然環(huán)境等條件，開展高強(qiáng)混凝土回彈法檢測(cè)技術(shù)的研究，為驗(yàn)證全國(guó)測(cè)強(qiáng)曲線在廣州地區(qū)的適用性提供支撐依據(jù)［8-9］。

1 試件設(shè)計(jì)

1.1 原材料選擇

按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)：GB 50164-2011》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程：JGJ/T 281-2012》和《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程：JGJ 55-2011》中的規(guī)定進(jìn)行高強(qiáng)混凝土原材料的選取，試驗(yàn)中應(yīng)使用廣州地區(qū)實(shí)際工程中常用的高強(qiáng)混凝土原材料作為本次試驗(yàn)的原材料，包含粗細(xì)骨料、水泥、外加劑、水以及其它材料等。試驗(yàn)配合比應(yīng)當(dāng)在實(shí)際應(yīng)用配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，配制各強(qiáng)度等級(jí)的試件，且對(duì)于各強(qiáng)度等級(jí)混凝土試件的原材料的詳細(xì)信息、坍落度及配合比等進(jìn)行記錄。

本次采用的混凝土試件來自廣州市某混凝土有限公司，該公司現(xiàn)擁有3 條全自動(dòng)化電腦控制混凝土生產(chǎn)線，每小時(shí)生產(chǎn)能力為280 m3，日生產(chǎn)及供應(yīng)能力達(dá)5 000 m3，年生產(chǎn)能力超過90 萬m3。公司設(shè)備先進(jìn)，技術(shù)力量雄厚，現(xiàn)為二級(jí)商品混凝土生產(chǎn)企業(yè)，于2003 年通過了ISO9001 質(zhì)量管理體系認(rèn)證，使公司的產(chǎn)品質(zhì)量得到了保證。該公司目前的商品混凝土主要供應(yīng)給廣州地區(qū)的建筑工程項(xiàng)目。

1.2 試件規(guī)格

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50081-2002》中第6.0.5條和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程：JGJ 55-2011》中第7.3.5 條規(guī)定：高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試宜采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件。本試驗(yàn)采用邊長(zhǎng)為150 mm的立方體標(biāo)準(zhǔn)試件。

試件的形位公差是否符合要求，對(duì)高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能影響甚大。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50081-2002》中第3.3 條規(guī)定：①試件的承壓面的平面度公差不得超過0.000 5d（即0.000 5×150 mm=0.075 mm）；②試件的相鄰面間的夾角應(yīng)為90°，其公差不得超過0.5°；③試件各邊長(zhǎng)尺寸的公差不得超過1 mm。

1.3 試件數(shù)量

經(jīng)過調(diào)查了解，選取本地區(qū)生產(chǎn)規(guī)模較大且近幾年高強(qiáng)混凝土供應(yīng)量市場(chǎng)占有份額較高的某家混凝土生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行合作，采用該公司屬下的商品混凝土攪拌站生產(chǎn)的混凝土制作試件進(jìn)行試驗(yàn)，以保證所選樣本具有代表性。

本次試驗(yàn)需制作試件數(shù)量如表1所示。

表1 各強(qiáng)度等級(jí)高強(qiáng)混凝土試件的制作數(shù)量Tab.1 Production Quantity of High-strength Concrete Specimens for Each Strength Grade

2 試驗(yàn)操作

2.1 回彈測(cè)試

回彈測(cè)試是針對(duì)混凝土性能測(cè)試較為常用的無損檢測(cè)方法［10］。本研究開展回彈測(cè)試的基本方式是：按試件齡期開展測(cè)試工作，每達(dá)到一個(gè)齡期段時(shí)，選取流水號(hào)數(shù)值較小的試件，用干抹布（棉紗類）清除試件表面灰塵污物，做到表面清潔、干燥。及時(shí)對(duì)從養(yǎng)護(hù)區(qū)取出來的混凝土試件進(jìn)行試驗(yàn)，需先將試件表面和壓力機(jī)的承壓板面擦拭干凈。將試件固定于壓力機(jī)承壓板上，且需將混凝土試件的2 個(gè)相對(duì)澆筑側(cè)面對(duì)應(yīng)上下承壓板，加壓（90～120）kN進(jìn)行固定試件。

在試件保持壓力下，采用4.5J 回彈儀，在試件另外2 個(gè)相對(duì)澆筑側(cè)面上，分別選擇均勻分布的8 個(gè)測(cè)點(diǎn)（在2 個(gè)回彈測(cè)試面上分別劃線規(guī)定回彈測(cè)點(diǎn)大致位置）進(jìn)行彈擊，共16個(gè)測(cè)點(diǎn)，每一測(cè)點(diǎn)的回彈值讀數(shù)精確至個(gè)位，同一測(cè)點(diǎn)只彈擊1 次。采用5.5J 回彈儀開展測(cè)試的方式與上述類似。

2.2 抗壓強(qiáng)度測(cè)試

在回彈值測(cè)試完成后，卸去固定試件的荷載（保持試件承壓面不變），測(cè)量試件承壓面尺寸，精確至1 mm。調(diào)整試件位置保持接觸均衡，開始對(duì)試件進(jìn)行連續(xù)均勻加載，直至試件發(fā)生破壞。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過試驗(yàn)分析，得到不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土試件的強(qiáng)度隨著齡期的增加的變化趨勢(shì)，如圖1、圖2所示。

圖1 各強(qiáng)度等級(jí)試件的抗壓強(qiáng)度隨齡期的變化情況Fig.1 Relationship between Compressive Strength of Specimens of Various Strength Grades and Age

圖2 高強(qiáng)回彈儀對(duì)應(yīng)的各強(qiáng)度等級(jí)試件回彈值隨齡期的變化情況Fig.2 Relationship between Rebound Value of Each Strength Grade Corresponding to the High-strength Rebound Tester and Age

從圖1、圖2 可以看出，高強(qiáng)混凝土試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)和普遍的認(rèn)知不太一致，尤其是強(qiáng)度等級(jí)高于C60 時(shí)，各個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)混凝土試件抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果波動(dòng)較大，出現(xiàn)了C80 和C85 混凝土試件強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果大于C90 的現(xiàn)象。另外，對(duì)于C75 和C80混凝土試件，齡期超過28 d 后的強(qiáng)度開始降低，出現(xiàn)這樣情況的可能原因是：

⑴在養(yǎng)護(hù)過程中，由于養(yǎng)護(hù)環(huán)境的溫度、濕度以及天氣因素可能對(duì)高強(qiáng)度混凝土產(chǎn)生較大影響，從而導(dǎo)致在28 d養(yǎng)護(hù)齡期后部分試件強(qiáng)度降低。

⑵由于試件制作水平不穩(wěn)定，部分試件內(nèi)部出現(xiàn)缺陷，從而導(dǎo)致該批次混凝土試件強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生較大偏差。

⑶試件在制作過程中尺寸產(chǎn)生偏差或者試件受壓表面不夠平整。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)度等級(jí)為C60以上的高強(qiáng)混凝土對(duì)表面平整度要求比普通混凝土高很多。由于混凝土強(qiáng)度提高，脆性增大，高強(qiáng)混凝土脆性比普通混凝土大，表面不平整導(dǎo)致高強(qiáng)混凝土試件強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果降低許多。

雖然一部分C60 強(qiáng)度等級(jí)以上的試件沒有達(dá)到等級(jí)要求，但是，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果的總體情況來看，各強(qiáng)度等級(jí)各齡期試件抗壓強(qiáng)度均值最低為49.5 MPa，最高為98.3 MPa，試件抗壓強(qiáng)度區(qū)間涵蓋了C50～C90 高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)區(qū)間。本次試驗(yàn)?zāi)康氖怯?.5J 高強(qiáng)回彈儀和5.5J 高強(qiáng)回彈儀測(cè)試高強(qiáng)混凝土試件的強(qiáng)度，高強(qiáng)混凝土試件的強(qiáng)度范圍已涵蓋C50～C90 的強(qiáng)度區(qū)間，即可表明本次試驗(yàn)結(jié)果可以適用于該攪拌站生產(chǎn)的C50～C90 高強(qiáng)混凝土，即本試驗(yàn)擬合出的測(cè)強(qiáng)曲線也適用于該攪拌站生產(chǎn)的高強(qiáng)混凝土，已達(dá)到了研究目的。

而4.5J 高強(qiáng)回彈儀和5.5J 高強(qiáng)回彈儀所測(cè)回彈值在高強(qiáng)混凝土試件齡期超過28 d之后都趨于穩(wěn)定，并且高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度越大，回彈值越大，與用壓力機(jī)所測(cè)高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果接近。說明4.5J 高強(qiáng)回彈儀和5.5J 高強(qiáng)回彈儀的回彈值與高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性，用4.5J 高強(qiáng)回彈儀和5.5J高強(qiáng)回彈儀來測(cè)試高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度具有一定的可靠性。從圖2 中也可比較看出，4.5J 高強(qiáng)回彈儀相對(duì)于5.5J 高強(qiáng)回彈儀測(cè)試值在28 d 后穩(wěn)定性較好，試件回彈值隨齡期發(fā)展變化曲線較為平緩，與實(shí)際高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度變化情況相符。

4 結(jié)論

通過采用廣州地區(qū)通用的原材料制作成混凝土試件，并利用4.5J 高強(qiáng)回彈儀和5.5J 高強(qiáng)回彈儀測(cè)試試件的回彈值以及試件在不同齡期的抗壓強(qiáng)度。結(jié)合試驗(yàn)測(cè)試表明：

⑴高強(qiáng)混凝土試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)和普遍的認(rèn)知不太一致，尤其是強(qiáng)度等級(jí)高于C60 時(shí)，各個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的高強(qiáng)混凝土試件抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果波動(dòng)較大，出現(xiàn)了C80 和C85 混凝土試件強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果大于C90的現(xiàn)象。

⑵通過試驗(yàn)擬合出的測(cè)強(qiáng)曲線適用于該攪拌站生產(chǎn)的應(yīng)用于實(shí)際工程中的高強(qiáng)混凝土。

⑶利用4.5J 高強(qiáng)回彈儀和5.5J 高強(qiáng)回彈儀所測(cè)得的回彈值與高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性，用4.5J 高強(qiáng)回彈儀和5.5J 高強(qiáng)回彈儀來測(cè)試高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度具有一定的可靠性。