堆石壩自密實混凝土測強曲線擬合與誤差分析*

楊延玉，喻 林，肖 飛

(1.江蘇建研建設工程質(zhì)量安全鑒定有限公司，江蘇 南京 211800；2.河海大學力學與材料學院，江蘇 南京 210098)

0 引言

自密實混凝土為高性能混凝土，無須人工振搗，僅依靠自身重力可達到密實效果，且具有不離析、均勻性。堆石壩自密實混凝土為自密實混凝土的延伸，制備時首先將直徑較大且具有一定級配的塊石堆積，形成具有大量空隙的堆石體；然后在堆石體上部直接澆筑拌合完成的自密實混凝土，利用自密實混凝土流動性，使其充滿堆石體空隙；最后形成完整、設計指標(包括強度、抗?jié)B性等)達到要求的混凝土。混凝土抗壓強度是評價工程質(zhì)量的重要指標，檢測方法較多，但關于堆石壩自密實混凝土抗壓強度的研究較少。自密實混凝土抗壓強度對堆石壩整體抗壓強度具有較大影響，需進行深入研究。

本文以安徽省某中型水庫工程為依托，對堆石壩自密實混凝土測強曲線進行擬合，分析不同齡期測強曲線誤差及其隨齡期和碳化深度的變化規(guī)律。

1 試驗概況

1.1 原材料

1)骨料 粗骨料為公稱粒徑5～20mm的連續(xù)級配碎石，泥塊含量、堆積密度、針片狀顆粒含量、含泥量、表觀密度、空隙率均滿足JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應用技術規(guī)程》要求。細骨料采用細度模數(shù)為2.8的中砂，泥塊含量、堆積密度、含泥量、表觀密度、空隙率均滿足《自密實混凝土應用技術規(guī)程》要求。

2)水泥 采用試餅法測定水泥安定性，試餅表面未發(fā)現(xiàn)開裂等現(xiàn)象，水泥安定性判定為合格。在水泥標準稠度用水量試驗中，加水量為141.7mL，計算知水泥標準稠度用水量為28.3%。試驗測定水泥初凝時間為235min，終凝時間為305min。水泥3，28d抗折強度及抗壓強度等均滿足《自密實混凝土應用技術規(guī)程》要求。

3)粉煤灰 采用I級粉煤灰，細度、SO3含量、含水量、燒失量、需水量比均滿足《自密實混凝土應用技術規(guī)程》要求。

4)其他拌合物 使用生活飲用水拌合混凝土，外加劑包括緩凝劑、減水劑等，各材料性能均滿足《自密實混凝土應用技術規(guī)程》要求。

1.2 配合比

設計堆石壩自密實混凝土強度等級為C15，C20，C25，配合比如表1所示。

表1 堆石壩自密實混凝土配合比

試驗測得堆石壩自密實混凝土坍落度、擴展度、擴展時間等參數(shù)如表2所示，各參數(shù)均滿足《自密實混凝土應用技術規(guī)程》要求。

表2 堆石壩自密實混凝土工作性能測試結(jié)果

1.3 試驗過程

1)試塊制備與養(yǎng)護

設計混凝土養(yǎng)護齡期為14，28，42，56，72，90d，在各強度等級、齡期下制作6個標準立方體試塊(同批次成型)。分別進行標準養(yǎng)護與自然養(yǎng)護，試塊呈品字形擺放，試塊之間留有一定空隙。

2)混凝土試塊抗壓強度測試

采用ZC3-D型數(shù)顯回彈儀進行回彈試驗，并計算混凝土試塊抗壓強度推定值。采用JYE-2000W型壓力試驗機測試試塊抗壓強度，將加荷速度設為0.3～0.5MPa/s。

3)混凝土碳化深度測量

完成抗壓強度試驗后，利用1%～2%濃度酒精酚酞溶液測量混凝土碳化深度。

2 試驗結(jié)果

2.1 回彈值與抗壓強度

試塊回彈值平均值與抗壓強度平均值測試結(jié)果如表3所示。

2.2 碳化深度

不同齡期試塊混凝土碳化深度平均值如表4所示。

3 測強曲線擬合

混凝土測強曲線是研究回彈值Rm、碳化深度dm與抗壓強度fcu，e之間的關系，即利用回歸分析建立三者之間的函數(shù)關系。本文采用最小二乘法擬合混凝土測強曲線，擬合結(jié)果為：

(1)

為直觀地反映擬合函數(shù)曲線情況，分別繪制dm=0，3，6mm測強曲線，如圖1所示。以dm=2mm為例，對比分析普通混凝土測強曲線(fcu，e=0.033 4Rm1.940×10-0.0173dm)、自密實混凝土測強曲線(fcu，e=0.011 3Rm2.283×10-0.0163dm)與堆石壩自密實混凝土測強曲線的差異，結(jié)果如圖2所示。

4 測強曲線誤差分析

4.1 誤差變化規(guī)律

對3種混凝土測強曲線誤差進行分析，可知堆石壩自密實混凝土測強曲線誤差最小，相對誤差平均值為2.1%，相對標準差最大值為7.1%，滿足《自密實混凝土應用技術規(guī)程》要求；自密實混凝土測強曲線誤差較堆石壩自密實混凝土測強曲線大，相對誤差平均值為6.8%，相對標準差最大值為9.2%，滿足《自密實混凝土應用技術規(guī)程》要求；普通混凝土測強曲線誤差最大，不滿足《自密實混凝土應用技術規(guī)程》要求。

堆石壩自密實混凝土測強曲線誤差隨著碳化深度的增加而增大，擬合函數(shù)關系為：

y=3.42+0.16x

(2)

自密實混凝土測強曲線誤差隨著碳化深度的增加而減小，擬合函數(shù)關系為：

表3 試塊回彈值平均值與抗壓強度平均值

表4 混凝土碳化深度平均值 mm

圖1 堆石壩自密實混凝土測強曲線

圖2 3種混凝土測強曲線

y=-9.51+1.07x

(3)

隨著碳化深度的增加，普通混凝土測強曲線誤差越來越大。

4.2 現(xiàn)場驗證

開展現(xiàn)場堆石壩自密實混凝土抗壓強度回彈試驗，每個檢測部位選取10個測區(qū)，每個測區(qū)選取16個測點，按照規(guī)范方法計算抗壓強度推定值。按照規(guī)范規(guī)定方法進行堆石壩自密實混凝土碳化深度測量?，F(xiàn)場回彈試驗結(jié)束后，在相應測區(qū)鉆取不同齡期芯樣，每個齡期鉆取3個芯樣，芯樣直徑為100mm，芯樣切割、打磨和抗壓強度測試按照規(guī)范方法進行。現(xiàn)場試驗結(jié)果如表5所示。

表5 堆石壩自密實混凝土現(xiàn)場試驗結(jié)果

利用現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)計算堆石壩自密實混凝土測強曲線誤差，結(jié)果同樣表明，隨著碳化深度的增加，測強曲線誤差越來越大。

5 結(jié)語

1)采用回彈法測定堆石壩自密實混凝土抗壓強度時，抗壓強度推定值誤差可控制在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)，表明回彈法可用于檢測堆石壩自密實混凝土抗壓強度。

2)本文擬合的堆石壩自密實混凝土測強曲線相對誤差平均值為2.1%，相對標準差最大值為7.1%，滿足《自密實混凝土應用技術規(guī)程》要求，可用于計算堆石壩自密實混凝土抗壓強度。

3)堆石壩自密實混凝土測強曲線誤差隨著碳化深度的增加而增大，自密實混凝土測強曲線誤差隨著碳化深度的增加而減小，普通混凝土測強曲線誤差隨著碳化深度的增加而增大。