基于不同檢測方法的長齡期水工混凝土強(qiáng)度關(guān)系研究

張麗靜

(盤錦禹泰水利工程質(zhì)量檢測有限公司，遼寧 盤錦 124200)

大體積水工混凝土具有較高的溫度控制要求，一般會選用中熱、低熱硅酸鹽水泥或摻入適量的粉煤灰等，所以大多存在后期強(qiáng)度增長率高而早期強(qiáng)度較低的特點(diǎn)，為達(dá)到溫控防裂效果并充分發(fā)揮原材料特性，大體積水工混凝土的設(shè)計(jì)齡期大多選擇90d、180d、360d，故也稱為長齡期混凝土[1-2]。

一般地，以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下28d齡期的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊的抗壓強(qiáng)度作為混凝土質(zhì)量評定依據(jù)，而工程實(shí)踐中的混凝土結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)試件的養(yǎng)護(hù)環(huán)境、成型條件等具有較大差異，所以標(biāo)準(zhǔn)試塊的局限性比較明顯[3-4]。為客觀真實(shí)地反映長齡期混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，可采用無損檢測或鉆芯取樣的方法檢測混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對重要的混凝土構(gòu)件或結(jié)構(gòu)大多選用無損檢測法，鉆芯取樣作為一種破損性檢測方法其適用性較差[5]。目前，比較常用的無損檢測方法有垂直反射線法、超聲法、回彈法、射線法、超聲回彈法等，其中超聲回彈法具有精度較高、適用性強(qiáng)、優(yōu)勢互補(bǔ)、減少含水率和齡期影響等優(yōu)勢，并廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域[6-7]。

目前，對于超聲回彈綜合法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度國內(nèi)外許多工程技術(shù)人員和專家學(xué)者等開展了深入研究，尤其是地區(qū)測強(qiáng)曲線和專業(yè)測強(qiáng)曲線的研究成果比較豐碩[8-10]，但應(yīng)用抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)法和超聲回彈法研究水工混凝土強(qiáng)度關(guān)系還鮮有報(bào)道。文章通過研究現(xiàn)場混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和超聲回彈綜合法檢測的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件強(qiáng)度，探討了長齡期混凝土強(qiáng)度關(guān)系及養(yǎng)護(hù)條件對試樣力學(xué)性能的影響。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料主要有：葫蘆島市渤海水泥廠生產(chǎn)的P·O 42.5級普通硅酸鹽水泥；綏中電廠生產(chǎn)的F類Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度20.5，摻量20%；粗骨料選用灰?guī)r人工碎石，其石粉含量10.6%，中石、小石級配均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)2.80的人工砂；泵送劑選用BZK-6高效泵送劑，摻量1.2%。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容

混凝土立方體試件的制備參數(shù)及材料與現(xiàn)場構(gòu)件相同，泵送混凝土配合比，見表1。在室內(nèi)標(biāo)養(yǎng)成型試件，待養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后再用抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)法和超聲回彈綜合法檢測；現(xiàn)場混凝土構(gòu)件達(dá)到規(guī)定齡期后沿澆筑塊水平向大致均勻布設(shè)6個(gè)點(diǎn)，將表面清除干凈后再用超聲回彈綜合法檢測。

表1 泵送混凝土配合比

采用規(guī)范推薦的抗壓強(qiáng)度換算公式計(jì)算第i個(gè)測區(qū)或試塊的抗壓強(qiáng)度值f0、f1、f2，其表達(dá)式如下：

(1)

式中：vai、Rai為第i個(gè)測區(qū)或試塊的混凝土波速值，km/s和混凝土回彈值，MPa。

2 結(jié)果與分析

2.1 長齡期水工混凝土強(qiáng)度

表2 長齡期混凝土抗壓強(qiáng)度

從表2可以看出，針對室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)立方體試塊利用抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)法、超聲回彈綜合法檢測的7～360d強(qiáng)度為23.6～49.5MPa和17.1～38.8MPa(換算值)，現(xiàn)場混凝土構(gòu)件利用超聲回彈綜合法檢測的7～360d強(qiáng)度為22.1～42.6MPa(換算值)。可見，超聲回彈法的強(qiáng)度換算值低于抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)法檢測值，其中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)立方體試塊的超聲回彈強(qiáng)度最低。不同檢測方法的混凝土齡期與強(qiáng)度關(guān)系曲線，混凝土齡期與強(qiáng)度關(guān)系曲線，見圖1。

圖1 混凝土齡期與強(qiáng)度關(guān)系曲線

表3 長齡期混凝土強(qiáng)度增長率

由表3可知，不同方法檢測的長齡期混凝土強(qiáng)度增長率存在明顯差異。具體而言，針對室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)立方體試塊利用抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)法、超聲回彈綜合法檢測的7～360d強(qiáng)度增長率為66.3%～139.0%和75.7%～171.7%，現(xiàn)場混凝土構(gòu)件利用超聲回彈綜合法檢測的7～360d強(qiáng)度增長率為77.8%～150.0%，不同檢測方法的混凝土齡期與強(qiáng)度增長率關(guān)系曲線，混凝土齡期與強(qiáng)度增長率關(guān)系曲線，見圖2。

圖2 混凝土齡期與強(qiáng)度增長率關(guān)系曲線

從圖12可以看出，超聲回彈的現(xiàn)場構(gòu)件抗壓強(qiáng)度值高于相同方法獲取的室內(nèi)標(biāo)養(yǎng)試樣強(qiáng)度，并表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。一般地，由于養(yǎng)護(hù)環(huán)境的差異，現(xiàn)場自然養(yǎng)護(hù)的混凝土構(gòu)件強(qiáng)度低于室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的各齡期強(qiáng)度，但利用超聲回彈綜合法檢測的結(jié)果與之相反，這是由于室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境相對于自然環(huán)境而言具有較大的濕度，并且室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的濕度、溫度均衡，這種溫度、濕度差異對混凝土構(gòu)件或試件含水率造成直接影響，并進(jìn)一步對超聲回彈綜合法檢測結(jié)果帶來影響[11]。結(jié)合圖1、圖2變化曲線，立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)法和超聲回彈綜合法檢測的混凝土強(qiáng)度及增長率均近似于對數(shù)增長曲線，應(yīng)用最小二乘法回歸分析強(qiáng)度及強(qiáng)度增長率，齡期與混凝土強(qiáng)度、增長率回歸方程，見表4。

表4 齡期與混凝土強(qiáng)度、增長率回歸方程

結(jié)合表4中相關(guān)系數(shù)及回歸方程可知，長齡期混凝土強(qiáng)度的增長規(guī)律不會因檢測方法的差異而發(fā)生改變，雖然不同方法的強(qiáng)度檢測結(jié)果存在一定差異，但并不會改變混凝土固有的規(guī)律性，齡期與混凝土強(qiáng)度及強(qiáng)度增長率表現(xiàn)出對數(shù)增長關(guān)系，相關(guān)系數(shù)>0.90，所生成的回歸方程可以較好地預(yù)報(bào)、預(yù)警同類混凝土強(qiáng)度[12-14]。

2.2 不同檢測方法的強(qiáng)度關(guān)系

根據(jù)表2的檢測數(shù)據(jù)，對同一組室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的混凝土試件利用立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)法和超聲回彈綜合法檢測的強(qiáng)度值具有明顯差異，為進(jìn)一步驗(yàn)證現(xiàn)場無損檢測混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)超聲回彈綜合法的檢測精度，可以分析立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)法和超聲回彈綜合法檢測的混凝土強(qiáng)度關(guān)系，在此基礎(chǔ)上生成數(shù)學(xué)關(guān)系模型，并利用超聲回彈法確定現(xiàn)場構(gòu)件強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土試件強(qiáng)度關(guān)系模型確定超聲回彈的自然養(yǎng)護(hù)環(huán)境下構(gòu)件換算強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)長齡期混凝土強(qiáng)度關(guān)系模型。

1)根據(jù)超聲回彈強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)法檢測結(jié)果，建立標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下兩種方法的長齡期混凝土強(qiáng)度關(guān)系曲線，超聲回彈綜合法換算強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線，見圖3。

圖3 超聲回彈綜合法換算強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線

采用最小二乘法指數(shù)回歸分析不同方法檢測的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)長齡期混凝土強(qiáng)度關(guān)系，建立回歸方程如下：

f1=9.510e0.028f0

(2)

2)根據(jù)超聲回彈綜合法的自然養(yǎng)護(hù)混凝土構(gòu)件換算強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土強(qiáng)度關(guān)系[13-18]，現(xiàn)場混凝土構(gòu)件與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土換算強(qiáng)度關(guān)系曲線，見圖4。

圖4 現(xiàn)場混凝土構(gòu)件與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土換算強(qiáng)度關(guān)系曲線

采用最小二乘法指數(shù)回歸分析自然養(yǎng)護(hù)混凝土構(gòu)件強(qiáng)度和室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土強(qiáng)度(超聲回彈綜合法)的關(guān)系，建立回歸方程如下：

f2=0.92f1

(3)

3)將公式(2)、(3)做進(jìn)一步處理，可以建立室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)立方體抗壓強(qiáng)度與現(xiàn)場混凝土構(gòu)件換算強(qiáng)度(超聲回彈綜合法)之間的關(guān)系式：

f2=8.749e0.028f0+6.6

(4)

3 結(jié) 論

1)采用超聲回彈檢測的各齡期試樣強(qiáng)度換算值低于抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)方法檢測值，其中，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)立方體標(biāo)準(zhǔn)試件的超聲回彈值最低。不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境下濕度、溫度等因素差異，使得超聲回彈綜合法檢測的現(xiàn)場混凝土構(gòu)建高于相同檢測方法得到的室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土立方實(shí)體各齡期強(qiáng)度。

2)長齡期混凝土強(qiáng)度的增長規(guī)律不會因檢測方法的差異而發(fā)生改變，雖然不同方法的強(qiáng)度檢測結(jié)果存在一定差異，但并不會改變混凝土固有的規(guī)律性，齡期與混凝土強(qiáng)度及強(qiáng)度增長率表現(xiàn)出對數(shù)增長關(guān)系。

3)基于兩種方法檢測的長齡期混凝土強(qiáng)度，利用最小二乘法建立數(shù)學(xué)計(jì)算模型，并在此基礎(chǔ)上建立室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)立方體抗壓強(qiáng)度與現(xiàn)場混凝土構(gòu)件換算強(qiáng)度之間的關(guān)系式。