李　彪

(湖南省永吉高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙　410004)

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中低強(qiáng)度等級(jí)高性能化混凝土地方測(cè)強(qiáng)曲線研究

李彪

(湖南省永吉高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙410004)

中低強(qiáng)度等級(jí)高性能化混凝土由于大量摻合料的摻入，導(dǎo)致其表面硬度降低，由于配制技術(shù)的改進(jìn)，國(guó)家統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線已不再適用?；谑覂?nèi)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，驗(yàn)證了國(guó)家統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線已不再適用中低強(qiáng)度等級(jí)高性能化混凝土，建立了湖南地區(qū)中低強(qiáng)度等級(jí)高性能化混凝土回彈測(cè)強(qiáng)曲線，工程實(shí)例證明其吻合良好。有利于業(yè)主、質(zhì)量監(jiān)督部門加強(qiáng)對(duì)中低強(qiáng)度等級(jí)高性能化混凝土質(zhì)量的監(jiān)控，為我國(guó)相關(guān)規(guī)范的修改完善具有重要的參考價(jià)值。

中低強(qiáng)度等級(jí)； 高性能化混凝土； 測(cè)強(qiáng)曲線； 回彈法； 適用性

0　引言

高性能化混凝土是高性能混凝土向中低強(qiáng)混凝土的延伸，強(qiáng)度等級(jí)在C20～C40之間，根據(jù)結(jié)構(gòu)混凝土工程所處環(huán)境并以混凝土耐久性為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，同時(shí)兼顧到混凝土的工作性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)配制而成。目前在公路、橋梁、房建、水(港)工等混凝土工程中大量推廣使用。考慮高性能化混凝土的強(qiáng)度等級(jí)較低，在其配制過(guò)程中一般摻入了20%～45%的礦物摻合料，有時(shí)高達(dá)70%。由于大量礦物摻合料的加入，混凝土的密實(shí)度大大提高，混凝土28 d齡期的強(qiáng)度有較大幅度增長(zhǎng)，但其表面硬度反而大大降低。而質(zhì)檢部門在現(xiàn)場(chǎng)評(píng)定混凝土構(gòu)件的質(zhì)量時(shí)，一般情況下還是以《回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T23 — 2011)獲取混凝土的強(qiáng)度值來(lái)作為評(píng)定指標(biāo)，而大量的研究成果表明：摻摻合料的高性能化混凝土及高性能混凝土由于表面硬度的降低，采用回彈法來(lái)評(píng)定混凝土的強(qiáng)度時(shí)，評(píng)定值較實(shí)測(cè)值低5～10 MPa左右，因此我國(guó)現(xiàn)行的《回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》已經(jīng)不能評(píng)定摻摻合料的高性能化混凝土及高性能混凝土，基于此，許多省份和地區(qū)(如北京、深圳、開封、武漢、浙江、青島等)均已開展了適合本地區(qū)的高性能化混凝土及高性能混凝土測(cè)強(qiáng)曲線研究，而湖南省目前在此方面尚屬空白，基于永吉高速公路橋隧比例達(dá)60%以上，C20至C55混凝土總方量達(dá)235.5萬(wàn)m3，其中C30、C40混凝土的總方量就達(dá)120萬(wàn)m3。因此開展湖南地區(qū)高性能化混凝土地方測(cè)強(qiáng)曲線研究，完善湖南地區(qū)高性能化混凝土結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量驗(yàn)收、評(píng)定及高性能化混凝土的質(zhì)量控制體系具有重要意義。同時(shí)也為我國(guó)相應(yīng)規(guī)范的修訂積累原始技術(shù)數(shù)據(jù)具有重要的參考價(jià)值。

1　原材料及試驗(yàn)方法

1.1原材料

水泥： 湖南長(zhǎng)沙坪塘水泥廠生產(chǎn)的PO·42.5普通硅酸鹽水泥，水泥物理力學(xué)性能及化學(xué)組成具體指標(biāo)見表1、表2。

表1 水泥的物理力學(xué)性能Table1 Physicalandmechanicalpropertiesofcement細(xì)度/%比表面積/(m2·kg-1)標(biāo)準(zhǔn)稠度/%安定性凝結(jié)時(shí)間/min抗折強(qiáng)度/MPa抗壓強(qiáng)度/MPa初凝終凝3d28d3d28d0.534025.4合格1352155.99.422.750.5

表2 水泥的化學(xué)組成Table2 Chemicalcompositionofcement化學(xué)成分含量化學(xué)成分含量SiO221.38MgO2.15Al2O35.63SO31.75Fe2O33.65Na2O1.02CaO63.72燒失量0.97

礦物摻和料： 選用湘潭電力粉煤灰粉開發(fā)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰、湖南產(chǎn)磨細(xì)礦粉，具體性能指標(biāo)見表3。

表3 礦物摻合料的物理性能Table3 Physicalpropertiesofmineraladmixture摻合料種類細(xì)度/%燒失量/%需水量比/%表觀密度/(g·cm-3)含水量/%活性指數(shù)/%7d28d粉煤灰18.13.81032.2700.17496礦渣2.70.85962.9400.38398

細(xì)集料： 選用湖南湘江普通河沙，根據(jù)《建筑用沙》(GB/T 14684 — 2001)測(cè)定，該批河沙顆粒級(jí)配合格，細(xì)度模數(shù)為2.69，表觀密度、堆積密度分別為2551、1547 kg/m3，含泥量為1.34%，粒徑0.15～4.75 mm。

粗集料： 選用湖南地區(qū)常見碎石，符合5～30 mm連續(xù)級(jí)配要求，含泥量為1.2%，表觀密度、堆積密度分別為2498、1480 kg/m3。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中使用的回彈儀、壓力試驗(yàn)機(jī)等與試驗(yàn)有關(guān)的設(shè)備、儀器工作時(shí)處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。當(dāng)試塊達(dá)到28 d養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)，取出并按《回彈法評(píng)定混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ23 — 2011)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行回彈值的測(cè)試。測(cè)試前首先將試塊放置于壓力試驗(yàn)機(jī)的上、下承壓板之間，并在測(cè)試過(guò)程中始終保持試塊承受100 kN的預(yù)壓力，使用回彈儀測(cè)試時(shí)，回彈儀始終處于水平狀態(tài)。每個(gè)試塊共測(cè)試16個(gè)回彈值。測(cè)試過(guò)程如圖1所示。

圖1　回彈值測(cè)試

測(cè)試回彈值后，根據(jù)現(xiàn)行國(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)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試[5]，試驗(yàn)過(guò)程如圖2所示。

圖2　抗壓強(qiáng)度測(cè)試

抗壓強(qiáng)度測(cè)試后取出破壞后的混凝土試塊，將其表面剝落層清除，并噴灑酒精酚酞試劑，未變紅色的部分即為碳化部分，使用碳化深度儀測(cè)試其碳化深度，試驗(yàn)過(guò)程如圖3所示。

1.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

為了建立湖南省地區(qū)高性能話混凝土地方測(cè)強(qiáng)曲線，每一個(gè)配合比設(shè)計(jì)6個(gè)試塊并測(cè)試其回彈值、抗壓強(qiáng)度值以及碳化值。其中，回彈值的處理是將測(cè)得的16個(gè)回彈值中的3個(gè)最小值和3個(gè)最大值分別剔除后，取剩下的10個(gè)回彈值作為有效回彈值，并取其平均值作為該混凝土試塊的回彈代表值。

圖3　碳化值測(cè)試

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1高性能化混凝土配合比設(shè)計(jì)

在高性能化混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域中，以樁基礎(chǔ)、立柱混凝土結(jié)構(gòu)較多，其設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)大多為C20、C25，因此，本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了C20、C25高性能化混凝土6組不同配合比，其中未摻礦物摻合料編號(hào)為1#；單摻粉煤灰組，摻量分別為10%、20%，編號(hào)為2#、3#；單摻礦粉組，摻量分別為10%、20%，編號(hào)為4#、5#；復(fù)摻粉煤灰與礦渣(比例4∶1)組，摻量為20%，編號(hào)為6#，具體配合比如表4所示。

表4 混凝土配合比Table4 Proportioningofcementconcrete試樣編號(hào)水膠比水泥/(kg·m-3)水/(kg·m-3)石子/(kg·m-3)1#0.5534018711052#0.5030617011053#0.5027217011054#0.5530618711055#0.5527218711056#0.502721701105砂子/(kg·m-3)粉煤灰/(kg·m-3)礦粉/(kg·m-3)砂率/%7760(0%)0(0%)4177634(10%)0(0%)4177668(20%)0(0%)417760(0%)34(10%)417760(0%)68(20%)4177654.4(16%)13.6(4%)41

各組混凝土試塊標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后的抗壓強(qiáng)度值、回彈值及碳化深度值見如表5所示。表5的試驗(yàn)結(jié)果表明，摻10%、20%礦物摻合料的高性能化混凝土均能達(dá)到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度等級(jí)要求，且其和易性優(yōu)良，坍落度均能達(dá)到120～140 mm。

表5 測(cè)強(qiáng)曲線原始數(shù)據(jù)Table5 Theoriginaldataofstrengthtestcurve試件編號(hào)回彈值Ri抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu,i/MPa碳化深度/mm1#—0130.236.4401#—0230.038.2701#—0330.636.8401#—0429.935.0401#—0529.136.0101#—0628.933.1602#—0128.427.6202#—0229.124.9902#—0328.228.4602#—0427.926.3502#—0528.427.5802#—0629.029.200.23#—0129.528.8903#—0230.130.1203#—0329.629.0003#—0429.829.0803#—0529.629.0003#—0630.430.4204#—0130.030.1004#—0229.529.5704#—0330.932.1504#—0430.330.8904#—0530.230.6704#—0629.931.2405#—0130.731.6705#—0231.232.1505#—0332.334.5805#—0430.231.0305#—0530.931.9105#—0629.731.8006#—0130.930.6706#—0230.529.8306#—0331.131.0706#—0429.228.4906#—0529.629.5006#—0631.531.280

2.2C20、C30高性能化混凝土回彈值適用性比較

基于表5的回彈值，按照國(guó)家統(tǒng)一冪函數(shù)(fcu=0.0345R1.9400)及國(guó)家統(tǒng)一指數(shù)函數(shù)(fcu=5.1392e0.053 5 R)對(duì)C20、C30高性能化混凝土的測(cè)強(qiáng)值進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表6。

根據(jù)《回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T23 — 2011)給出的公式計(jì)算強(qiáng)度平均相對(duì)誤差δ和強(qiáng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er。

強(qiáng)度平均相對(duì)誤差δ的計(jì)算公式為：

表6 國(guó)家統(tǒng)一曲線測(cè)強(qiáng)值Table6 Unificationcurvestrengthtestvalueofcountry試件編號(hào)強(qiáng)度換算值fccu,i/MPa統(tǒng)一冪函測(cè)強(qiáng)值fccu,i/MPa統(tǒng)一指數(shù)函數(shù)測(cè)強(qiáng)值fccu,i/MPa1#—0123.625.6525.861#—0223.325.3225.581#—0324.326.3126.421#—0423.225.1525.451#—0522.023.8724.381#—0621.723.5524.122#—0120.922.7623.482#—0222.023.8724.382#—0320.622.4523.232#—0420.121.9922.862#—0520.922.7623.482#—0621.823.7124.253#—0122.524.5124.913#—0223.525.4825.723#—0322.724.6725.043#—0423.024.9925.313#—0522.724.6725.043#—0623.925.9826.144#—0123.325.3225.584#—0222.524.5124.914#—0324.726.8126.844#—0423.725.8126.004#—0523.625.6525.864#—0623.125.1525.455#—0124.526.4826.565#—0225.227.3227.285#—0327.029.2228.935#—0423.625.6525.865#—0524.726.8126.845#—0622.824.8325.176#—0124.726.8126.846#—0224.126.1426.286#—0325.027.1527.136#—0422.124.0224.516#—0522.724.6725.046#—0625.727.8327.72

強(qiáng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er的計(jì)算公式為：

采用強(qiáng)度平均相對(duì)誤差δ和強(qiáng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er計(jì)算公式，基于表6的結(jié)果進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表7。

由表7計(jì)算結(jié)果可知: 使用國(guó)家統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，強(qiáng)度平均相對(duì)誤差δ均大于15.0%，強(qiáng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er均大于18%，遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家的規(guī)范要求值，且使用國(guó)家統(tǒng)一混凝土強(qiáng)度換算表時(shí)，強(qiáng)度平均相對(duì)誤差δ及強(qiáng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er均超過(guò)規(guī)定值的2倍。由此可見，采用國(guó)家統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線對(duì)高性能化混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行預(yù)測(cè)，其準(zhǔn)確度較低，非常有必要建立湖南地區(qū)高性能化混凝土回彈法標(biāo)準(zhǔn)測(cè)強(qiáng)曲線。

表7 強(qiáng)度相對(duì)誤差及標(biāo)準(zhǔn)差Table7 Relativeerrorandstandarddeviationofstrength國(guó)家統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)公式強(qiáng)度平均相對(duì)誤差δ/%強(qiáng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er/%混凝土強(qiáng)度換算表33.635.9國(guó)家統(tǒng)一冪函數(shù)測(cè)強(qiáng)曲線22.925.5國(guó)家統(tǒng)一指數(shù)函數(shù)測(cè)強(qiáng)曲線21.424.0

2.3湖南地區(qū)C20、C30高性能化混凝土擬合測(cè)強(qiáng)曲線的建立

對(duì)表5的試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用回彈法測(cè)強(qiáng)線性函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)進(jìn)行了擬合，各擬合公式及精度參數(shù)如表8所示。擬合結(jié)果表明：新建立的擬合曲線較回彈法國(guó)家統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線平均相對(duì)誤差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差都較小，且公式的相關(guān)系數(shù)均相對(duì)較高。

表8 各擬合公式精度Table8 Accuracyoffittingformulas擬合公式平均相對(duì)誤差/%相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差/%相關(guān)系數(shù)fccu,i=1.0204R-2.74107.6910.310.8848fccu,i=1.2528R0.96197.6210.410.8842fccu,i=15.4635e0.0255R7.8310.540.8594

2.4試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證湖南地區(qū)高性能化混凝土回彈法擬合測(cè)強(qiáng)函數(shù)的準(zhǔn)確性，結(jié)合在建的湖南永吉高速公路混凝土結(jié)構(gòu)工程，選取了澆筑齡期為28 d的樁基、承臺(tái)、及墩柱等構(gòu)件進(jìn)行了回彈法檢測(cè)，并采用回彈法測(cè)強(qiáng)線性函數(shù)進(jìn)行了強(qiáng)度推定，推定值與實(shí)測(cè)值見表9。表9的結(jié)果表明：兩者的吻合度非常高。

表9 選取構(gòu)件的回彈值及強(qiáng)度值Table9 Thereboundvalueandstrengthvalueofselectedcomponents工程構(gòu)件及編號(hào)強(qiáng)度推定值實(shí)測(cè)28d強(qiáng)度工程構(gòu)件及編號(hào)強(qiáng)度推定值實(shí)測(cè)28d強(qiáng)度樁基—136.237.2承臺(tái)—241.939.1樁基—235.636.6墩柱—144.345.2承臺(tái)—140.642.7墩柱—246.245.9 注:按回彈法測(cè)強(qiáng)線性函數(shù)進(jìn)行推定。

3　結(jié)語(yǔ)

① 適用性比較驗(yàn)證表明：混凝土國(guó)家統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線已不適用于中低強(qiáng)度等級(jí)的高性能化混凝土的強(qiáng)度檢驗(yàn)，開展不同地區(qū)中低強(qiáng)度等級(jí)的高性能化混凝土的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)強(qiáng)曲線研究，對(duì)有效評(píng)估混凝土結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量意義重大。

② 建立了湖南地區(qū)中低強(qiáng)度等級(jí)高性能化混凝土地方回彈測(cè)強(qiáng)曲線，有利于業(yè)主、質(zhì)量監(jiān)督部門加強(qiáng)對(duì)中低強(qiáng)度等級(jí)高性能化混凝土質(zhì)量監(jiān)控。

③ 結(jié)合在建的湖南永吉高速公路，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證了已建回彈測(cè)強(qiáng)曲線的吻合度較高，對(duì)后續(xù)質(zhì)量監(jiān)控具有重要的參考價(jià)值。

[1]國(guó)家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心.混凝土無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[M].北京:中國(guó)建材出版社,2009.

[2]劉漢勇, 趙尚傳, 王建生. 甌江大橋混凝土回彈法專用測(cè)強(qiáng)曲線研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào), 2015, 48(1): 41-48.

[3]張?jiān)ゴ?王亞軍,王茂杰,等.泵送混凝土回彈測(cè)強(qiáng)曲線試驗(yàn)研究[J]. 混凝土, 2013(7): 144-148.

[4]JGJ/T23-2011,中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[S].

[5]GB/T 50082-2009, 普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6]景兆欣. C20～C30高性能化混凝土質(zhì)量控制技術(shù)研究[D]. 長(zhǎng)沙:中南林業(yè)科技大學(xué), 2015.

Research on the Local Strength Test Curve of Medium and Low Strength Grade High-performance Concrete

LI Biao

(Yongji Hunan Expressway Construction and Development Company Limited, Changsha, Hunan 410004, China)

Due to the incorporation of large numbers of admixture, the surface hardness of the medium and low strength grade high-performance concrete to high-performance is decreased, and the national unified strength curve is no longer applicable with the improvement of the preparation technology. Based on the laboratory experiment and field test, verified the national unified test curve is no longer applicable, established medium and low strength grade high-performance concrete rebound strength curve of Hunan area, and the engineering examples prove its are in good agreement. It is conducive to the owners and quality supervision departments to strengthen the monitoring of concrete, also has an important reference value for the improvement of relevant norms of our country.

medium and low strength grade; high-performance concrete; strength test curve; rebound method; applicability

2016 — 07 — 05

湖南省交通運(yùn)輸廳科技進(jìn)步與創(chuàng)新項(xiàng)目(201212)

李彪(1971 — )，男，湖南長(zhǎng)沙人，工程師，研究方向：公路與橋梁。

U 414.1+8

A

1674 — 0610(2016)04 — 0202 — 05