姚利郎

（山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原 030012）

1 概述

現(xiàn)階段公路橋隧混凝土工程中，混凝土的質(zhì)量檢測(cè)主要有標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件法、回彈檢測(cè)和鉆芯取樣等方法，混凝土質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)采用試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)法。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)主要評(píng)價(jià)混凝土材料特定條件（溫度、濕度固定）下可以達(dá)到的能力，回彈檢測(cè)、鉆芯檢測(cè)主要針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體質(zhì)量。從實(shí)際使用情況看，回彈法適用于齡期14～1 000 d，抗壓強(qiáng)度10～60 MPa的普通混凝土，精度較低，鉆芯法對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)造成一定損傷，且在鋼筋密集的混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)施中困難較大，多在混凝土試件強(qiáng)度評(píng)定有問(wèn)題時(shí)用作驗(yàn)證。工程上我們更關(guān)注混凝土由材料轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)的實(shí)體質(zhì)量，混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體質(zhì)量受制于混凝土組成材料、配合比、施工過(guò)程及所在環(huán)境的溫度、濕度、風(fēng)力等條件影響。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50204—2015[1]混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范，增加用同條件養(yǎng)護(hù)方法檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)體強(qiáng)度?？紤]公路混凝土結(jié)構(gòu)施工環(huán)境的特殊性，本文以某項(xiàng)目羅圈堡大橋C50梁板預(yù)制工程為背景，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)和同條件養(yǎng)護(hù)等效齡期系列試驗(yàn)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)比用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件評(píng)定混凝土質(zhì)量的代表性，確定同條件試驗(yàn)方法評(píng)定公路混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體質(zhì)量的有效性，為行業(yè)規(guī)范修訂提供試驗(yàn)依據(jù)。

2 試驗(yàn)方案

2.1 設(shè)計(jì)要求

羅圈堡大橋中心樁號(hào)K101+885，上部結(jié)構(gòu)采用8孔35 m先簡(jiǎn)支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，橋梁全長(zhǎng)287 m。上部結(jié)構(gòu)預(yù)制梁采用C50混凝土，混凝土中總堿含量不大于1.8 kg/m3，氯離子總量不得超過(guò)膠凝材料總量0.06%。預(yù)制梁在澆筑混凝土過(guò)程中，應(yīng)隨機(jī)取樣制作標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和實(shí)體檢測(cè)及施工用混凝土強(qiáng)度、彈性模量試件，應(yīng)從構(gòu)件不同部位分別進(jìn)行取樣，實(shí)體強(qiáng)度及施工試件應(yīng)隨梁體或在同條件下振動(dòng)成型、養(yǎng)護(hù)，28 d標(biāo)準(zhǔn)試件按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)辦理。

2.2 原材料主要技術(shù)指標(biāo)

水泥：山西吉港冠宇 P.O52.5，比表面積352 kg/m2，3 d 抗壓強(qiáng)度 32.8 MPa，28 d 抗壓強(qiáng)度56.0 MPa，堿含量0.44%，氯離子含量0.029%；細(xì)集料：混合砂劉家豪機(jī)制砂占58%，麻鎮(zhèn)天然砂占42%，組合后細(xì)度模數(shù)2.81，含泥量3.0%；粗集料：劉家豪碎石摻配組成5～20 mm連續(xù)級(jí)配，壓碎值19.8%，針片狀5.6%；外加劑：山西ART-1聚羧酸高性能減水劑，減水率30%；粉煤灰：內(nèi)蒙準(zhǔn)大電廠Ⅰ級(jí)，活性指數(shù)78.9%。

2.3 配合比及主要性能指標(biāo)

設(shè)計(jì)配合比：mc∶mf∶ms∶mg∶mw∶ma=369∶81∶705∶1 103∶162∶5.85，水膠比（W/B）0.36，表觀密度2 440 kg/m3，塌落度160～200 mm，強(qiáng)度R7=54.3 MPa，R28=63.1 MPa，彈性模量 Ec28=5.13×104MPa，混凝土中總堿含量1.689 kg/m3，氯離子占膠凝材料總量0.037%。

2.4 試驗(yàn)技術(shù)條件

a）試件制作及養(yǎng)護(hù) 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件在拌合站取樣，每片梁制作150×150×150立方體試件3組，脫模后進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)生28 d，用于混凝土質(zhì)量評(píng)定；同條件試件在預(yù)制場(chǎng)梁板施工過(guò)程隨機(jī)取樣制作150×150×150立方體試件2～3組，一組用于同條件等效齡期試驗(yàn)，另外1～2組用于混凝土預(yù)應(yīng)力張拉條件控制。試驗(yàn)件現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生放置于箱梁側(cè)面，隨梁板養(yǎng)護(hù)。梁板張拉調(diào)運(yùn)后，等效齡期試件，移至附近試樣架自然養(yǎng)生，集中管理，以免丟損。

b）日平均溫度確定 考慮天氣實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化的無(wú)規(guī)律性，方便與歷史查詢統(tǒng)一，同條件養(yǎng)護(hù)試件的日平均溫度取當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站公布的日最高溫度與最低溫度的平均值。平均溫度為0℃及以下的齡期不計(jì)入。

c）等效齡期 實(shí)體強(qiáng)度檢測(cè)試件的等效養(yǎng)護(hù)齡期，取混凝土的成熟度達(dá)到600℃·d，所對(duì)應(yīng)的齡期。水泥膠體的固化和混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)很大程度上取決于養(yǎng)護(hù)環(huán)境的熱工效應(yīng)，表現(xiàn)為時(shí)間-溫度曲線下的積分面積（累積溫度），即成熟度，其量綱為（℃·d）。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的溫度為20℃，齡期是28 d，故成熟度是560℃·d。同條件養(yǎng)護(hù)反映的結(jié)構(gòu)實(shí)際環(huán)境受到大氣溫度和養(yǎng)護(hù)條件的限制，難以保證20℃的恒溫條件，從熱工效應(yīng)的角度，如能保證接近560的成熟度，則熱工對(duì)強(qiáng)度增長(zhǎng)的影響基本可以“等效”。試驗(yàn)取成熟度為600的相應(yīng)齡期為等效養(yǎng)護(hù)齡期。

d）等效齡期的范圍 試驗(yàn)確定等效齡期為混凝土成熟度600±10℃·d，對(duì)應(yīng)齡期，且等效養(yǎng)護(hù)齡期時(shí)間，不應(yīng)小于14 d，超過(guò)60 d。由于氣溫變化的無(wú)規(guī)律以及求平均值等原因，要恰好達(dá)到600℃·d時(shí)試驗(yàn)是很困難的，以數(shù)值范圍控制。14 d以內(nèi)的齡期尚處于強(qiáng)度的早期快速增長(zhǎng)階段，強(qiáng)度值尚不穩(wěn)定，離差大而缺乏代表性，故等效養(yǎng)護(hù)齡期不得小于14 d。同條件試件的比表面積（混凝土表面積與體積之比）很大，養(yǎng)護(hù)后期失水嚴(yán)重，強(qiáng)度可能不升反降，到90 d后比較明顯，試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，確定等效養(yǎng)護(hù)齡期不宜超過(guò)60℃·d。北方地區(qū)的秋冬季節(jié)，由于持續(xù)降溫，同條件養(yǎng)護(hù)試件往往在成熟度未達(dá)600℃·d時(shí)就已達(dá)到等效養(yǎng)護(hù)齡期的限值60℃·d，因而發(fā)生驗(yàn)收齡期的困難。這里600℃·d的成熟度必須保證，因?yàn)槌墒於龋ǚe溫）對(duì)強(qiáng)度的發(fā)展具有更重要的影響，齡期或成熟度對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的影響是先快后慢，先強(qiáng)后弱。到28 d齡期或600℃·d的成熟度時(shí)，實(shí)際上已進(jìn)入強(qiáng)度增長(zhǎng)停滯期，即使有些誤差，對(duì)強(qiáng)度值的影響也不會(huì)太大。

e）同條件試件強(qiáng)度的代表性 同條件養(yǎng)護(hù)試件與結(jié)構(gòu)實(shí)體的混凝土具有幾乎完全一致的原材料質(zhì)量、配合比組成、攪拌運(yùn)輸工藝以及養(yǎng)護(hù)條件，溫度差異引起熱工效應(yīng)的影響已由成熟度所反映的等效養(yǎng)護(hù)齡期考慮。同條件養(yǎng)護(hù)試件與結(jié)構(gòu)實(shí)體的最大差別在于比表面積，即混凝土表面積與其體積的比值，試件的比表面積大得多，同條件養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度一般均小于其所代表的結(jié)構(gòu)混凝土實(shí)際的強(qiáng)度。試驗(yàn)表明，比表面積不同，濕度差異引起的影響大約為4%～6%，用同條件試件代表實(shí)體強(qiáng)度偏于安全的。

f）質(zhì)量控制 每片梁出場(chǎng)吊裝前，需用回彈法驗(yàn)證實(shí)體強(qiáng)度，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%后方可放行，本項(xiàng)目回彈檢測(cè)齡期為7～10 d。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 日平均氣溫

試驗(yàn)采用中國(guó)天氣網(wǎng)，考慮氣溫的動(dòng)態(tài)變化，每天上午采集前一天的確定當(dāng)?shù)刈罡?、最低氣溫，?jì)算平均值，作為混凝土成熟度計(jì)算溫度。統(tǒng)計(jì)時(shí)間從羅圈堡大橋第一片箱梁預(yù)制開始時(shí)間2016年5月14日，連續(xù)記錄至最后一片梁成熟度達(dá)到600℃·d的時(shí)間2016年10月20日。平均氣溫曲線見圖1。

圖1 預(yù)制場(chǎng)氣溫變化曲線

3.2 積溫曲線圖

箱梁預(yù)制場(chǎng)的連續(xù)累積溫度曲線，統(tǒng)計(jì)區(qū)間2016-05-14—2016-10-20的積溫曲線見圖2。

圖2 預(yù)制場(chǎng)積溫曲線

3.3 抗壓分布曲線圖

羅圈堡大橋箱梁試件（標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、同條件養(yǎng)護(hù)）抗壓強(qiáng)度分布見圖3。

圖3 羅圈堡橋箱梁抗壓強(qiáng)度分布曲線

3.4 試件強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析

箱梁混凝土試件分標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和同條件養(yǎng)護(hù)兩種，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)每片梁制件3組，養(yǎng)護(hù)齡期28 d，同條件試件每片梁制件1組，養(yǎng)護(hù)齡期為混凝土成熟度達(dá)到600℃·d對(duì)應(yīng)齡期，統(tǒng)計(jì)情況見表1。

表1 試驗(yàn)強(qiáng)度結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.5 實(shí)體強(qiáng)度檢測(cè)

箱梁吊裝上橋前實(shí)體強(qiáng)度檢測(cè)，采用回彈法，根據(jù)試驗(yàn)強(qiáng)度及工序安排，箱梁成品一般5 d張拉，7 d出場(chǎng)，從實(shí)際回彈值統(tǒng)計(jì)，一般都大于48，48的推定強(qiáng)度即60 MPa[2]，現(xiàn)行混凝土回彈檢測(cè)規(guī)程JGJ/T23—2011，大于48都記作強(qiáng)度60，說(shuō)明回彈檢測(cè)對(duì)該強(qiáng)度等級(jí)混凝土檢測(cè)沒(méi)有實(shí)際意義。

4 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)以上分析可得到以下結(jié)論：

a）該混凝土配合比在現(xiàn)有施工條件下，用作C50混凝土強(qiáng)度冗余較大，按現(xiàn)行規(guī)范完全滿足C55設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

b）同條件等效養(yǎng)護(hù)齡期混凝土強(qiáng)度，比標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度低約3.2%，屬于同一強(qiáng)度水平，說(shuō)明用標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度評(píng)定混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度有效可行。

c）同條件等效齡期混凝土強(qiáng)度，可以用作混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度的一種檢驗(yàn)方法，其強(qiáng)度值除以0.88后，按現(xiàn)行驗(yàn)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行評(píng)定，對(duì)公路高性能混凝土結(jié)構(gòu)偏于保守。

d）對(duì)公路工程常用的C50C55混凝土結(jié)構(gòu)，用回彈法檢測(cè)，其推定強(qiáng)度常常超出檢驗(yàn)規(guī)程條件范圍，加之公路高強(qiáng)度等級(jí)混凝土梁板結(jié)構(gòu)經(jīng)常位于深溝高墩上，回彈法按規(guī)定齡期范圍檢測(cè)常受到較大的制約。