王大勇

（1.廊坊市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，河北 廊坊 065000；2.廊坊市陽光建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，河北 廊坊 065000）

回彈法檢測混合砂高強混凝土抗壓強度研究

王大勇1,2

（1.廊坊市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，河北 廊坊 065000；2.廊坊市陽光建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，河北 廊坊 065000）

試驗由標稱動能 4.5J 回彈儀對立方體試件側(cè)面進行回彈測試，同時采集相應(yīng)的混凝土碳化深度。對數(shù)據(jù)處理后的有效數(shù)據(jù),采用最小二乘法進行回歸擬合得到回彈法檢測高強混凝土測強曲線。研究結(jié)果表明：擬合得到的回彈法測強曲線具有足夠的工程檢測精度，可用于結(jié)構(gòu)實體混凝土抗壓強度檢測。研究結(jié)果可為工程實體混凝土強度檢測與控制提供參考。

高強混凝土；回彈法；測強曲線；不確定度

0 引言

隨著人類生態(tài)環(huán)境的惡化以及環(huán)保意識的增強，預(yù)拌混凝土已普遍用于結(jié)構(gòu)工程混凝土的綠色施工。為滿足高層、超高層、大跨度建筑和特種結(jié)構(gòu)對高強度等級混凝土的需求并達到經(jīng)濟的目的，高強混凝土需求日益增加。

目前，國內(nèi)對混凝土拌合物抗壓強度評定采用標準養(yǎng)護立方體試件，結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強度評定采用與結(jié)構(gòu)實體同條件立方體試件，對于現(xiàn)場結(jié)構(gòu)構(gòu)件高強混凝土抗壓強度檢測常采用回彈法進行[1]。由于混凝土材料的地域性特點，國內(nèi)多家研究機構(gòu)[2-4]分別試驗研究了符合當?shù)鼗炷翉姸劝l(fā)展規(guī)律的回彈法檢測高強混凝土測強曲線。本文采用混合砂混凝土試件為研究對象，試驗采用標稱動能 4.5J 回彈儀對立方體試件側(cè)面進行回彈測試，采用最小二乘法進行回歸擬合得到回彈法檢測混合砂高強混凝土測強曲線，最后將其與國內(nèi)各地回彈法檢測高強混凝土測強曲線進行比較。研究結(jié)果可供現(xiàn)場結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測與控制參考。

1 試驗方案

1.1 混凝土原材料及配合比

委托本地區(qū)有代表性的某大型商品混凝土攪拌站提供試驗混凝土，試驗用水泥為 52.5 級普通硅酸鹽水泥，Ⅱ 級粉煤灰，S95 級礦粉，細骨料為天然細砂（μf=1.5）與機制砂（μf=3.7）組成混合砂，粒徑5.0～25.0mm 碎石，JF-9 型高效泵送減水劑，混凝土拌合及養(yǎng)護用水均為當?shù)赜米詠硭?/p>

混凝土配合比設(shè)計以強度為目標，采用復(fù)摻粉煤灰、礦粉的方法，以混合砂替代天然中砂并加入適量高效泵送減水劑的方式配制 C50、C60、C70、C80 共四個強度等級的混凝土。

1.2 試驗用標準立方體試件

立方體試件用試模符合現(xiàn)行 JG 237—2008《混凝土試?！返囊?guī)定，采用同一盤混凝土均勻裝模按標準方法成型 150mm×150mm×150mm 立方體試件，每強度等級各制作 12 組同條件試件與標準養(yǎng)護 28d 試件 1 組。立方體試件成型脫模后，移至室外“品”字型堆放于不受日曬雨淋處，自然養(yǎng)護，裸置備用。各強度等級混凝土標準養(yǎng)護 28d 立方體試件抗壓強度均合格。

1.3 試驗用儀器設(shè)備

試驗用標稱能量 4.5J 的 GHT450 型高強回彈儀技術(shù)參數(shù)：彈擊拉簧剛度 K 為 900N/m，彈擊拉簧工作長度l 為 106mm，沖擊長度 l0為100mm，彈擊錘質(zhì)量 m 為526g；試驗用壓力機量程 3000kN，以上儀器設(shè)備均在檢定校準有效期內(nèi)。

1.4 測試方法

在齡期 14d、28d、60d、180d 時，從每強度等級試件中隨機抽取不少于 1 組（3 個）立方體試件，將被測試件澆筑側(cè)面的塵土、污物等擦拭干凈，并將其一對側(cè)面置于試驗壓力機承壓板下，加壓至 60～100kN，恒荷穩(wěn)定后，分別在另一對側(cè)面上用回彈儀水平向各測 8 點回彈值，精確至 1；剔除 3 個最大值和 3 個最小值，取余下 10 個有效回彈值的平均值作為該試件的回彈代表值 R，精確到 0.1?；貜椫禍y試完畢，卸荷將回彈測試面置于壓力機承壓板正中，按現(xiàn)行 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》加荷至破壞，經(jīng)計算得到該立方體試件抗壓強度值。

2 回彈法檢測高強混凝土抗壓強度

2.1 高強混凝土測強曲線建模

試驗得到的回彈值與立方體抗壓強度的關(guān)系見圖1。

圖 1 回彈值與立方體抗壓強度關(guān)系

由圖 1 可知，回彈值隨著混凝土抗壓強度的增加而規(guī)律性增大。采用最小二乘法由 Excel 軟件，對試驗取得的有效數(shù)據(jù)進行回歸。由于高強混凝土碳化深度幾乎為零，故本次不考慮碳化深度的影響。擬合測強曲線用線性函數(shù)、一元二次函數(shù)、冪指數(shù)函數(shù)等 3 類數(shù)學模型示于式 (1)～(3)。

式中：

A、B、C ——待回歸系數(shù)。

Ri——第 i 測區(qū)回彈代表值，精確至 0.1。

擬合得到的回彈法水平向檢測高強混凝土澆筑側(cè)面測強曲線及統(tǒng)計指標見表 1，表中 r 表示變量間的相關(guān)系數(shù)；δ、er分別為經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計得到的強度平均相對誤差和強度相對標準差，二者的計算公式見式（4）、（5）。

式中：

n ——試件數(shù)量。

fcu,i——立方體試件抗壓強度，精確至 0.1MPa。

δ——經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計得到的強度平均相對誤差。

er——經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計得到的強度相對標準差。

表 1 回歸測強曲線系數(shù)及統(tǒng)計指標

由表 1 可知，擬合所得到的三個測強曲線的相關(guān)系數(shù)較高，誤差統(tǒng)計指標值均較小，且三者的評價指標差別不大，均符合 JGJ/T 294－2013《高強混凝土強度檢測技術(shù)規(guī)程》所要求的相對標準差 er不大于 14.0% 的專用測強曲線的技術(shù)指標規(guī)定。擇優(yōu)選取物理意義明確的冪指數(shù)數(shù)學模型作為本次試驗得到的回彈法檢測高強混凝土測強曲線，即

2.2 與各地高強混凝土測強曲線的比較

以標稱能量 4.5J 高強混凝土回彈儀為基準，本文所建立的回彈法水平向檢測混凝土澆筑側(cè)面測強曲線與相應(yīng)的國家統(tǒng)一曲線[1]（式 7）、河北地區(qū)測強曲線[2]（式 8）、重慶地區(qū)測強曲線[3]（式 9）及海工高性能混凝土回彈測強曲線[4]（式 10）的比較見圖 2。由圖 2可知：隨著回彈值變大，混凝土強度換算值增加；河北曲線、重慶曲線與國家統(tǒng)一曲線基本相當，海工曲線在回彈代表值 不大于 60 時，其混凝土強度換算值與上述三者計算結(jié)果相差不多，回彈代表值 Ri大于 60 后，該曲線混凝土換算強度逐漸明顯低于其他曲線換算值，而本文曲線在回彈代表值 Ri不大于 70 時，其混凝土強度換算值隨回彈代表值的變小與其他曲線換算結(jié)果相差變大，最大相差兩個混凝土強度等級以上，當回彈代表值大于 70 后，該曲線混凝土換算強度略高于國家統(tǒng)一曲線、河北曲線及重慶曲線換算結(jié)果。因此針對試驗用混凝土建立專用測強曲線是必要的。

圖 2 國內(nèi)各地高強混凝土測強曲線的比較

3 結(jié)論

（1）給出了標稱動能 4.5J 回彈儀檢測高強度混合砂混凝土專用測強曲線，回歸與誤差統(tǒng)計結(jié)果表明，擬合曲線的最優(yōu)數(shù)學模型為物理意義明確的冪函數(shù)形式。

（2）與國內(nèi)各地類似測強曲線的比較結(jié)果表明，本文曲線在回彈代表值不大于 70 時，其混凝土強度換算值隨回彈代表值的變小與其他曲線換算結(jié)果相最大相差兩個混凝土強度等級以上，當回彈代表值 大于 70后，該曲線混凝土換算強度略高于其他比較測強曲線的換算結(jié)果，這是由于試驗所用的細骨料存在差異所致。

（3）文所建立的回彈法檢測高強度混合砂混凝土測強曲線適用于混合砂作為細骨料的高強度等級混凝土成型的 14～180d 齡期的結(jié)構(gòu)實體混凝土強度的現(xiàn)場檢測，可供結(jié)構(gòu)實體混凝土強度檢測與控制參考。

[1] JGJ/T 294—2013．高強混凝土強度檢測技術(shù)規(guī)程[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

[2] 趙少偉，強萬明，郭蓉，等．回彈法檢測高強混凝土強度試驗研究[J]．河北工業(yè)大學學報，2006,35(04)：82-85．

[3] 顏丙山，林文修，李建茹．重慶地區(qū)回彈法檢測高強混凝土抗壓強度試驗研究[J]．重慶建筑，20116,15(02)∶ 27-29．

[4] 陶建飛，宋偉明．海工高性能混凝土回彈測強曲線[J]．混凝土，2014(09)∶ 145-148．

王大勇（1974—），本科，教授級高級工程師，結(jié)構(gòu)室主任，國家一級建造師。

［通訊地址］河北省廊坊市龍河高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)夏榮道 10 號 廊坊市陽光建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司（065000）