盧云祥，潘佩瑤，陳 麗，曾 義，李東旭，潘正斌

(貴州中建建筑科研設(shè)計院有限公司，貴州 貴陽 550006)

回彈法是以回彈值反映混凝土表面硬度，根據(jù)表面硬度推求混凝土的抗壓強(qiáng)度的方法，在混凝土工程檢測中得到廣泛應(yīng)用[1-3]。雖然在規(guī)程中明確規(guī)定了回彈法不適用于火災(zāi)后混凝土抗壓強(qiáng)度的判定，但該方法的原理可以參考，因為火災(zāi)后混凝土表面硬度可反映其遭受火災(zāi)的損傷程度[4-6]。本文通過大量試驗建立了回彈法檢測高溫后人工機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度的專用曲線和計算公式。根據(jù)高溫后冷卻方式不同，分為自然冷卻和浸水后冷卻，分別統(tǒng)計高溫后殘余抗壓強(qiáng)度與回彈值關(guān)系，建立計算公式，可為工程實際提供參考。

1 試驗試塊

通過試驗研究機(jī)制砂混凝土在高溫情況下殘余強(qiáng)度影響因素，制作 C 20、C 30、C50混凝土試塊，尺寸為100mm×100 mm×100 mm，齡期 ＞28d。材料采用 P·O 42.5 水泥，中砂為新添寨砂，碎石粒徑為 0. 5～20 mm，外加劑為聚羧酸高效減水劑。材料選擇及配合比如表1所示，其中配合比為水泥∶粉煤灰∶砂∶減水劑[1]。

表1 材料選擇及配合比

2 火災(zāi)試驗

根據(jù)受火溫度的不同，將同溫試塊送入高溫爐進(jìn)行加熱試驗，待達(dá)到預(yù)定溫度后，保持恒溫至預(yù)定時間。對高溫作用后的混凝土試塊進(jìn)行冷卻，分為自然冷卻和浸水冷卻。其中，自然冷卻將試塊從高溫爐中取出后直接在自然條件下靜置預(yù)定時間；浸水冷卻將試塊從高溫爐中取出后浸水，時間≥10min，然后再在自然條件下靜置 ＞24h。

用回彈試驗和抗壓試驗測試試塊殘余強(qiáng)度。首先將試塊置于壓力試驗機(jī)上加載，加熱溫度為500℃ 以下的試塊加載20kN，加熱溫度為500℃ 以上的試塊加載10kN。再用回彈儀在試塊2個相對側(cè)面上各回彈8個數(shù)據(jù)，并記錄回彈值；最后在壓力機(jī)上進(jìn)行破壞性試驗，測出試塊抗壓強(qiáng)度和碳化深度。在試驗過程中均勻加載，混凝土強(qiáng)度等級為 C20時，加載速度為 0.3～0.5 MPa /s；混凝土強(qiáng)度等級為 C 30、C50時，加載速度為 0.5～0.8 MPa/s。

共制作168組、336個試塊進(jìn)行試驗，得出試驗結(jié)果。

3 高溫后自然冷卻

3.1 高溫后自然冷卻試驗結(jié)果

在高溫后自然冷卻條件下，經(jīng)試驗得出 C 20、C30和 C50殘余抗壓強(qiáng)度與回彈值統(tǒng)計。對所有數(shù)據(jù)匯總分析，得出高溫后自然冷卻條件下抗壓強(qiáng)度與回彈值關(guān)系曲線圖，如圖1所示。按不同混凝土強(qiáng)度等級進(jìn)行回歸分析，得出高溫后自然冷卻 C 20、C30和 C50殘余抗壓強(qiáng)度與回彈值的關(guān)系曲線，如圖2所示。按不同溫度條件進(jìn)行回歸分析，分別得出300℃、500 ℃、700 ℃ 和800℃ 條件下高溫后自然冷卻的混凝土殘余抗壓強(qiáng)度與回彈值的關(guān)系曲線，如圖3所示。按不同加熱時間條件進(jìn)行回歸分析，分別得出30min、60 min、90 min 和120min 條件下高溫后自然冷卻的混凝土殘余抗壓強(qiáng)度與回彈值的關(guān)系曲線，如圖4所示。

圖1 自然冷卻條件下抗壓強(qiáng)度與回彈值

圖2 不同強(qiáng)度等級殘余抗壓強(qiáng)度與回彈值

圖3 不同加熱條件下抗壓強(qiáng)度與回彈值圖

圖4 不同加熱時間下抗壓強(qiáng)度與回彈值

3.2 高溫后自然冷卻擬合公式

根據(jù)圖 1～圖3可知，C 20、C30和 C50混凝土在高溫后（加熱溫度 300～800 ℃，恒溫時間 30～120 min）自然冷卻時，采用最小二乘法擬合得測強(qiáng)公式（1）。

RmT—試件的平均回彈值，MPa，精確至 0.1 MPa。

根據(jù)測強(qiáng)曲線通過實測回彈值計算得出試件的強(qiáng)度換算值，再經(jīng)《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》附錄 E 中對地區(qū)測強(qiáng)曲線制定方法的相關(guān)規(guī)定，按式（2）（3）進(jìn)行計算，得出強(qiáng)度平均相對誤差δ和強(qiáng)度相對標(biāo)準(zhǔn)差er如下。

式中：δ—回歸方程式的強(qiáng)度平均相對誤差，%，精確至0.1；

er—回歸方程式的強(qiáng)度相對標(biāo)準(zhǔn)差，%，精確值0.1；

n—制定回歸方程式的試件數(shù)。

將該曲線的計算強(qiáng)度分別與圖 2～圖4曲線的計算強(qiáng)度進(jìn)行對比得如下結(jié)論。

（1）強(qiáng)度等級為 C 20、C30和 C50的混凝土，高溫后自然冷卻，分別回歸所得曲線計算的殘余抗壓強(qiáng)度與式（1）計算的殘余抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對比，二者最大偏差為 3.6 MPa。

（2）不同加熱溫度條件（300 ℃、500 ℃、700 ℃ 和800℃）下，高溫后自然冷卻，分別回歸所得曲線計算的殘余抗壓強(qiáng)度與式（1）計算的殘余抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對比，二者最大偏差為 4.8 MPa。

（3）不同加熱時間條件（30 min、60 min、90 min、120 min）下，高溫后自然冷卻，分別回歸所得曲線計算的殘余抗壓強(qiáng)度與式（1）計算的殘余抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對比，二者最大偏差為 7.9 MPa。

4 高溫后浸水再冷卻

4.1 高溫后浸水冷卻試驗結(jié)果

在高溫后浸水再冷卻的條件下，C 20、C30和 C 50殘余抗壓強(qiáng)度與回彈值統(tǒng)計。對所有數(shù)據(jù)匯總分析，得出高溫后浸水冷卻條件下抗壓強(qiáng)度與回彈值關(guān)系曲線圖，如圖5所示。按不同混凝土強(qiáng)度等級進(jìn)行回歸分析，得出高溫后浸水冷卻條件下 C 20、C30和 C50殘余抗壓強(qiáng)度與回彈值的關(guān)系曲線，如圖6所示。按不同溫度條件進(jìn)行回歸分析，分別得出300℃、500 ℃、700 ℃ 和800℃ 條件下高溫后浸水冷卻的混凝土殘余抗壓強(qiáng)度與回彈值的關(guān)系曲線，如圖7所示。按不同加熱時間條件進(jìn)行回歸分析，分別得出30min、60 min、90 min 和120min 條件下高溫后浸水冷卻的混凝土殘余抗壓強(qiáng)度與回彈值的關(guān)系曲線，如圖8所示。

圖5 浸水冷卻條件下抗壓強(qiáng)度與回彈值

圖6 浸水冷卻殘余抗壓強(qiáng)度與回彈值

圖7 不同加熱條件下抗壓強(qiáng)度與回彈值

圖8 不同加熱時間下抗壓強(qiáng)度與回彈值

4.2 高溫后浸水冷卻擬合公式

由圖6得知，浸水后冷卻時，高溫后殘余抗壓強(qiáng)度與回彈值關(guān)系曲線采用最小二乘法擬合得測強(qiáng)公式為式（4）。

RmT—試件的平均回彈值，MPa，精確至 0.1 MPa。

根據(jù)測強(qiáng)曲線通過實測回彈值計算得出試件的強(qiáng)度換算值，再經(jīng)《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》附錄 E 中對地區(qū)測強(qiáng)曲線制定方法的相關(guān)規(guī)定，按式（5）、式（6）進(jìn)行計算，得出強(qiáng)度平均相對誤差δ和強(qiáng)度相對標(biāo)準(zhǔn)差如下所示。

根據(jù)上述統(tǒng)計結(jié)果，由回歸公式式（1）、式（4）計算的強(qiáng)度平均相對誤差和強(qiáng)度評級相對標(biāo)準(zhǔn)差滿足 JGJ/T 23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》對于專業(yè)曲線指定的要求。

將該曲線的計算強(qiáng)度分別與圖 6、圖 7、圖8曲線的計算強(qiáng)度進(jìn)行對比，得出如下結(jié)論。

（1）將強(qiáng)度等級為 C 20、C30和 C50的混凝土，經(jīng)高溫后自然冷卻，分別回歸所得曲線計算的殘余抗壓強(qiáng)度與式（2）計算的殘余抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對比，二者最大偏差為 1.8 MPa。

（2）不同加熱溫度條件（300 ℃、500 ℃、700 ℃和800℃）下，高溫后自然冷卻，分別回歸所得曲線計算的殘余抗壓強(qiáng)度與式（2）計算的殘余抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對比，二者最大偏差為 1.5 MPa。

（3）不同加熱時間條件（30 min、60 min、90 min、120 min）下，高溫后自然冷卻，分別回歸所得曲線計算的殘余抗壓強(qiáng)度與式（2）計算的殘余抗壓強(qiáng)度進(jìn)行對比，二者最大偏差為 3.4 MPa。

5 結(jié)語

（1）根據(jù)上述分析，對于高溫冷卻后基本完整的試件，高溫后混凝土的殘余抗壓強(qiáng)度與回彈值相關(guān)性良好。即高溫后混凝土表面硬度能夠反映其內(nèi)部損傷程度，故可借鑒回彈法原理進(jìn)行高溫后混凝土殘余抗壓強(qiáng)度的檢測。

（2）對已知混凝土初始強(qiáng)度的檢測，當(dāng)混凝土試件基本完整的情況下，應(yīng)用回彈法時采用式（1）、式（2）有較高的準(zhǔn)確性，但未知混凝土初始強(qiáng)度或內(nèi)部混凝土已開裂時（如加熱至900℃ 的試件），此公式應(yīng)慎用。

（3）高溫后混凝土的性能變化是個非常復(fù)雜的過程，無損檢測方法亦受到多方面因素的影響。式（1）和式（2）在后續(xù)檢測工程中應(yīng)用時，必須進(jìn)行驗證性試驗，并據(jù)試驗結(jié)果對公式加以修正，力求更為精確的反映高溫后混凝土殘余抗壓強(qiáng)度。