伍艷霞，李 操

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510500）

0 引言

混凝土是近代以來(lái)使用最為廣泛的建筑材料之一，其中高強(qiáng)混凝土憑借其強(qiáng)度高、孔隙率低和抗變形能力強(qiáng)的特性，近年來(lái)在土木工程結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用［1-4］。包括廣東省在內(nèi)，越來(lái)越多的高層建筑設(shè)計(jì)采用了高強(qiáng)度混凝土，針對(duì)高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的測(cè)試也成為了工程界的研究重點(diǎn)之一。我國(guó)關(guān)于高強(qiáng)混凝土早期齡期的抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)使用的主要方法是回彈法，回彈法是檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的一個(gè)重要方法，檢測(cè)精度高，操作簡(jiǎn)便［5］。目前，我國(guó)使用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ/T 294－2013《高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》是以全國(guó)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)于其在廣東地區(qū)的適用性還有待驗(yàn)證。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)廣東東莞、中山和廣州等 8 個(gè)地區(qū)的短齡期高強(qiáng)混凝土（C 50、C 60、C 70）進(jìn)行回彈試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)不同短齡期（1、3、7、14 d）的高強(qiáng)混凝土外表面和內(nèi)表面硬度的分析驗(yàn)證，擬合適用于廣東地區(qū)的高強(qiáng)回彈測(cè)強(qiáng)曲線，并與全國(guó)的測(cè)強(qiáng)曲線進(jìn)行誤差分析，提高廣東地區(qū)高強(qiáng)回彈測(cè)強(qiáng)曲線適用性和準(zhǔn)確性。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)采用標(biāo)稱(chēng)能量為 4.5 J 的 H 450 型高強(qiáng)回彈儀和壓力試驗(yàn)機(jī)。回彈儀和壓力試驗(yàn)機(jī)如圖 1 所示。

圖1 壓力機(jī)和回彈儀

1.2 試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用本地區(qū)的常用高強(qiáng)混凝土材料，根據(jù)相關(guān)規(guī)范和廣東地區(qū)實(shí)際工程需要，制備了一批用于試驗(yàn)的邊長(zhǎng)為 150 mm 立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，對(duì)試件澆筑側(cè)面進(jìn)行回彈測(cè)試后，再將立方體標(biāo)準(zhǔn)試件切割成兩等份（見(jiàn)圖 2～圖 4）。具體試件情況如表 1 所示。

圖2 切割標(biāo)準(zhǔn)試件

圖3 待測(cè)混凝土試件

圖4 標(biāo)準(zhǔn)試件切割成兩等份

表1 高強(qiáng)混凝土試件數(shù)量統(tǒng)計(jì)

1.3 試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)由短齡期（1～14 d）試件回彈硬度內(nèi)外差異試驗(yàn)和測(cè)強(qiáng)曲線擬合兩部分組成。

其中對(duì)試件回彈硬度的測(cè)試按照現(xiàn)行 JGJ/T 294－2013《高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》，采用 4.5 J 的回彈儀，對(duì)澆筑側(cè)面進(jìn)行回彈測(cè)試。試件整理清潔后，將試件澆筑面朝上放置于壓力機(jī)承壓板上，在滿(mǎn)足回彈試驗(yàn)的要求后，對(duì)試件的一個(gè)相對(duì)側(cè)面選取 8 個(gè)點(diǎn)的有效回彈值并記錄［6］。試件的內(nèi)部硬度測(cè)試需要將試件平分切割為兩部分，在避開(kāi)內(nèi)表面石子的情況下重復(fù)上述試件表面的回彈試驗(yàn)方法。

將采集得到的不同齡期的短齡期高強(qiáng)混凝土的回彈值和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下 28 d 試件的標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度值導(dǎo)入 MATLAB，利用回歸分析的原理，進(jìn)行最小二乘法回歸分析得出回彈值－抗壓強(qiáng)度值關(guān)系擬合公式，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行誤差分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試件內(nèi)外差異試驗(yàn)

按照 1.3 節(jié)所述的試驗(yàn)方法對(duì)養(yǎng)護(hù)齡期為 1、3、7、14 d 的短齡期高強(qiáng)混凝土標(biāo)準(zhǔn)立方體試件的內(nèi)外硬度進(jìn)行了測(cè)試，計(jì)算得到了每一齡期試件的建筑側(cè)面回彈平均值 N1 和切割面平均值 N2，并計(jì)算分析回彈硬度內(nèi)外差異對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線建立的影響程度。具體測(cè)試結(jié)果如表 2 所示。

表2 各短齡期高強(qiáng)混凝土內(nèi)外硬度測(cè)試

根據(jù)表 2 中的數(shù)據(jù)可以看出，3 d 齡期試件回彈硬度內(nèi)外差異最大，差異值超出了10%，反映出試件回彈硬度的內(nèi)外差異較大，會(huì)對(duì)高強(qiáng)回彈測(cè)強(qiáng)曲線的建立產(chǎn)生不利影響；但是 7 d、14 d 齡期試件回彈硬度內(nèi)外差異不明顯，差異僅為 1 % 和 6 %，＜3 d 齡期的試件統(tǒng)計(jì)值，基本不會(huì)對(duì)高強(qiáng)回彈測(cè)強(qiáng)曲線的建立產(chǎn)生干擾影響。因此，通過(guò)回彈法檢測(cè)高強(qiáng)混凝土的短齡期試塊，可以確定 7 d、14 d 齡期的試件，其內(nèi)外硬度差異不大，對(duì)混凝土澆筑成型表面進(jìn)行回彈測(cè)試，能夠反映混凝土內(nèi)外硬度的現(xiàn)狀，具備建立回彈數(shù)值與抗壓強(qiáng)度值函數(shù)關(guān)系的條件。綜上所述，由于 3 d 齡期試件內(nèi)外硬度的差異顯著，建議高強(qiáng)回彈測(cè)強(qiáng)曲線的適用范圍為7～365 d 齡期。

2.2 測(cè)強(qiáng)曲線擬合

為建立高強(qiáng)回彈測(cè)強(qiáng)曲線，本次試驗(yàn)中采集數(shù)據(jù)樣本超過(guò) 1 000 組，其中齡期為 28 d 的樣本數(shù)為對(duì)應(yīng)短期齡高強(qiáng)混凝土試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度值和實(shí)測(cè)回彈強(qiáng)度，具體數(shù)據(jù)樣本量如表 3 所示。

表3 數(shù)據(jù)樣本量

為保證采集樣本數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，需先對(duì)每一對(duì)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度值和回彈值的相關(guān)性系數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)［7］，計(jì)算結(jié)果如表 4 所示。根據(jù)表 4 的計(jì)算結(jié)果可知，3、7、14 d 齡期的相關(guān)性系數(shù)最低為 7 d 的0.738 6，優(yōu)于 28 d 齡期的 0.790 1，由此說(shuō)明短齡期試件的樣本回彈值的采集結(jié)果有較好的相關(guān)性，可以應(yīng)用于高強(qiáng)回彈測(cè)強(qiáng)曲線的建立。

表4 抗壓強(qiáng)度值與回彈值的線性相關(guān)系數(shù)隨齡期變化

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線函數(shù)的擬合主要采用以下幾種函數(shù)的模擬：一次函數(shù)擬合、冪函數(shù)擬合、二次函數(shù)擬合、指數(shù)函數(shù)擬合。本研究選擇采用二次函數(shù)擬合，擬合公式見(jiàn)式（1）：

依據(jù)不同齡期和不同強(qiáng)度的高強(qiáng)混凝土試件的樣本數(shù)據(jù)，在 MATLAB 中應(yīng)用回歸分析原理，根據(jù)最小為二乘法按式（1）的二次函數(shù)形式擬合高強(qiáng)回彈測(cè)強(qiáng)曲線，擬合曲線結(jié)果見(jiàn)式（2）：

2.3 測(cè)強(qiáng)曲線誤差分析

根據(jù) DBJT 13－71－2015《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》的要求，制訂高強(qiáng)混凝土地區(qū)和專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線的強(qiáng)度誤差值可參考以下規(guī)定，即平均相對(duì)誤差δ不應(yīng)＞±14.0 %；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er不應(yīng)＞17.0 %。平均相對(duì)誤差δ和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er見(jiàn)式（3）：

首先對(duì)各齡期段高強(qiáng)混凝土試件數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線的影響情況作計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表 5 所示。

表5 各齡期段數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線的影響情況

表 5 結(jié)果表明，短齡期（3～14 d）的情況下，對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度值與回彈值對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線的適用性情況均優(yōu)于測(cè)強(qiáng)曲線整體指標(biāo)；齡期越小對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度值與回彈值，對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線的適用性越不理想；14 d 齡期對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度值與回彈值，對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線的適用性情況，要優(yōu)于 28 d 齡期；7 d 齡期對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)的適用性情況則與 28 d 齡期相差不大；7、14、28 d 齡期對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度值與回彈值，對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線的適用性情況，均優(yōu)于測(cè)強(qiáng)曲線整體指標(biāo)。

表6 全國(guó)測(cè)強(qiáng)曲線與試驗(yàn)測(cè)強(qiáng)曲線誤差分析

依據(jù)比對(duì)驗(yàn)證結(jié)果，可得出結(jié)論：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度為 50.0 ～70.0 MPa 的混凝土試塊，全國(guó)測(cè)強(qiáng)曲線與試驗(yàn)測(cè)強(qiáng)曲線，平均相對(duì)誤差均≤±14.0 %，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差均＜15 %，符合現(xiàn)行 JGJ/T 294－2013《高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》附錄 D 的規(guī)定，且試驗(yàn)測(cè)強(qiáng)曲線精度優(yōu)于全國(guó)測(cè)強(qiáng)曲線。因此，對(duì)抗壓強(qiáng)度為50.0～70.0 MPa 的混凝土，建議優(yōu)先選擇試驗(yàn)測(cè)強(qiáng)曲線進(jìn)行回彈法檢測(cè)。

3 結(jié)語(yǔ)

基于采集得到的廣東地區(qū)高強(qiáng)混凝土試件的實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度和不同短齡期試件的回彈強(qiáng)度與實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度，以及對(duì)樣本數(shù)據(jù)的測(cè)強(qiáng)曲線的擬合和誤差分析，得出以下研究結(jié)論。

對(duì)于采集的廣東地區(qū)高強(qiáng)混凝土的短齡期試件數(shù)據(jù)分析可知，7 d、14 d 齡期的試件，其內(nèi)外硬度差異不大，混凝土澆筑成型表面的回彈實(shí)測(cè)值具有代表性，建議高強(qiáng)回彈測(cè)強(qiáng)曲線的適用范圍為 7～365 d 齡期。

短齡期試件的樣本回彈值的采集結(jié)果具有較好的相關(guān)性，可以應(yīng)用于高強(qiáng)回彈測(cè)強(qiáng)曲線的建立。

短齡期試件的測(cè)強(qiáng)曲線的評(píng)價(jià)指標(biāo)高于整體的評(píng)價(jià)指標(biāo)，試驗(yàn)測(cè)強(qiáng)曲線對(duì)短齡期試件的回彈值有較好的適用性。

基于本試驗(yàn)得到的測(cè)強(qiáng)曲線精度優(yōu)于全國(guó)測(cè)強(qiáng)曲線的精度，可為地方性測(cè)強(qiáng)曲線建立提供參考。Q