蘇 晶，羅澤權(quán)

（1.武漢漢源既濟電力有限公司，武漢 430035；2.長江水利委員會長江科學院，武漢 430010）

混凝土作為當今建筑領(lǐng)域用途最廣、用量最多建筑材料，其抗壓強度是確定新建和已建混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件承載力等力學性質(zhì)及可靠性的關(guān)鍵指標，同時也是工程質(zhì)量檢測的重要內(nèi)容?？茖W準確地檢測工程實體混凝土強度是工程質(zhì)量控制與事故分析的基礎(chǔ)。一直以來，行業(yè)都是通過測量預留的標準試件的抗壓強度來作為施工質(zhì)量指標的評價標準。盡管這一方法操作簡便、經(jīng)濟性好，但預留的標準試塊在成型養(yǎng)護環(huán)境和施工振搗工藝上存在較大差異，而混凝土自身成分復雜，物理化學反應(yīng)難以界定與評價，因此預留標準試件的抗壓強度值只能是對混凝土結(jié)構(gòu)本身質(zhì)量的一些片面反映，并不能完全真實地反映結(jié)構(gòu)混凝土的真實強度。以往的研究人員都在探索能更加準確地反映結(jié)構(gòu)實體混凝土真實強度的方法，并根據(jù)其檢測原理的不同分為非破損檢測和局部破損檢測。非破損檢測主要為回彈法、超聲波回彈綜合法、聲波法等；局部破損檢測主要為鉆芯法、貫入阻力法、折斷法等[1～3]。其中回彈法和鉆芯法是目前結(jié)構(gòu)實體混凝土強度檢測中最常用的方法。

鉆芯法通過直接在實體構(gòu)件上鉆芯取樣進行抗壓試驗，能夠直觀地反應(yīng)結(jié)構(gòu)混凝土強度，避免了內(nèi)外均勻性的差異引起的測量誤差，但也存在一些先天的缺陷，對于一些受力較大，安全度不足或者應(yīng)力復雜的建構(gòu)筑物不易鉆芯，而這些地方剛好是質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；貜椃ㄊ歉鶕?jù)混凝土的表面硬度與抗壓強度之間存在的聯(lián)系性而建立起來的檢測混凝土抗壓強度的方法，操作簡單、經(jīng)濟實惠，便于大批量進行檢測，但其檢測精度受齡期、碳化及構(gòu)件內(nèi)外質(zhì)量差異等較多條件限制，制約了其在工程中的應(yīng)用。本文通過回彈法和鉆芯法對馱英水庫及灌區(qū)工程不同強度等級的混凝土進行檢測，優(yōu)化這兩種方法在實際工程中的應(yīng)用，提高檢測方法的適用性及準確性。

1 試驗材料及方法

本文所選用的混凝土及工程實體主要為馱英水庫樞紐標段三工區(qū)拌合站及相關(guān)實體建構(gòu)筑物。立方體試塊抗壓強度測試依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》（SL 352-2020）中的測試方法，鉆芯法檢測依據(jù)規(guī)范《鉆芯法檢測混凝土強度規(guī)程》（CECS03：2017），為保證實驗數(shù)據(jù)準確性，試驗在浙江禮顯試驗儀器制造有限公司制造的YES-2000數(shù)顯壓力機上進行。現(xiàn)場實體構(gòu)筑物的回彈測試是根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 23-2011）中的測量方法及國家統(tǒng)一的測強曲線，采用北京海創(chuàng)高科科技有限公司生產(chǎn)的HT-225T 數(shù)顯式一體回彈儀進行，試驗所用相關(guān)儀器均通過了計量檢定，且滿足精度要求。

2 回彈法檢測混凝土抗壓強度試驗

2.1 不同強度等級混凝土回彈法和標準養(yǎng)護試塊抗壓強度試驗

回彈強度是根據(jù)混凝土實體結(jié)構(gòu)表層硬度來間接推斷混凝土強度，試驗誤差難以避免，因此開展不同強度等級混凝土28 d 回彈測試和標準養(yǎng)護試塊強度值的對比試驗。試驗結(jié)果見表1。

表1 回彈法和標準養(yǎng)護試塊抗壓強度結(jié)果

由表1 可知，28 d 回彈強度與標準養(yǎng)護試塊強度差值較大，都在5%以上。結(jié)合前人研究，推斷是實體構(gòu)件混凝土表面水泥未完全水化而存在一層疏松層，影響了回彈強度值。

2.2 不同齡期混凝土回彈鉆芯法抗壓強度試驗

在以往研究中，筆者發(fā)現(xiàn)C15 混凝土回彈值與標準值偏差較大，因此不納入試驗。按C20、C25、C30、C40，選用了多組混凝土構(gòu)件，分別采用回彈法和鉆芯法按齡期14、28、60、90、120 d進行測試。試驗結(jié)果見表2。

表2 回彈法和芯樣抗壓強度結(jié)果

由表2 可以看出，回彈強度值與標準芯樣強度值的誤差與齡期有較大關(guān)系，為了直觀表現(xiàn)兩者關(guān)系，繪制不同齡期下各強度等級混凝土構(gòu)件回彈強度值與標準芯樣強度值比值擬合圖（見圖1）。

圖1 不同齡期不同強度等級混凝土回彈值與標準芯樣強度比值擬合圖

圖1中，系數(shù)k為直線斜率，即回彈強度值與芯樣強度值的比值。由圖1 可知，齡期在14～60 d 增長過程中，強度比值在增加，并逐漸接近1，而當齡期超過60 d 時，兩種測試強度比值并未進一步增加。這是因為齡期未到60 d時，混凝土表面砂漿層不斷碳化，此時表面硬度的增長速度大于整體強度提升速度，而在60 d之后，構(gòu)件水化作用基本完成，使得表面被碳化層覆蓋，因而后期強度增長緩慢[4]。因此，當混凝土齡期不小于60 d 時，進行混凝土回彈測試，其結(jié)果較為準確。

3 鉆芯法檢測混凝土強度試驗

3.1 不同養(yǎng)護條件下立方體試塊與芯樣抗壓強度試驗

混凝土強度的形成過程涉及到其組成成份的物理化學反應(yīng)，反應(yīng)的快慢與溫度和濕度等條件有著很大關(guān)系，因此養(yǎng)護條件對混凝土強度成型有著重要影響。為探究不同養(yǎng)護條件下立方體試塊抗壓強度與鉆芯法檢測強度之間的關(guān)聯(lián)，開展了C25和C30兩種強度等級混凝土在不同養(yǎng)護條件下28 d齡期抗壓強度測試，每種強度等級試件在不同養(yǎng)護條件下均進行了3組共9個試件，取3組強度測試的平均值，試驗結(jié)果見表3。

表3 不同養(yǎng)護條件下混凝土抗壓強度結(jié)果MPa

由表3 可以看出，兩種強度混凝土預留試塊在標準養(yǎng)護條件下的28 d 抗壓強度均明顯高于現(xiàn)場同條件養(yǎng)護試塊和在工程實體上鉆取標準芯樣的抗壓強度，表明標準養(yǎng)護試塊無法代替工程實體混凝土強度，同時也發(fā)現(xiàn)，芯樣試驗結(jié)果與同條件養(yǎng)護試塊結(jié)果較為接近，可以考慮在一些要求不高的部位，采用同條件養(yǎng)護試塊來作為判定實體混凝土強度的輔助依據(jù)。

3.2 芯樣抗壓強度隨齡期變化試驗

混凝土中水泥的水化、凝結(jié)、硬化過程是緩慢的物化反應(yīng)過程，結(jié)構(gòu)混凝土的強度與齡期有著直接關(guān)系。相比于標準養(yǎng)護室下的養(yǎng)護條件，現(xiàn)場結(jié)構(gòu)混凝土的溫度與濕度均不穩(wěn)定，而在利用鉆芯法進行強度檢測時，并未對齡期有過多限定，使得最終強度指標難以確定。開展多種強度等級混凝土不同齡期下鉆芯法抗壓強度測試，以探究結(jié)構(gòu)混凝土強度隨齡期增長情況。不同齡期鉆芯法檢測混凝土強度試驗結(jié)果見表4。

表4 不同強度等級不同齡期芯樣抗壓強度結(jié)果

為了進一步研究芯樣強度的準確性，對芯樣強度與標準養(yǎng)護條件下不同齡期不同等級強度試塊的強度進行比對，將結(jié)果進行擬合（見圖2）。

圖2 不同齡期等級混凝土芯樣與標準試塊強度比值擬合圖

圖2中，系數(shù)k為直線斜率，即芯樣強度與標準試塊強度的比值。由圖2可知，當混凝土齡期為28 d 時，此時芯樣與標準養(yǎng)護試塊強度比值為0.815，此時的芯樣并未真實反映結(jié)構(gòu)強度，混凝土內(nèi)部形成強度的物化反應(yīng)只進行了一部分；而當混凝土齡期為60 d 時，其與標準養(yǎng)護試塊強度的比值為0.956，兩者的強度誤差已在5%以內(nèi)，此時混凝土的強度潛力已基本發(fā)揮，測量的強度接近其真實強度，因此考慮在混凝土澆筑60 d之后開展鉆芯取樣檢測結(jié)果更為準確。

3.3 不同直徑芯樣抗壓強度試驗

在開展實體檢測作業(yè)時，標準芯樣的取芯工作量較大，且對建構(gòu)筑物的整體性有一定影響，而小直徑芯樣不僅取芯工作量小，加工打磨更加方便，同時能減小對原有結(jié)構(gòu)物的影響，特別是在部分結(jié)構(gòu)物為提升安全度及抗震性能，提高構(gòu)件的配筋率，鋼筋間距較小情況下，小直徑芯樣檢測強度更具有優(yōu)勢，但其可靠度與準確度存在一定的離散性。

東南大學曾分別進行過22 組50 mm 和75 mm芯樣的試驗，修正系數(shù)（小直徑芯樣與100 mm標準芯樣的強度比值）分別為0.80 和0.95；天津港灣工程研究所和上海建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心也進行了大量50 mm 和75 mm 芯樣的試驗，其修正系數(shù)均為1.06；中國建筑科學研究院的試驗結(jié)果表明50 mm和75 mm 的修正系數(shù)均為1.0。造成這種差異的原因主要是各地混凝土骨料不同。

為了探究小直徑芯樣在馱英水庫及灌區(qū)工程中應(yīng)用的準確性，進行不同混凝土強度等級不同小直徑芯樣和標準芯樣的抗壓強度試驗。試驗結(jié)果見表5。

表5 不同直徑不同強度等級芯樣抗壓強度結(jié)果

由表5可知，無論是50 mm還是75 mm的芯樣，其強度誤差大部分在5%以內(nèi)，準確度較高。試驗結(jié)果與中國建筑科學研究院的試驗結(jié)果接近。同時結(jié)合日常骨料篩分的檢測數(shù)據(jù)，本次試驗中小直徑芯樣強度與標準芯樣檢測結(jié)果相差較小的原因與試驗混凝土所采用的骨料有一定關(guān)系，骨料粒徑較小，在鉆取芯樣過程中，對骨料顆粒的破壞性更小，更大限度保證了結(jié)構(gòu)的完整性。

小直徑芯樣檢測既可以提升經(jīng)濟效益，同時可對混凝土構(gòu)件的芯樣位置起到拓展作用[5，6]。因此，可以在馱英水庫及灌區(qū)工程中對取芯困難或者盡量避免對原有結(jié)構(gòu)物損傷的工程部位可以采用小直徑芯樣進行混凝土強度檢測。

4 結(jié)論

（1）在馱英水庫及灌區(qū)工程中，小直徑混凝土芯樣的抗壓強度試驗結(jié)果比較接近標準芯樣的強度，對取芯困難或者盡量避免對原有結(jié)構(gòu)物損傷的工程部位可以采用小直徑芯樣進行混凝土強度檢測。

（2）回彈法和鉆芯法檢測混凝土強度結(jié)果與齡期有較大關(guān)系，當混凝土齡期不小于60 d 時，進行混凝土回彈法或鉆芯法強度檢測，其結(jié)果較為準確。