劉杭杭, 吳德義

(1.安徽省建筑科學設(shè)計研究院安徽省綠色建筑與裝配式建造安徽省重點實驗室 安徽 合肥 230031;2.安徽建筑大學土木工程學院 安徽 合肥 230022)

0 引言

回彈法通過彈擊混凝土表面,并根據(jù)表面硬度與混凝土抗壓強度的關(guān)系,測定混凝土的強度[1]。超聲法則是利用超聲波在混凝土中傳遞速度來推算混凝土抗壓強度[2-3]。20世紀60年代,弗格瓦洛等[4]首次提出采用超聲回彈綜合法測定混凝土強度,解決了超聲法和回彈法單獨使用時的固有不確定性問題,具有侵入性較小,探測范圍廣的優(yōu)勢[5]。

超聲回彈綜合法是對混凝土強度全面檢測的一種方法,通過回彈法測量表面強度和利用超聲波探測內(nèi)部情況[6-8]。為便于工程應(yīng)用,制定了國家超聲回彈測強曲線[9],取得了明顯效果。但由于各地區(qū)原材料、配合比、氣候條件等差別明顯,國家超聲回彈測強曲線在各地區(qū)使用的適用性必須進行驗證,國家超聲回彈法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程規(guī)定國家超聲回彈測強曲線檢測混凝土強度相對誤差不應(yīng)超過12%,相對標準差不應(yīng)超過14%,否則需另立地區(qū)測強曲線對混凝土強度進行推定[10]。本文根據(jù)有關(guān)規(guī)定在實驗室制作了不同齡期不同強度等級混凝土試塊,根據(jù)測定的混凝土試塊回彈值、超聲波速值以及抗壓強度值,采用國家超聲回彈測強曲線對混凝土強度進行了推定,在分析國家超聲回彈測強曲線適用性基礎(chǔ)上建立了合肥地區(qū)超聲回彈測強曲線,并對其使用適應(yīng)性進行了驗證。

1 方案設(shè)計

依據(jù)合肥地區(qū)常用原材料和混凝土配合比,選擇制作混凝土原材料(如表1),常用混凝土配合比如表2。

表2 不同強度等級混凝土配合比

結(jié)合合肥地區(qū)實際,選用C15至C60常用混凝土強度等級。制作C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45 、C50、C55、C60不同強度等級試塊,每一強度等級制作7 d、14 d、28 d、60 d、90 d、180 d、365 d共7個齡期的混凝土試塊各1組,自然養(yǎng)護。C15至C45等級混凝土采用MC225型回彈儀,C50至C60等級混凝土采用HT-1000型回彈儀測定混凝土回彈值;碳化深度測定儀測混凝土碳化深度;SYE-3000型壓力實驗機測定不同強度混凝土試塊強度。

2 國家回彈測強曲線在合肥地區(qū)使用適用性驗證

2.1 驗證方法

國家超聲回彈測強曲線(碎石)為[10]

(1)

可以采用實驗測得的不同強度等級混凝土試塊的強度及國家曲線推定強度相對誤差和相對標準誤差的大小來反映國家超聲回彈統(tǒng)一測強曲線在合肥地區(qū)適用情況。

相對誤差mδ為[11]

(2)

式中,fcu為混凝土的實測強度(MPa)。

相對標準誤差Sr為[11]

(3)

2.2 驗證結(jié)果

2.2.1 驗證結(jié)果及分析

國家超聲回彈測強曲線在合肥地區(qū)使用時不同強度等級不同齡期混凝土試塊相對誤差分布如圖1,平均相對誤差為66.2%,相對標準差為77.3%,遠遠超過了國家超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程中規(guī)定的相對誤差不超過12.0%,相對標準差不超過14.0%的要求。

圖1 國家超聲回彈曲線平均相對誤差分布圖

實測結(jié)果表明:國家超聲回彈測強曲線(碎石)在合肥地區(qū)使用相對誤差、相對標準差總體上很大,對不同齡期不同強度等級特別是高強混凝土都不適用(如圖1)。相對誤差較小的混凝土強度等級為C15,相對誤差在20.0%左右;相對誤差較大的混凝土強度等級為C20及C25,在40.0%～60.0%;強度等級C30～C60混凝土相對誤差很大,在80.0%～120.0%之間。國家超聲回彈測強曲線對于早齡期(7 d、14 d、28 d)高強混凝土試塊強度預測,相對誤差也較大;對于長齡期(60 d、90 d、180 d、365 d)高強混凝土試塊強度預測,相對誤差相對較小。

2.2.2 適用性分析

常見的C25、C30強度等級的混凝土在合肥地區(qū)使用相當廣泛,高強混凝土使用日益增多,而國家超聲回彈測強曲線對C25、C30強度等級的混凝土檢測誤差很大,對高強混凝土使用更是明顯不適用,也不能對合肥地區(qū)早齡期混凝土抗壓強度進行預測。因此,有必要建立合肥地區(qū)超聲回彈測強曲線;該曲線對于合肥地區(qū)混凝土包括高強混凝土(C50～C60)的抗壓強度檢測有明顯適用性,對早期混凝土強度預測誤差明顯減小,為合肥地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強度檢測提供依據(jù)。

3 合肥地區(qū)超聲回彈測強曲線建立及適用性分析

3.1 合肥地區(qū)測強曲線建立

要確立混凝土試塊抗壓強度fcu與回彈值R及聲速值v之間的相關(guān)關(guān)系,建立地區(qū)超聲回彈測強曲線,有以下幾種回歸方程可供選擇

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

式中:Ri為試件回彈值均值;vi為試件平均聲速值(km/s);a、b、c為回歸系數(shù)。

對式(5)兩邊求對數(shù),可得

(10)

y'=d+bx+cz

(11)

(12)

解得3個規(guī)范方程式

(13)

(14)

將式(14)代入式(13),得

(15)

(16)

將式(16)帶入式(15),得

(17)

解得

(18)

將實測數(shù)據(jù)代入得:L11=1.9619,L22=3.8532,L12=3.8532,L21=11.6005,L1y=13.7779,L2y=31.6031。將其代入式(13)至(17)得:b=4.810,c=1.127,d=-6.710,a=ed=1.218×10-3。合肥地區(qū)超聲回彈測強曲線(碎石)方程式為

(19)

3.2 合肥地區(qū)超聲回彈測強曲線適用性分析

根據(jù)合肥地區(qū)超聲回彈測強曲線方程(碎石)推定混凝土強度的換算值并與實測強度比較,得出不同齡期不同強度等級混凝土試塊相對誤差分布如圖2;合肥地區(qū)超聲回彈曲線平均相對誤差為8.9%,相對標準差為11.1%,滿足規(guī)范規(guī)定的地區(qū)超聲回彈測強曲線對混凝土強度檢測相對誤差不超過12.0%,相對標準差不超過14.0%的要求,可以用式(19)作為合肥地區(qū)超聲回彈法檢測混凝土強度地區(qū)測強曲線。

合肥地區(qū)超聲回彈曲線在合肥地區(qū)使用相對誤差、相對標準差總體上比較小。對于C15強度等級180 d齡期混凝土強度預測相對誤差約15.0%、C20及C25強度等級混凝土中長齡期(60 d、90 d)強度預測的相對誤差超過15.0%,誤差較大,適用性較差;除對C45強度等級混凝土試塊7 d齡期強度預測相對誤差超過15%外,對于其他不同強度等級7 d早齡期混凝土強度預測的相對誤差都在10.0%左右,適用性較好;對于C30強度等級不同齡期混凝土強度預測的相對誤差低于10.0%,適用性很好;對于不同齡期高強混凝土(C50至C60)強度預測相對誤差最大不超過14.0%,也具有很好的適用性。

3.3 合肥地區(qū)超聲回彈測強曲線驗證

為了驗證建立的合肥地區(qū)超聲回彈曲線在本地區(qū)使用的適用性,本項目從安徽建筑工業(yè)學院新建逸夫樓工程、合肥市蜀山區(qū)某建筑工地、合肥市永建混凝土攪拌站、日月混凝土攪拌站及其他建筑工程中選取一批不同強度不同齡期的混凝土試塊對合肥地區(qū)超聲回彈測強曲線驗證。

實測不同條件混凝土試塊超聲波速值、回彈值、強度值,采用合肥地區(qū)超聲回彈測強曲線對混凝土強度進行推定,結(jié)果表明新建立的合肥地區(qū)超聲回彈測強曲線推定混凝土強度的相對誤差為10.3%,相對標準差為13.2%,相對誤差及相對標準差大小符合規(guī)定要求。但比實驗室混凝土試塊驗證數(shù)據(jù)得出的誤差稍大,究其原因,主要由于驗證混凝土試塊取自4個不同現(xiàn)場,配合比不盡相同,養(yǎng)護方式也不一樣,其中安徽建筑工業(yè)學院逸夫樓的預留試塊采用同強度的現(xiàn)場養(yǎng)護,攪拌站試塊采用實驗室蒸汽養(yǎng)護,實驗室試塊采用自然養(yǎng)護。本項目研究得出的超聲回彈測強曲線對合肥地區(qū)混凝土包括高強度混凝土檢測都具有較強的實用性。

4 結(jié)束語

(1)國家超聲回彈曲線在合肥地區(qū)使用平均相對誤差為66.2%,相對標準差為77.3% ,遠大于規(guī)范規(guī)定的相對誤差不超過14.0%,相對標準差不超過17.0%的要求,國家超聲回彈測強曲線在合肥地區(qū)并不適用。

(2)新建立的合肥地區(qū)超聲回彈測強曲線平均相對誤差為8.9%,相對標準差為11.1%,滿足規(guī)范規(guī)定的相對誤差不超過12.0%,相對標準差不超過14.0%的要求。驗證數(shù)據(jù)相對誤差為10.3%,相對標準差為13.2%,地區(qū)測強曲線可以在合肥地區(qū)使用。