王 靜，魏玉升，趙 晉

（山東省水利工程試驗(yàn)中心有限公司,山東 濟(jì)南 250220）

0 引言

混凝土作為一種常見(jiàn)材料大量應(yīng)用于水利工程中[1]。由于混凝土表面硬度較高,抗壓能力較強(qiáng),一般方法對(duì)于混凝土的抗壓評(píng)價(jià)指標(biāo)的檢測(cè)能力比較片面[2]。而回彈法檢測(cè)混凝土質(zhì)量強(qiáng)度時(shí),具有輕便快捷、成本較小、檢測(cè)全面等優(yōu)勢(shì),逐漸成為混凝土檢測(cè)中最廣泛的檢測(cè)方法。因此,本文提出基于回彈法的水利工程混凝土檢測(cè)方法,確?；炷恋谋砻娓啥仍诤线m范圍之內(nèi)。與其他方法相比,此方法可以在不破壞混凝土內(nèi)部構(gòu)造的同時(shí),將檢測(cè)精度最大化。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

采用150 mm×150 mm×150 mm 的立方體混凝土試塊,表面積較大,強(qiáng)度等級(jí)在C15～C60 的范圍內(nèi),實(shí)際強(qiáng)度在25 MPa～98.5 MPa 范圍內(nèi),根據(jù)水利工程的實(shí)際應(yīng)用情況,將混凝土強(qiáng)度的富余系數(shù)控制在0.1 之內(nèi),初始坍落度范圍為150 mm～210 mm,其中攪拌物含水量不能超過(guò)5%[3]。水泥、細(xì)骨料、外加劑、摻合料、水等材料均符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),部分材料指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 部分材料指標(biāo)

如表1 所示,混凝土試塊的強(qiáng)度在C15～C60 范圍內(nèi),水泥型號(hào)為PO52.5 等級(jí)；粗骨料為石子,粒徑為5 mm～25 mm,細(xì)骨料為砂徑小于2.5 mm 的碎石；將水與膠混合形成水膠混合物即為水膠比；選用礦粉、硅粉作為本次試驗(yàn)的摻合料；添加減水劑和某地采集的飲用水作為試驗(yàn)的其他材料[4]。

1.2 試件制作

根據(jù)回彈法檢測(cè)方法的相關(guān)規(guī)定,水泥的性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 水泥性能指標(biāo)

如表2 所示,本次試驗(yàn)用的水泥細(xì)度、初-終凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。細(xì)骨料的中砂表面密度ρ為2.700 kg/m3,設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)Wc為70%,將細(xì)度模數(shù)設(shè)置為3.0,此時(shí),Wc即轉(zhuǎn)化為Wc1,在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。石子的表面密度ρ為2.719 kg/m3,堆積密度ρ為1.63 kg/m3,空隙為0.4,Wc為30%,Wc1為10%,壓碎值為10.8%[5]。摻合料中的礦粉指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 礦粉指標(biāo)

如表3 所示,礦粉指標(biāo)實(shí)測(cè)值均在標(biāo)準(zhǔn)值的范圍內(nèi),通過(guò)以上指標(biāo),制作出150 mm 的正方體標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊共336塊,試件制作見(jiàn)表4。

表4 試件制作表 單位：塊

如表4 所示,強(qiáng)度相同的混凝土試件采用同一種混凝土制作方式,在模板中裝勻并振動(dòng)成形,混凝土試件制作見(jiàn)圖1。

圖1 混凝土試件

如圖1 所示,成形的試塊與水利工程現(xiàn)場(chǎng)施工、養(yǎng)護(hù)條件一致,對(duì)試塊作出標(biāo)號(hào),標(biāo)養(yǎng)拆模后,試塊的底面朝下,4個(gè)側(cè)面均暴露在空氣中,但是要采取一定措施,防止暴曬或雨淋,在自然養(yǎng)護(hù)14 天后試壓[6]。

1.3 試驗(yàn)方法

首先,利用回彈儀對(duì)混凝土的回彈值進(jìn)行測(cè)定。首先,對(duì)回彈儀進(jìn)行率定試驗(yàn),將鋼砧放在混凝土表面,保證混凝土的表面干凈,避免表面油污、灰塵對(duì)強(qiáng)度檢測(cè)產(chǎn)生影響,測(cè)點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)氣孔或外露粗骨料,彈擊時(shí),回彈儀的軸線應(yīng)垂直于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的混凝土表面,緩慢均勻施壓,不宜用力過(guò)猛或突然沖擊；記錄回彈儀的穩(wěn)定回彈值時(shí),對(duì)試塊進(jìn)行預(yù)應(yīng)力控制,使壓力載荷控制為120 kN～160 kN[7]。此外,混凝土試塊的兩個(gè)側(cè)面也需要測(cè)定,每個(gè)側(cè)面布置8 個(gè)測(cè)試點(diǎn),共16 個(gè)回彈值, 各個(gè)測(cè)試點(diǎn)到混凝土試塊邊緣的距離在30 mm 左右,在布設(shè)測(cè)試點(diǎn)時(shí),避開(kāi)混凝土骨料氣泡處,防止氣泡對(duì)回彈值產(chǎn)生影響[8]。此時(shí),計(jì)算回彈平均值,從測(cè)區(qū)的16 個(gè)回彈值中去除3 個(gè)最大和3 個(gè)最小值,對(duì)剩余10 個(gè)回彈值進(jìn)行平均計(jì)算,計(jì)算公式如下：

式中：Qm為平均回彈值；Qi為第i 個(gè)測(cè)試點(diǎn)的回彈值。

其次,測(cè)試試件的抗壓強(qiáng)度。在測(cè)試過(guò)程中,液壓式試驗(yàn)機(jī)除了要滿足施壓機(jī)的常規(guī)要求以外,混凝土試件的破壞載荷在測(cè)力量程的20%～80%范圍內(nèi)[9]。試塊的抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式為：

式中：fu為試件的抗壓強(qiáng)度；F 為試件的破壞載荷；A 為混凝土試件的承受力。

在壓力測(cè)試后,得出混凝土試件的抗壓強(qiáng)度,進(jìn)而利用酚酞指示劑深度測(cè)試混凝土的碳化程度[10]。回彈值測(cè)量完畢后,應(yīng)在有代表性的測(cè)區(qū)上測(cè)量碳化深度值,測(cè)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)的30%,應(yīng)取其平均值作為該構(gòu)件每個(gè)測(cè)區(qū)的碳化深度值。當(dāng)碳化深度值極差大于2.0 mm 時(shí),應(yīng)在每一測(cè)區(qū)分別測(cè)量碳化深度值。采用工具在測(cè)區(qū)表面形成直徑約為15 mm 的孔洞,其深度應(yīng)大于混凝土的碳化深度；清除孔洞中的粉末和碎屑,且不得用水擦洗；采用濃度為1%～2%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處,當(dāng)已碳化與未碳化界線清晰時(shí),采用碳化深度測(cè)量?jī)x測(cè)量已碳化與未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距離,并測(cè)量3 次,每次讀數(shù)精確至0.25 mm。并取三次測(cè)量的平均值作為檢測(cè)結(jié)果,并精確至0.5 mm。

最后,通過(guò)測(cè)定混凝土試件的回彈值、抗壓強(qiáng)度、碳化值,得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

如表5 所示,回彈值Qm的范圍在20 MPa～70 MPa,抗壓強(qiáng)度f(wàn)u的范圍為＞60 MPa,同一批混凝土試件的抗壓強(qiáng)度與回彈值不是一個(gè)定值,經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn),回彈值與抗壓強(qiáng)度屬于正態(tài)分布[11]。由于此檢測(cè)方法中,觀察數(shù)值或記錄方面可能會(huì)存在誤差,導(dǎo)致與實(shí)際數(shù)值相差較大,本文將存在誤差的數(shù)值消除,消除后的回彈區(qū)間與強(qiáng)度區(qū)間見(jiàn)表6。

表6 消除離群值后的回彈區(qū)間與強(qiáng)度區(qū)間分布 單位：MPa

如表6 所示,誤差值也就是離群值,將離群值剔除后,剩余有效試件的回彈區(qū)間為28.2 MPa～68.5 MPa,強(qiáng)度區(qū)間為

13.0 MPa～84.0 MPa。

2 試驗(yàn)結(jié)果

基于回彈法的水利工程混凝土檢測(cè)方法,在檢測(cè)過(guò)程中往往會(huì)因?yàn)橛^察數(shù)值、記錄數(shù)值,以及計(jì)算數(shù)值的失誤而導(dǎo)致最終結(jié)果的偏差,除消除離群值的方法以外,回歸分析法是操作更加便捷的消除誤差方法,回歸分析法是根據(jù)統(tǒng)計(jì)的相關(guān)原理,在檢測(cè)混凝土?xí)r,設(shè)計(jì)自變量與因變量,在此基礎(chǔ)上,對(duì)統(tǒng)計(jì)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理,回歸方程的建立是回歸分析法的基本原理,不僅可以消除誤差值,還可以對(duì)其中某項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè),本文根據(jù)兩種型號(hào)（HT266、HT1111）回彈儀對(duì)試驗(yàn)中不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土試件作回彈測(cè)試,將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,通過(guò)建立線性模型,計(jì)算混凝土試件測(cè)試的平均誤差,公式如下：

式中：δ為抗壓強(qiáng)度平均誤差；為i 個(gè)試件的抗壓強(qiáng)度；n 為混凝土試件數(shù)；er為抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。此時(shí)得出的兩種型號(hào)回歸方程式及誤差關(guān)系見(jiàn)表7。

表7 兩種型號(hào)的誤差關(guān)系

如表7 所示, Q、μ均為回歸方程中的相關(guān)系數(shù),得出的型號(hào)HT266 的混凝土試件平均誤差δ為±7.7,抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差er為±10.9；型號(hào)為HT1111 的混凝土試件平均誤差δ為±5.2,抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差er為±7.2。本文對(duì)誤差結(jié)果進(jìn)行擬合回歸,得出相關(guān)系數(shù)Q為0.0482 Qm1.8485；μ為0.1526 Qm1.5726。此時(shí),本文設(shè)計(jì)的方法中抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值見(jiàn)表8。

表8 抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值

如表8 所示,本文設(shè)計(jì)的檢測(cè)方法實(shí)測(cè)值與計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值相差±0.001,誤差較小,符合本文研究目的。

3 結(jié)論

針對(duì)常規(guī)檢測(cè)方法中檢測(cè)效果比較片面的問(wèn)題,提出基于回彈法的水利工程混凝土檢測(cè)方法,利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),得出如下結(jié)論：

（1）基于回彈法的水利工程混凝土檢測(cè)方法精度較高,與計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值僅有0.001 的差距,實(shí)用價(jià)值較高。

（2）此方法操作簡(jiǎn)單,輕便,檢測(cè)角度等原因?qū)z測(cè)效果的影響較小,可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)環(huán)境提供幫助。