粗骨料对混凝土回弹测强曲线的影响

刘加敏

（中铁十八局集团国际公司，天津　300222）

粗骨料对混凝土回弹测强曲线的影响

刘加敏

（中铁十八局集团国际公司，天津300222）

通过回弹法研究粗骨料粒径和种类对混凝土抗压强度、回弹值随龄期变化规律的影响，建立了混凝土抗压强度与回弹值的定量关系。研究结果表明:混凝土表层硬度和强度随着粗骨料粒径的增加而增大；玄武岩混凝土的回弹值较石灰岩混凝土、卵石混凝土大；基于粗骨料不同粒径和种类建立的回弹测强曲线满足《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T 23—2011）。

混凝土；回弹法；测强曲线；粗骨料粒径

混凝土结构是我国建筑工程中的主体结构［1-2］，加强和完善现场混凝土结构检测是保障建筑物结构安全的重要措施［3］。回弹法是通过利用回弹仪检测混凝土表层硬度进而反推抗压强度，因其仪器携带方便、操作简单、检测误差较小等优点成为现场检测混凝土结构强度的常用方法［4-5］。自20世纪50年代我国进行了大量的实验室研究与现场数据的积累，建立了国家统一测强曲线，形成了《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/T 23—2011），为实体工程的质量检测提供了依据。但是《规程》中建立的曲线对粗骨料的种类及粒径大小都没有具体的规定，国内外关于粗骨料对混凝土表层硬度的影响至今也没有统一的看法。浙江省建筑科学研究院认为粗骨料种类对回弹测强曲线影响较大，不同的粗骨料种类应分别建立相关曲线或者以某种类型的粗骨料为标准对其他品种石子进行修正；然而，陕西省建筑科学研究院通过大量同条件的对比试验及计算分析认为，不同种类的粗骨料对混凝土的回弹值影响并不是特别明显，其影响可以忽略不计。国内一些单位也试验研究了粗骨料粒径对混凝土表层硬度的影响，结果表明：符合筛分曲线的石子粒径对混凝土表层硬度的影响比较小，然而石子的粒径和形状间接地影响混凝土的强度，混凝土中石子的粒径越大，针片状颗粒所占的比例越大，骨料表面集聚水膜的趋势越强，就削弱了界面过渡区，降低了混凝土的强度。综上不难看出，石子粒径和种类的不同对测强曲线的影响未知，对于现场检测和评定混凝土质量存在一定误差。针对上述问题，本文通过系统地研究混凝土粗骨料不同粒径和种类对表层硬度的影响，建立粗骨料不同粒径和种类下混凝土表层硬度与强度的定量关系，提出混凝土的测强方程。

1　试验

1.1试验原材料

P.Ⅱ52.5级水泥；石灰岩碎石，卵石，玄武岩，石灰岩碎石的粒径分别在5～10，10～20和20～26 mm，其余种类的粗骨料粒径在10～20 mm；细砂，细度模数为2.60；外加剂选用PCA型聚羧酸高效减水剂，含固量为30%，水泥熟料的化学组成及特征参数见表1。

表1　水泥熟料的化学组成及特征参数

1.2试验方案

通过试验系统地研究了粗骨料粒径及种类对混凝土回弹值的影响。试验采用的混凝土配合比见表2。其中对第2种配合比研究了不同粗骨料种类对混凝土回弹值的影响。为了模拟工程应用，将试样在标准养护室中养护7 d后进行相同条件的自然养护，并分别测量14，28，60，90，120和180 d的回弹值、抗压强度和碳化深度值。因混凝土的坍落度对测试结果有一定的影响，为了保证比较的可靠性，试验时调整混凝土的减水剂掺量使其坍落度相近，约在160 mm。

表2　混凝土配合比

1.3试验方法

1.3.1回弹测试与计算

测试回弹值时，分别测量不同编号的混凝土7，14，28，60，90，120及180 d龄期的表层硬度。在进行回弹测量时，将标准试件的成型相对侧面擦净，分别测量2个相对侧面，每个面测量8个测点，每个测点值精确至1 MPa。为了减小误差，将测试数据中最大的3个值和最小的3个值剔除，余下10个有效回弹值取均值，作为该试件的平均回弹值，计算精确至0.1 MPa。

1.3.2抗压强度

测量不同强度等级不同龄期的抗压强度，每个龄期测试3个小试件。将试件放置在压力机上、下承压板间加压，以3～5 kN/min的速度连续均匀加压，直到试件破坏，得到试件的破坏荷载值，然后换算成抗压强度值。3个试件抗压强度值的算术平均值作为该组试件的强度值。3个测值中的最大值或最小值中如果有一个与中间值的差值超过中间值的15%，则把最大及最小值一并舍去，取中间值；如最大值和最小值与中间值的差均超过中间值的15%，则该组试件的试验结果无效。

1.3.3碳化深度测定

在抗压强度测试后对小试件进行碳化深度测定，用事先配置好的酚酞酒精溶液喷洒在混凝土断裂面上，到一定的时间后在混凝土红色与非红色交界处用碳化深度测量仪测量，精确到0.5 mm。

2　试验结果与分析

2.1龄期对混凝土碳化深度的影响

第2种配合比混凝土在不同龄期的碳化深度变化见表3。从表中可以看出，随着自然养护时间的增加，混凝土表面碳化深度在增大。

表3　第2种混凝土在不同龄期的碳化深度变化 mm

2.2龄期、粗骨料粒径对混凝土回弹值和抗压强度的影响

水灰比为0.5时不同粒径粗骨料混凝土回弹值随龄期的变化曲线见图1。可见，随着龄期的增大不同粒径粗骨料混凝土回弹值均增大。在同一龄期下粗骨料粒径为20～26 mm的回弹值最大，粒径10～20 mm的回弹值次之，粒径5～10 mm的回弹值最小；随着养护龄期的增加，三者之间的差值逐渐增大。不同粒径粗骨料混凝土抗压强度随龄期的变化曲线见图2。可见，粗骨料粒径对混凝土早期抗压强度影响较大，5～10，10～20，20～26 mm粒径的混凝土在14 d龄期抗压强度分别为35.5，39.0，41.6 MPa。60 d龄期之后粒径对其强度影响较小，如在90 d龄期时，抗压强度分别为46.0，46.6，46.8 MPa，可见粗骨料粒径对90 d龄期之后的混凝土强度影响较小。对比图1和图2可知，在＞14 d的其他任何龄期不同粒径粗骨料混凝土的抗压强度均大于回弹值。粗骨料粒径为20～26 mm时，混凝土回弹值和抗压强度在不同龄期下的变化见图3。从图中可以看出，不同龄期下的抗压强度分别为41.6，43.9，46.0，46.8，47.5和49.0 MPa，均大于相同龄期下的回弹值 36.5，38.5，40.2，43.2，43.5和44.9 MPa。

图1　水灰比为0.5时不同粒径粗骨料混凝土回弹值随龄期的变化曲线

图2　水灰比为0.5时不同粒径粗骨料混凝土抗压强度随龄期的变化曲线

图3　粗骨料粒径为20～26 mm时混凝土抗压强度和回弹值随龄期的变化曲线

2.3不同种类粗骨料对混凝土回弹值的影响

不同种类粗骨料对混凝土回弹值的影响见图4，可见任意龄期下玄武岩混凝土的回弹值最大，石灰岩混凝土的回弹值最小。在180 d龄期时，石灰岩混凝土、卵石混凝土以及玄武岩混凝土的回弹值分别为44.9，46.0和48.0 MPa。这可从回弹法的原理进行解释，石灰岩、卵石以及玄武岩的硬度依次增加，当回弹仪的弹击杆弹击在混凝土表面时，由于玄武岩的硬度最大，因此其吸收回弹仪的能量最小，反弹给回弹仪的能量最大，故其回弹值最大。

图4　不同种类粗骨料对混凝土回弹值的影响

3　回弹测强曲线方程的建立

JGJ/T 23—2011规定地区回弹测强曲线的平均相对误差δ≤±14%，相对标准差σ≤17%，因此用平均相对误差和相对标准差作为混凝土回弹测强拟合曲线的评定标准。其公式分别为

式中：f为测得的第i个试件的抗压强度值，MPa；fc

cu，icu，i为第i个试件按照回弹回归方程计算得到的抗压强度值，MPa；n为试件个数。

测量大量混凝土不同龄期的回弹值、抗压强度和碳化深度，利用 Linest函数找出三者之间的相关关系［6-8］，建立混凝土的回弹测强方程

式中：fcc

u，i为第i个测区混凝土抗压强度换算值，MPa；R为测区平均回弹值，精确到0.1 MPa；dm为测区平均碳化深度值，mm。

建立的混凝土回弹测强曲线的 δ=±5.20% ＜±14%，σ=5.50% ＜17%。这2个指标明显低于地区测强曲线的误差要求。相关系数r=0.927，可知该曲线拟合效果较好。

利用MATLAB软件对建立的混凝土回弹测强曲线进行曲面拟合。拟合曲面见图5，可见测强曲面能够非常直观反映出抗压强度、回弹值和碳化深度三者之间的相互关系。相同碳化深度时随着回弹值的增大，混凝土的抗压强度值增大；相同回弹值时随着碳化深度的增加，混凝土抗压强度都有所降低。

图5　混凝土回弹测强曲面拟合

4　结论

1）粗骨料粒径和种类对混凝土表层硬度均有一定的影响。随着粗骨料粒径的增加，混凝土表层硬度和强度值增大；石灰岩混凝土、卵石混凝土以及玄武岩混凝土在相同养护龄期下玄武岩混凝土的回弹值最大，石灰岩混凝土的回弹值最小。

2）通过大量的试验结果回归分析了混凝土浇筑180 d内抗压强度与回弹值和碳化深度之间的关系，建立了混凝土早期回弹测强曲线方程：fccu，i=0.052 30× R1.752 1010-0.020 78dm。平均相对误差和相对标准差均满足JGJ/T 23—2011的要求。

［1］胡杰，田安国.现代混凝土耐久性现状及原因浅析［J］.混凝土，2008（4）：29-31.

［2］黄士元.高性能混凝土发展的回顾与思考［J］.混凝土，2003 （7）：3-9.

［3］吴慧敏.结构混凝土现场检测新技术［M］.长沙：湖南大学出版社，1982.

［4］MCCANN D M，FORDE M C.Review of NDT Methods in the Assessment of Concrete and Masonry Structures［J］.NDT&E International，2001，34（2）：71-84.

［5］BREYSSE D.Nondestructive Evaluation of Concrete Strength：An Historical Review and a New Perspective by Combining NDT Methods［J］.Construction and Building Materials，2012，33（8）：139-163.

［6］杨永敢，张云升，刘国建.矿物掺合料混凝土早龄期回弹法测强曲线的试验研究［J］.硅酸盐通报，2015，34（3）：609-614.

［7］李锦宏.EXCEL在回弹法测定混凝土强度计算中的应用［J］.中国科技信息，2011（4）：95-97.

［8］姚亮，司马军，耿建华，等.基于Excel的回弹法检测混凝土抗压强度计算程序［J］.水利与建筑工程学报.2009，7（1）：140-142.

（责任审编葛全红）

Influence of Coarse Aggregates on Concrete Strength Curve Resulted from Measuring by Rebound Apparatus

LIU Jiamin
（China Railway 18th Bureau Group International Company，Tianjin 300222，China）

T he effect of coarse aggregate sizes and types on the relations between concrete compressive strength，rebound value and time were studied.A quantitative relationship between concrete compressive strength and the rebound value was established.T he result shows that concrete hardness and compressive strength increase with coarse aggregate size.T he rebound value of basalt concrete is greater than that of limestone or pebble concrete.T he strength curves based on different coarse aggregate sizes and types using rebound method was analyzed，satisfying the requirements of the code Technical specification for concrete compressive strength of the rebound method.

Concrete；Rebound method；Strength curve；Coarse aggregate size

刘加敏（1974— ），男，高级工程师。

TU528

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.07.36

1003-1995（2016）07-0147-04

2016-03-30；

2016-04-15