回弹法检测盾构管片混凝土强度厦门地区专用测强曲线的制定研究

丘贵华

(厦门市交通建设工程检测有限公司,福建 厦门 361000)

1 引言

(1)随着城市社会经济的发展,越来越多的轨道交通工程采用盾构法施工,混凝土衬砌管片是盾构隧道最主要构件,其混凝土质量好坏直接影响盾构隧道的安全。盾构管片混凝土强度无损检测目前主要采用回弹法,但混凝土回弹值受原材料品种、混凝土表面碳化深度及混凝土结构表面曲率半径等有害因素的影响,采用《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T 23-2011中全国统一测强曲线检测混凝土抗压强度准确度偏低,建立专用测强曲线具有针对性强、准确度高的优点。

(2)混凝土试件回弹强度的影响因素原理分析：①回弹仪的影响,回弹仪水平弹击时的标称能量应为2.207J,弹击拉簧应处于自由状态。回弹仪的率定试验应在环境温度(5～35)℃的条件下进行,连续往下弹击3次,分四个方向,每个方向弹击前,弹击杆必须旋转90度,4个方向的率定值均应为80±2(HRC)。还应定期保养及按时送检。②混凝土原材料的影响,混凝土由水泥、粗、细集料、掺合料、外加剂和水拌制组成,混凝土立方体抗压强度的高低主要取决于混凝土中水泥和活性矿物掺合料的强度、粗集料强度和成型方法,回弹法检验混凝土结构表面约6厚度范围内表面硬度。③混凝土碳化深度的影响,混凝土中的氢氧化钙和潮湿空气中的二氧化碳发生反应生成碳酸钙称作碳化,碳化从混凝土构件表面逐渐向内部深入发展,碳化后的混凝土表面硬度会变大,混凝土构件碳化深度值直接影响混凝土强度的换算值,应测量混凝土构件的碳化深度并进行修正。④测试方法的影响,测区的选择应遵循随机选取,相邻两测区的间距和测区面积及测点距外露钢筋、预埋件的距离应满足规范要求。

(3)本文对厦门轨道交通三家管片预制场盾构管片混凝土,针对不同的骨料品种、产地和水泥进行了批量的回弹测强及试件钻芯强度验证,根据试验结果发现了规律的相关性,并建立了厦门地区盾构管片混凝土专用测强曲线。

2 试验概况

2.1 原材料

试验所用原材料均来自三家管片预制场,与生产盾构管片混凝土的原材料相符,混凝土配合比设计用原材料如表1。

2.2 配合比设计及检测方法

1)依据《回弹法检测砼抗压强度技术规程》JGJ/T 23-2011附录E中的规定,各管片预制场按照最佳配合比设计了C35～C55共5个强度等级的混凝土,坍落度设计要求为(50±20)mm,且每一强度等级制作6块150mm立方体试块,共90块试块。同一管片预制场不同混凝土强度等级试块应在同一天成型制作完毕。混凝土立方体试块的养护跟管片预制场混凝土试件采用相同的养护方式,成型24h后将试块移至盾构管片预制现场同条件养护,试块拆模日期与盾构管片拆模时间相同。5个强度等级混凝土配合比如表2所示。

表1 混凝土用原材料

表2 混凝土配合比

表3 C35～C55试验得出的28天平均回弹值、抗压强度值

图1 混凝土试块回弹测点位置布置图

3)在破坏后的混凝土试块边缘测量该试块的平均碳化深度值dm,将破坏后的试块边缘的粉末和碎屑清除干净,采用浓度1%的酚酞酒精溶液滴洒在破坏后的混凝土试块边缘处,用碳化深度仪测量已碳化和未碳化的混凝土分界线至试块表面的垂直距离,每个混凝土试块测量3次,每次碳化深度值读数精确至0.25毫米,取三次测的算术平均值作为混凝土立方体试块的碳化深度值,其结果精确至0.5毫米。

3 专业测强曲线的建立

1)碳化深度的影响,根据相关试验研究结果,高强混凝土碳化深度对其回弹值影响较小,本工程试验检测龄期较短,故在建立回归方程式中不考虑混凝土表面碳化深度的影响。

(公式1)

依据检测数据计算可得公式2：

(公式2)

r=0.969

由上相关系数r可知,回归方程式呈线性相关。

根据回归方程公式2计算出的混凝土强度值,见表4。

表4 回归方程计算出的混凝土强度值

3)回归方程式的强度平均相对误差δ和相对标准差er,按下列公式3和公式4计算：

(公式3)

(公式4)

式中：δ—回归方程的强度平均相对误差(%),精确至0.1。

er—回归方程的强度相对标准差(%),精确至0.1。

fcu,i—由第i个砼试块抗压强度得出的砼抗压强度值(MPa),精确至0.1MPa。

n—制定回归方程的试件数。

根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T 23-2011)规定专用测强曲线得强度误差应符合以下规定：

平均相对误差δ应小于等于±12.0%；相对标准差er应小于等于14.0%。

4 专用测强曲线验证

为了验证已建立的专用测强曲线的准确性,对三家管片预制场的管片试件实体进行验证,在三家管片预制场选取龄期到达28天的混凝土管片各三片(强度等级C50)进行回弹法检测,并在对应的测区临近采用钻芯法钻取直径为100mm的芯样,进行混凝土抗压强度检测,验证数据结果见表5。

5 结论

1)通过笔者的试验研究表明,该专用测强曲线(回弹法)所得的换算值与钻芯(钻芯法)取得的测试结果相近,表明所建立的专用测强曲线是准确可靠的,可作为厦门地区盾构管片无损检测的依据,对管片的质量管控具有很大的应用价值。

2)当原材料品种及产地、混凝土表面碳化深度及混凝土结构表面曲率半径等发生显著变化后应重新进行专业测强曲线的制定,并应定期对建立的专业测强曲线进行验证校核。

表5 验证数据结果