水工全级配混凝土抗压强度检测方法讨论

王 良 ，武利强 ，林万青 ，叶 飞 ，倪立建

（1.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；2. 浙江省水利防灾减灾重点实验室，浙江 杭州 310020；3. 浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心，浙江 杭州 310012）

1 问题的提出

水工全级配混凝土指的是三级配或四级配混凝土，多用于混凝土重力坝或拱坝等大体积混凝土结构中。三级配混凝土骨料最大粒径为80 mm，四级配混凝土骨料最大粒径为120 mm或150 mm。与常规二级配混凝土相比，全级配混凝土骨料最大粒径大幅度增加，混凝土力学性能试验所用的试件尺寸也相应增加，立方体抗压强度试块尺寸达到了450 mm，体积是标准试件（边长150 mm立方体）的27倍，无论是质量，还是尺寸，均给试验人员带来较大的困难。目前，全级配混凝土抗压强度控制多采用湿筛法，即将超过40 mm的粗骨料剔除后，重新搅拌均匀后成型。然而，湿筛法的混凝土抗压强度与全级配混凝土存在较大的差异，并不能准确反映混凝土实际强度。虽然已有研究者进行过全级配混凝土力学性能试验，但不同工程试验结果差异较大，尚无比较统一的结论和模型[1-5]。

本文主要对目前采用的全级配混凝土抗压强度检测方法的优缺点进行分析，在此基础上，分析“如何准确检测全级配混凝土抗压强度”，并提出解决思路和方法。

2 混凝土抗压强度检测方法

2.1 回弹法

回弹法是通过混凝土表面硬度和碳化深度来推定混凝土抗压强度的一种无损检测方法。通常做法是选定10个测区，每个测区16个回弹值；每个测区根据测区曲线、碳化值及测面修正等可以换算出该测区的抗压强度值；统计10个测区的抗压强度值，根据强度保证率和数理统计参数即可推定出整个构件的抗压强度推定值。由此可见，回弹法最终得到的为抗压强度推定值，具有数理统计意义。

回弹法的优点是对结构没有损伤，试验难度低，可以快速得到强度值。缺点是强度值为推定值，非直接试验强度，因此，准确性和可靠度很大程度上取决于测强曲线、碳化深度测量准确度、回弹位置等因素，是一种间接检测方法。

2.2 机口取样法

机口取样指的是现场浇筑混凝土时，在卸料口直接抽取混凝土拌合物后成型标准混凝土试件，按照规范要求养护条件和龄期养护后，进行抗压强度试验。

机口取样法的优点是混凝土拌合物和实际工程为相同批次，可真实反映混凝土拌合物性能，比如塌落度、和易性等指标。缺点是混凝土标准试件成型方法和振捣方式与工程实体浇筑、振捣方式不同，因此，机口取样试件混凝土抗压强度也难以准确反映实体混凝土抗压强度。

2.3 实体取芯法

实体取芯法指的是当工程实体混凝土龄期到达设计龄期后，通过钻孔的方式获取混凝土芯样，再进行抗压强度试验，得到混凝土抗压强度值。

实体取芯法优点是可以直接获取混凝土实体抗压强度，综合反应了混凝土拌合物性能、振捣密实度、养护措施是否到位等因素，是评定混凝土施工质量最有效的手段。缺点是取芯成本较高、时间长、对结构有一定的损伤，尤其是大尺寸芯样。

3 抗压强度检测方法在全级配混凝土中适用性讨论

3.1 回弹法

SL 352 — 2006《水工混凝土试验规程》中规定了当骨料最大粒径大于40 mm时，宜采用重型回弹仪进行回弹，并给出强度换算公式：

式中：fccN0为混凝土抗压强度推定值，MPa；mN为测区平均回弹值，无量纲。

以上表明采用回弹法检测全级配混凝土抗压强度是规范允许的，但在实际应用中存在一些问题，文献[6]进行了简要描述。需要特别指出的是式（1）直接引自交通规范JTG 270 — 98《水运工程混凝土试验规程》，存在2个问题：①不同行业，混凝土骨料粒径、级配均有差异，对混凝土抗压强度有影响；②1998年的规范距今已20余年，混凝土原材料组分和质量均发生了一定改变，原有的推定公式是否适用，需要进一步验证。因此，回弹法直接采用以上公式推定混凝土抗压强度可能产生较大的误差。

3.2 机口取样法

全级配混凝土中，机口取样法基本采用湿筛法，导致混凝土抗压强度产生尺寸效应。很多研究者进行全级配大尺寸混凝土试块抗压强度和湿筛后标准试件抗压强度相关关系研究。但不同工程不同研究者研究结果差异较大，这与大尺寸试件试验难度大、数据离散性大等因素有关，短期内仍难以克服这些试验技术难题，因此，目前在混凝土抗压强度尺寸效应研究方面尚无统一结论和普适模型。

3.3 实体取芯法

根据SL 352 — 2006《水工混凝土试验规程》规范混凝土芯样直径一般不小于骨料最大粒径的3倍，至少不小于2倍。对于四级配混凝土而言，芯样直径必须达到450 mm，最低不能低于300 mm。这种大尺寸芯样钻取将耗费大量人力财力和时间，而且对混凝土结构损伤非常大。因此，工程中即使采用取芯法，必须严格控制取芯频率，以免对工程安全造成不可恢复的影响。

3.4 全级配混凝土抗压强度检测的一些建议

在以上3种检测全级配混凝土抗压强度的方法中，最合适的为回弹法，必要时可辅助采用取芯法。但目前回弹法对于检测全级配混凝土抗压强度方面，准确性和可靠度还需要进一步提升。最有效的办法是建立全级配混凝土专用回弹测强曲线，条件成熟时可以建立地区回弹测强曲线。思路为：

（1）成型全级配大尺寸混凝土试件；

（2）在混凝土试件上进行回弹试验，获取回弹值；

（3）进行抗压强度试验，获取全级配混凝土真实抗压强度值；

（4）初步建立回弹值和抗压强度相关性模型；

（5）采用取芯法获取混凝土实体强度，对模型进行进一步修正。

4 结 语

全级配混凝土是水工混凝土中一种有行业特色的混凝土，直接引用其他行业规范对其抗压强度进行评定是不合适的。目前采用的3种检测全级配混凝土抗压强度的方法的优缺点及适用性，均不能有效解决全级配混凝土抗压强度评定问题。相比之下回弹法更合适，但需重新建立测强曲线模型，并通过混凝土实体强度进行验证。