区域石灰岩骨料混凝土回弹专用测强曲线研究

陈 黎

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563000)

1 研究背景和意义

混凝土是一种由非匀质性材料组成的多相复合体系，很大程度上受到原材料质量的偏差、配合比、振捣生产工艺以及养护条件等因素影响，使得对质量控制变得更加复杂。混凝土强度作为混凝土质量控制中考核的关键因素之一，同时也是设计、现场施工以及施工验收的重要依据，无论对新建建筑进行质量验收还是对既有建筑评定与改造，都会涉及到混凝土结构强度评定问题，因此准确地评定建设工程中混凝土构件强度对结构安全使用有着深远的意义。

工程现场对混凝土构件进行强度评定时，无损检测技术具有现场操作性强、实用性高、快速性等特点，其中回弹法被认为是混凝土无损检测技术中的基本方法之一[1]，也被认为是现场结构混凝土检测的常用方法。同时也得到了业内广泛认可和研究，随着现代混凝土技术的逐步发展，各地区生产环境及工艺水平的差距，区域特点比较明显，国家统一测强曲线对混凝土强度检测的适用性降低，需要更加深入研究回弹法以便适应新形势下的混凝土质量控制工作[2]，JGJ/T23—2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》中规定，“在全国工程中适用回弹法检测混凝土强度，各地区使用统一测强曲线外，也可以根据各地的气候和原材料特点，因地制宜的制定及采用地区测强曲线。”因此，制定区域内骨料加工拌制的混凝土回弹法测强曲线，用于工程质量无损检测，更符合工程实际，有利于提高实体质量评定，对提高回弹法测强的检测精度和准确性具有重要的意义[3]。

2 研究范围和目标

文章以石灰岩骨料加工拌制不同强度等级的混凝土为研究对象，通过混凝土试件，进行回弹检测、声波测试、抗压强度试验，从而建立混凝土专用测强曲线[4]，对混凝土强度进行换算，通过C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40不同等级混凝土试块，分别测试回弹强度、抗压强度试验， 采用最小二乘法原理按回归方程计算Rm—fcu的关系，专用测强曲线平均相对误差(δ)不应大于±12.0%，相对标准差(er)不应大于±14.0%。

3 测强曲线的建立

选取不同强度等级的石灰岩骨料混凝土试块(龄期28d)进行回弹强度测试和抗压强度试验，见表1。

按照规范中回弹值测定的操作方法，不考虑碳化深度，试件取两个相对面测得16个回弹值，从所得的16个回弹值中，减去3个最大值和3个最小值，然后将剩余的10个回弹值按下列公式计算：

(1)

式中，Rm—试件测区平均回弹值，精确至0.1；Ri—试件第i点的回弹值。

同时依据JGJ/T 23—2011对强度进行换算。将试块加荷直至破坏，记录压力值并计算试块的抗压强度值fcu(见表2—8)。

表1 混凝土试验数量统计表

表2 部分C10试块测试回弹值及抗压强度结果数量统计表

表3 部分 C15试块测试回弹值及抗压强度结果数量统计表

表4 部分C20试块测试回弹值及抗压强度结果数量统计表

表5 部分 C25试块测试回弹值及抗压强度结果数量统计表

表6 部分C30试块测试回弹值及抗压强度结果数量统计表

表7 部分C35试块测试回弹值及抗压强度结果数量统计表

表8 部分C40试块测试回弹值及抗压强度结果数量统计表

将混凝土的抗压强度与回弹值进行拟合如图1所示。

图1 混凝土的抗压强度与回弹值进行拟合

按最小二乘法对前述数据进行分析，得到本区域专用测强曲线公式：

(2)

相关系数R2=0.8602说明fcu、Rm两者之间相关关系显著。同时按下列公式计算出

(3)

(4)

平均相对误差б为5.5%≤12%，相对标准差er为9.4%≤14%，曲线的平均相对误差和相对标准差均满足JGJ/T 23—2011的要求，可以作为专用测强曲线。[5]

同时根据JGJ/T 23—2011和DBJ 52/T017—2014《回弹法检测山砂混凝土抗压强度技术规程》得到强度换算值，按上述方法分别得出混凝土测强曲线回归方程式为y=0.034488x1.94和y=0.015833x2.1893，通过对上述三种方式得到的混凝土测强曲线回归方程式进行对比分析，结果如图2所示，当回弹值小于30时，三种方式得到混凝土推定值相差较小，曲线相互靠近；当回弹值为25～30区间时，三种方式得到混凝土推定值最为接近，曲线近于重合；当回弹值大于30时，三种方式得到混凝土推定值相差较大，且回弹值越大，差值越大，曲线逐渐偏离[6]。

4 工程实例验证

为了验证本课题回归分析获得的区域石灰岩混凝土专用曲线的准确度和适用性，同时结合图2中三种方法最为接近的强度区间，进行了工程现场的C30混凝土构件强度的回弹法及钻芯法的检测试验[7]，并利用专用测强曲线对现场检测获得的混凝土构件的回弹值进行强度换算，再对比钻芯法获取的混凝土芯样抗压强度值进行验证。[8]

图2 混凝土测强曲线回归对比

由于本专用曲线在制作的过程中未考虑碳化深度的影响，因此，在工程实例验证过程中，均选取了龄期较低无碳化的混凝土构件[9]。

利用回弹法得到本地某水库工程消力池侧墙20个测区混凝土回弹值，分别换算出混凝土抗压强度推定值；选取上述测区中的6个点位进行钻芯，并进行芯样抗压强度试验测试，见表9。

通过对上述三种回弹法得到的凝土抗压强度推定值和钻芯法抗压强度值进行对比分析，见表10,其中DBJ 52/T017—2014、JGJ/T 23—2011和专用测强曲线得出的强度推定值误差率分别为6.91%～16.74%、-0.75%～6.43%、0.10%～7.56%之间，平均绝对误差率分别为13.16%、4.02%、3.21%。因此，DBJ 52/T017—2014测强曲线回归方程换算出混凝土抗压强度推定值误差相对最大[10- 11]； JGJ/T 23—2011居中；专用测强曲线回归方程换算出混凝土抗压强度推定值误差相对最小；当Rm为30.6、33.8和35.6时，抗压强度推定值误差仅为0.10%、2.31%和0.48%，基本接近芯样抗压强度值，准确度达到最高。[12]说明使用该专用测强曲线所得的抗压强度更接近实测抗压强度值，可作为该区域混凝土强度质量检测评定的推定依据[13]。

表9 芯样强度测试结果表

表10 专用测强曲线与规范换算值对比表

5 结语

文章通过试验和数据统计分析建立了本区域内的石灰石混凝土测强专用曲线，并以其换算值与规范换算值、实测强度值进行对比[14]。该曲线可作为区域混凝土强度质量检测评定的推定依据，且误差相对最小。为本区域回弹法测强检测精度的进一步提高提供了参考数据。但文章所研究试件使用的混凝土材料种类、样本数量及工艺特性还存在一定的局限性，同时该曲线在建立时未考虑碳化深度，故该曲线对于新建工程适用性相对较高[15]。