铁路工程用混凝土强度检验评定方法的研究

姚洁琼

（中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁 辽阳 111000）

1 引言

混凝土的抗压强度评定对工程构件或结构都有重要的影响。混凝土配合比、运输时间、养护工艺等均会对混凝土的质量造成影响。此外，混凝土的质量和性能在施工使用的过程中也会有所变化。例如，在混凝土的水化硬化过程中混凝土极易有温度裂缝出现；混凝土结构也容易因浇筑后振捣不密实而有孔隙出现，导致其密实性和承载力受到影响。不管是混凝土结构的耐久性还是安全性等，混凝土的质量和性能问题都会对其造成较大的影响。因此，必须准确检验评定混凝土的强度质量以确保其安全性。混凝土结构的质量以及服役状态主要由其抗压强度决定。

当前，多使用回弹法以及钻芯法对混凝土抗压强度进行检测，混凝土抗压强度的检测方法在鉴定结构或扩建加固等均发挥着重要的作用。基于结构破损程度，无损检测可分为非破损或半破损两种。非破损检测常使用回弹法，半破损检测常采用钻芯法。钻孔灌注桩或大型建筑混凝土结构常使用钻芯法检测抗压强度，其检测施工比回弹法更加简便，主要是以钻芯取样的方式对结构强度进行检测，相比之下，钻芯法有着更高的可信度以及更为直观的检测结果。采用钻芯法对混凝土强度进行检测时，除了材料因素之外，其检测结果还与较多因素有联系，如：取芯尺寸以及质量等。

2 试验方案

本文以铁路工程中常用的混凝土原材料为研究对象，具体如表1所示。

表1 原材料性能指标类型

以上述原材料进行混凝土的配制，混凝土配合比如表2所示，并将其制备成如图1所示的长方体混凝土结构。

表2 研究用混凝土配合比

图1 钻芯取样检测用混凝土结构

选出28d、56d以及90d的混凝土样品，并在其清洁、平整的两个平行侧面上设置九个测区，共18个测区。两个测区间保持在2m以下的距离，且距离构件的端部和边缘应小于0.5m，测区总面积应在0.04m2以下。在对回弹值进行测试之后，应在相应的测区内开展钻芯取样工作。在具体施工时，应根据混凝土的结构图，配合以钢筋检测仪避免损伤到混凝土中预埋的钢筋以及管道等。在平稳的安放好钻芯机之后，应固定钻机并选择100mm内径的钻头进行取样。

将所得的芯样加工成抗压强度测试件，在对其外观进行检查时需要确保其没有裂缝以及缺陷。采用钢卷尺测量芯样高度，精度应保持在1mm以内。芯样的高度应保持在0.95d到1.05d的范围内。芯样的端面平整度应控制在0.1mm或者0.05mm。

为对混凝土抗压强度与其加工质量间的联系进行研究，针对同一龄期和结构的混凝土中取出的芯样开展进行不同平整度的处理，得到平整度在0.1mm以下和0.05mm以下的样品各30组。

3 试验结果

3.1 抗压强度测试结果

对不同龄期下不同强度等级的混凝土以钻芯法测量其抗压强度，通过对比平整度在0.1m以下和0.05mm以下的芯样可得如下图2所示结果。图中所示结果为30个芯样强度换算的平均值，限于篇幅，本文仅列出部分内容。

图2 钻芯法测得的各组混凝土强度换算值

从结果可知，混凝土的抗压强度随着不断增加的龄期表现出不断增大的趋势，但对于有着较高强度等级的混凝土而言，龄期从56d增长到90d时的抗压强度增长幅度较小。C30和C40强度等级的混凝土无论在何种龄期下，相比于0.1mm以下平整度的芯样，0.05mm以下平整度的芯样有着更高的抗压强度换算值，而标准养护试件的抗压强度则与平整度在0.1mm以下的芯样基本一致。表明低等级的混凝土平整度在0.1mm以下时可较好地反映出混凝土真实的强度。而在C45强度等级以上的混凝土，比起0.05mm以下平整度的试件的抗压强度，0.1mm以下平整度的试件有着更低的抗压强度换算值，并且在越长的龄期和强度等级下有着越大的差距。如混凝土在标准养护条件下的抗压强度，在三个龄期下比平整度在0.1mm以下的混凝土的抗压强度分别低6.3mpa、7.0mpa以及12.3mpa，且比0.05mm以下平整度的混凝土抗压强度要低7.6mpa、8.7mpa以及11.8mpa。可知，从抗压强度的测试结果而言，芯样处理过后的平整度有着较大的影响。0.05mm以下平整度的芯样有着与标准养护强度的芯样接近的抗压强度换算值。

混凝土受压破坏首先开始于骨料和砂浆的界面微裂缝，该位置是应力集中最为严重的地方。在众多混凝土的芯样试件中表面平整度较差的位置是最容易产生局部应力集中的地方，该种情况下测试得到的强度值往往偏低。故在对混凝土强度进行钻芯法测试时，尤其是50Mpa以上强度的混凝土，应确保其芯样有着0.05mm以下的平整度。

以钻芯法确定混凝土抗压强度换算值并推算混凝土强度时，可通过如下方法进行确定： （1）混凝土试件抗压强度最小值大于85%抗压强度标准值时，可将其推定值确定为钻芯法测得数据的平均值； （2）当所测得的混凝土试件抗压强度最小值在85%的抗压强度标准值以下时，可将混凝土的强度推定值确定为最小值。

根据上述方法进行推定可知，各组芯样试件无论在何种平整度下均有着比85%混凝土抗压强度标准值要大的抗压强度。每组30个芯样强度标准差均在5mpa以下，表明芯样有着较为稳定的质量，仅存在较小的离散性。并且0.05mm平整度以下的芯样比起0.1mm平整度以下的芯样有着更小的强度标准差，说明其均匀性更佳，以0.05mm平整度处理芯样是可行的。

3.2 影响因素分析

试件几何尺寸对于混凝土的抗压强度测试结果而言也是较为重要的影响因素。下表3对国内外研究机构在尺寸芯样不同时进行试验所得到的强度结果进行了统计，从表中可以看出所得结果并不统一，测试结果一方面与芯样强度分散性有所联系，另一方面其与试件制备时所用的原材料也有联系。为避免芯样尺寸对试验结果造成的影响，在满足混凝土结构基本要求的条件下，本文建议以100mm直径、1.0高与直径比的芯样开展强度测试。

表3 小芯样测试混凝土强度的研究结果

4 结语

（1）混凝土的强度测试受芯样试件平整度的影响较大。C50Mpa以上的混凝土在平整度小于0.1mm时的芯样强度换算值比标准养护强度下的低，该差值在越大强度等级的混凝土中有越明显的表现。标准养护强度状态下的混凝土试件与0.05mm平整度以下试件的抗压强度接近，且标准差更小。为使钻芯法所得的结果有着更高的准确性，应确保芯样试件的平整度在0.05mm以下。

（2）在检测混凝土强度时，钻芯法所用芯样应为直径100mm，1.0高径比的尺寸，以避免测试结果可能受到尺寸效应影响。