堆石坝自密实混凝土测强曲线拟合与误差分析*

杨延玉，喻 林，肖 飞

(1.江苏建研建设工程质量安全鉴定有限公司，江苏 南京 211800；2.河海大学力学与材料学院，江苏 南京 210098)

0 引言

自密实混凝土为高性能混凝土，无须人工振捣，仅依靠自身重力可达到密实效果，且具有不离析、均匀性。堆石坝自密实混凝土为自密实混凝土的延伸，制备时首先将直径较大且具有一定级配的块石堆积，形成具有大量空隙的堆石体；然后在堆石体上部直接浇筑拌合完成的自密实混凝土，利用自密实混凝土流动性，使其充满堆石体空隙；最后形成完整、设计指标(包括强度、抗渗性等)达到要求的混凝土。混凝土抗压强度是评价工程质量的重要指标，检测方法较多，但关于堆石坝自密实混凝土抗压强度的研究较少。自密实混凝土抗压强度对堆石坝整体抗压强度具有较大影响，需进行深入研究。

本文以安徽省某中型水库工程为依托，对堆石坝自密实混凝土测强曲线进行拟合，分析不同龄期测强曲线误差及其随龄期和碳化深度的变化规律。

1 试验概况

1.1 原材料

1)骨料 粗骨料为公称粒径5～20mm的连续级配碎石，泥块含量、堆积密度、针片状颗粒含量、含泥量、表观密度、空隙率均满足JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》要求。细骨料采用细度模数为2.8的中砂，泥块含量、堆积密度、含泥量、表观密度、空隙率均满足《自密实混凝土应用技术规程》要求。

2)水泥 采用试饼法测定水泥安定性，试饼表面未发现开裂等现象，水泥安定性判定为合格。在水泥标准稠度用水量试验中，加水量为141.7mL，计算知水泥标准稠度用水量为28.3%。试验测定水泥初凝时间为235min，终凝时间为305min。水泥3，28d抗折强度及抗压强度等均满足《自密实混凝土应用技术规程》要求。

3)粉煤灰 采用I级粉煤灰，细度、SO3含量、含水量、烧失量、需水量比均满足《自密实混凝土应用技术规程》要求。

4)其他拌合物 使用生活饮用水拌合混凝土，外加剂包括缓凝剂、减水剂等，各材料性能均满足《自密实混凝土应用技术规程》要求。

1.2 配合比

设计堆石坝自密实混凝土强度等级为C15，C20，C25，配合比如表1所示。

表1 堆石坝自密实混凝土配合比

试验测得堆石坝自密实混凝土坍落度、扩展度、扩展时间等参数如表2所示，各参数均满足《自密实混凝土应用技术规程》要求。

表2 堆石坝自密实混凝土工作性能测试结果

1.3 试验过程

1)试块制备与养护

设计混凝土养护龄期为14，28，42，56，72，90d，在各强度等级、龄期下制作6个标准立方体试块(同批次成型)。分别进行标准养护与自然养护，试块呈品字形摆放，试块之间留有一定空隙。

2)混凝土试块抗压强度测试

采用ZC3-D型数显回弹仪进行回弹试验，并计算混凝土试块抗压强度推定值。采用JYE-2000W型压力试验机测试试块抗压强度，将加荷速度设为0.3～0.5MPa/s。

3)混凝土碳化深度测量

完成抗压强度试验后，利用1%～2%浓度酒精酚酞溶液测量混凝土碳化深度。

2 试验结果

2.1 回弹值与抗压强度

试块回弹值平均值与抗压强度平均值测试结果如表3所示。

2.2 碳化深度

不同龄期试块混凝土碳化深度平均值如表4所示。

3 测强曲线拟合

混凝土测强曲线是研究回弹值Rm、碳化深度dm与抗压强度fcu，e之间的关系，即利用回归分析建立三者之间的函数关系。本文采用最小二乘法拟合混凝土测强曲线，拟合结果为：

(1)

为直观地反映拟合函数曲线情况，分别绘制dm=0，3，6mm测强曲线，如图1所示。以dm=2mm为例，对比分析普通混凝土测强曲线(fcu，e=0.033 4Rm1.940×10-0.0173dm)、自密实混凝土测强曲线(fcu，e=0.011 3Rm2.283×10-0.0163dm)与堆石坝自密实混凝土测强曲线的差异，结果如图2所示。

4 测强曲线误差分析

4.1 误差变化规律

对3种混凝土测强曲线误差进行分析，可知堆石坝自密实混凝土测强曲线误差最小，相对误差平均值为2.1%，相对标准差最大值为7.1%，满足《自密实混凝土应用技术规程》要求；自密实混凝土测强曲线误差较堆石坝自密实混凝土测强曲线大，相对误差平均值为6.8%，相对标准差最大值为9.2%，满足《自密实混凝土应用技术规程》要求；普通混凝土测强曲线误差最大，不满足《自密实混凝土应用技术规程》要求。

堆石坝自密实混凝土测强曲线误差随着碳化深度的增加而增大，拟合函数关系为：

y=3.42+0.16x

(2)

自密实混凝土测强曲线误差随着碳化深度的增加而减小，拟合函数关系为：

表3 试块回弹值平均值与抗压强度平均值

表4 混凝土碳化深度平均值 mm

图1 堆石坝自密实混凝土测强曲线

图2 3种混凝土测强曲线

y=-9.51+1.07x

(3)

随着碳化深度的增加，普通混凝土测强曲线误差越来越大。

4.2 现场验证

开展现场堆石坝自密实混凝土抗压强度回弹试验，每个检测部位选取10个测区，每个测区选取16个测点，按照规范方法计算抗压强度推定值。按照规范规定方法进行堆石坝自密实混凝土碳化深度测量。现场回弹试验结束后，在相应测区钻取不同龄期芯样，每个龄期钻取3个芯样，芯样直径为100mm，芯样切割、打磨和抗压强度测试按照规范方法进行。现场试验结果如表5所示。

表5 堆石坝自密实混凝土现场试验结果

利用现场试验数据计算堆石坝自密实混凝土测强曲线误差，结果同样表明，随着碳化深度的增加，测强曲线误差越来越大。

5 结语

1)采用回弹法测定堆石坝自密实混凝土抗压强度时，抗压强度推定值误差可控制在规范规定范围内，表明回弹法可用于检测堆石坝自密实混凝土抗压强度。

2)本文拟合的堆石坝自密实混凝土测强曲线相对误差平均值为2.1%，相对标准差最大值为7.1%，满足《自密实混凝土应用技术规程》要求，可用于计算堆石坝自密实混凝土抗压强度。

3)堆石坝自密实混凝土测强曲线误差随着碳化深度的增加而增大，自密实混凝土测强曲线误差随着碳化深度的增加而减小，普通混凝土测强曲线误差随着碳化深度的增加而增大。