基于不同检测方法的长龄期水工混凝土强度关系研究

张丽静

(盘锦禹泰水利工程质量检测有限公司，辽宁 盘锦 124200)

大体积水工混凝土具有较高的温度控制要求，一般会选用中热、低热硅酸盐水泥或掺入适量的粉煤灰等，所以大多存在后期强度增长率高而早期强度较低的特点，为达到温控防裂效果并充分发挥原材料特性，大体积水工混凝土的设计龄期大多选择90d、180d、360d，故也称为长龄期混凝土[1-2]。

一般地，以标准养护条件下28d龄期的标准立方体试块的抗压强度作为混凝土质量评定依据，而工程实践中的混凝土结构与标准试件的养护环境、成型条件等具有较大差异，所以标准试块的局限性比较明显[3-4]。为客观真实地反映长龄期混凝土结构的力学性能，可采用无损检测或钻芯取样的方法检测混凝土结构强度，对重要的混凝土构件或结构大多选用无损检测法，钻芯取样作为一种破损性检测方法其适用性较差[5]。目前，比较常用的无损检测方法有垂直反射线法、超声法、回弹法、射线法、超声回弹法等，其中超声回弹法具有精度较高、适用性强、优势互补、减少含水率和龄期影响等优势，并广泛应用于工程领域[6-7]。

目前，对于超声回弹综合法检测混凝土抗压强度国内外许多工程技术人员和专家学者等开展了深入研究，尤其是地区测强曲线和专业测强曲线的研究成果比较丰硕[8-10]，但应用抗压强度标准法和超声回弹法研究水工混凝土强度关系还鲜有报道。文章通过研究现场混凝土结构强度和超声回弹综合法检测的标准立方体试件强度，探讨了长龄期混凝土强度关系及养护条件对试样力学性能的影响。

1 试验方法

1.1 试验材料

试验材料主要有：葫芦岛市渤海水泥厂生产的P·O 42.5级普通硅酸盐水泥；绥中电厂生产的F类Ⅱ级粉煤灰，细度20.5，掺量20%；粗骨料选用灰岩人工碎石，其石粉含量10.6%，中石、小石级配均符合标准要求，细骨料选用细度模数2.80的人工砂；泵送剂选用BZK-6高效泵送剂，掺量1.2%。

1.2 试验内容

混凝土立方体试件的制备参数及材料与现场构件相同，泵送混凝土配合比，见表1。在室内标养成型试件，待养护至规定龄期后再用抗压强度标准法和超声回弹综合法检测；现场混凝土构件达到规定龄期后沿浇筑块水平向大致均匀布设6个点，将表面清除干净后再用超声回弹综合法检测。

表1 泵送混凝土配合比

采用规范推荐的抗压强度换算公式计算第i个测区或试块的抗压强度值f0、f1、f2，其表达式如下：

(1)

式中：vai、Rai为第i个测区或试块的混凝土波速值，km/s和混凝土回弹值，MPa。

2 结果与分析

2.1 长龄期水工混凝土强度

表2 长龄期混凝土抗压强度

从表2可以看出，针对室内标准养护立方体试块利用抗压强度标准法、超声回弹综合法检测的7～360d强度为23.6～49.5MPa和17.1～38.8MPa(换算值)，现场混凝土构件利用超声回弹综合法检测的7～360d强度为22.1～42.6MPa(换算值)。可见，超声回弹法的强度换算值低于抗压强度标准法检测值，其中标准养护立方体试块的超声回弹强度最低。不同检测方法的混凝土龄期与强度关系曲线，混凝土龄期与强度关系曲线，见图1。

图1 混凝土龄期与强度关系曲线

表3 长龄期混凝土强度增长率

由表3可知，不同方法检测的长龄期混凝土强度增长率存在明显差异。具体而言，针对室内标准养护立方体试块利用抗压强度标准法、超声回弹综合法检测的7～360d强度增长率为66.3%～139.0%和75.7%～171.7%，现场混凝土构件利用超声回弹综合法检测的7～360d强度增长率为77.8%～150.0%，不同检测方法的混凝土龄期与强度增长率关系曲线，混凝土龄期与强度增长率关系曲线，见图2。

图2 混凝土龄期与强度增长率关系曲线

从图12可以看出，超声回弹的现场构件抗压强度值高于相同方法获取的室内标养试样强度，并表现出明显的规律性。一般地，由于养护环境的差异，现场自然养护的混凝土构件强度低于室内标准养护的各龄期强度，但利用超声回弹综合法检测的结果与之相反，这是由于室内标准养护环境相对于自然环境而言具有较大的湿度，并且室内标准养护的湿度、温度均衡，这种温度、湿度差异对混凝土构件或试件含水率造成直接影响，并进一步对超声回弹综合法检测结果带来影响[11]。结合图1、图2变化曲线，立方体抗压强度标准法和超声回弹综合法检测的混凝土强度及增长率均近似于对数增长曲线，应用最小二乘法回归分析强度及强度增长率，龄期与混凝土强度、增长率回归方程，见表4。

表4 龄期与混凝土强度、增长率回归方程

结合表4中相关系数及回归方程可知，长龄期混凝土强度的增长规律不会因检测方法的差异而发生改变，虽然不同方法的强度检测结果存在一定差异，但并不会改变混凝土固有的规律性，龄期与混凝土强度及强度增长率表现出对数增长关系，相关系数>0.90，所生成的回归方程可以较好地预报、预警同类混凝土强度[12-14]。

2.2 不同检测方法的强度关系

根据表2的检测数据，对同一组室内标准养护的混凝土试件利用立方体抗压强度标准法和超声回弹综合法检测的强度值具有明显差异，为进一步验证现场无损检测混凝土结构时超声回弹综合法的检测精度，可以分析立方体抗压强度标准法和超声回弹综合法检测的混凝土强度关系，在此基础上生成数学关系模型，并利用超声回弹法确定现场构件强度和标准养护混凝土试件强度关系模型确定超声回弹的自然养护环境下构件换算强度与标准养护长龄期混凝土强度关系模型。

1)根据超声回弹强度和抗压强度标准法检测结果，建立标准养护下两种方法的长龄期混凝土强度关系曲线，超声回弹综合法换算强度与立方体抗压强度关系曲线，见图3。

图3 超声回弹综合法换算强度与立方体抗压强度关系曲线

采用最小二乘法指数回归分析不同方法检测的标准养护长龄期混凝土强度关系，建立回归方程如下：

f1=9.510e0.028f0

(2)

2)根据超声回弹综合法的自然养护混凝土构件换算强度与标准养护混凝土强度关系[13-18]，现场混凝土构件与标准养护混凝土换算强度关系曲线，见图4。

图4 现场混凝土构件与标准养护混凝土换算强度关系曲线

采用最小二乘法指数回归分析自然养护混凝土构件强度和室内标准养护混凝土强度(超声回弹综合法)的关系，建立回归方程如下：

f2=0.92f1

(3)

3)将公式(2)、(3)做进一步处理，可以建立室内标准养护立方体抗压强度与现场混凝土构件换算强度(超声回弹综合法)之间的关系式：

f2=8.749e0.028f0+6.6

(4)

3 结 论

1)采用超声回弹检测的各龄期试样强度换算值低于抗压强度标准方法检测值，其中，标准养护立方体标准试件的超声回弹值最低。不同养护环境下湿度、温度等因素差异，使得超声回弹综合法检测的现场混凝土构建高于相同检测方法得到的室内标准养护混凝土立方实体各龄期强度。

2)长龄期混凝土强度的增长规律不会因检测方法的差异而发生改变，虽然不同方法的强度检测结果存在一定差异，但并不会改变混凝土固有的规律性，龄期与混凝土强度及强度增长率表现出对数增长关系。

3)基于两种方法检测的长龄期混凝土强度，利用最小二乘法建立数学计算模型，并在此基础上建立室内标准养护立方体抗压强度与现场混凝土构件换算强度之间的关系式。