中低强度等级高性能化混凝土地方测强曲线研究

李　彪

(湖南省永吉高速公路建设开发有限公司， 湖南 长沙　410004)



中低强度等级高性能化混凝土地方测强曲线研究

李彪

(湖南省永吉高速公路建设开发有限公司， 湖南 长沙410004)

中低强度等级高性能化混凝土由于大量掺合料的掺入，导致其表面硬度降低，由于配制技术的改进，国家统一测强曲线已不再适用。基于室内实验与现场验证相结合的方法，验证了国家统一测强曲线已不再适用中低强度等级高性能化混凝土，建立了湖南地区中低强度等级高性能化混凝土回弹测强曲线，工程实例证明其吻合良好。有利于业主、质量监督部门加强对中低强度等级高性能化混凝土质量的监控，为我国相关规范的修改完善具有重要的参考价值。

中低强度等级； 高性能化混凝土； 测强曲线； 回弹法； 适用性

0　引言

高性能化混凝土是高性能混凝土向中低强混凝土的延伸，强度等级在C20～C40之间，根据结构混凝土工程所处环境并以混凝土耐久性为主要设计指标，同时兼顾到混凝土的工作性、强度、体积稳定性和经济性等指标配制而成。目前在公路、桥梁、房建、水(港)工等混凝土工程中大量推广使用。考虑高性能化混凝土的强度等级较低，在其配制过程中一般掺入了20%～45%的矿物掺合料，有时高达70%。由于大量矿物掺合料的加入，混凝土的密实度大大提高，混凝土28 d龄期的强度有较大幅度增长，但其表面硬度反而大大降低。而质检部门在现场评定混凝土构件的质量时，一般情况下还是以《回弹法检测混凝土强度技术规程》(JGJ/T23 — 2011)获取混凝土的强度值来作为评定指标，而大量的研究成果表明：掺掺合料的高性能化混凝土及高性能混凝土由于表面硬度的降低，采用回弹法来评定混凝土的强度时，评定值较实测值低5～10 MPa左右，因此我国现行的《回弹法检测混凝土强度技术规程》已经不能评定掺掺合料的高性能化混凝土及高性能混凝土，基于此，许多省份和地区(如北京、深圳、开封、武汉、浙江、青岛等)均已开展了适合本地区的高性能化混凝土及高性能混凝土测强曲线研究，而湖南省目前在此方面尚属空白，基于永吉高速公路桥隧比例达60%以上，C20至C55混凝土总方量达235.5万m3，其中C30、C40混凝土的总方量就达120万m3。因此开展湖南地区高性能化混凝土地方测强曲线研究，完善湖南地区高性能化混凝土结构物的质量验收、评定及高性能化混凝土的质量控制体系具有重要意义。同时也为我国相应规范的修订积累原始技术数据具有重要的参考价值。

1　原材料及试验方法

1.1原材料

水泥： 湖南长沙坪塘水泥厂生产的PO·42.5普通硅酸盐水泥，水泥物理力学性能及化学组成具体指标见表1、表2。

表1 水泥的物理力学性能Table1 Physicalandmechanicalpropertiesofcement细度/%比表面积/(m2·kg-1)标准稠度/%安定性凝结时间/min抗折强度/MPa抗压强度/MPa初凝终凝3d28d3d28d0.534025.4合格1352155.99.422.750.5

表2 水泥的化学组成Table2 Chemicalcompositionofcement化学成分含量化学成分含量SiO221.38MgO2.15Al2O35.63SO31.75Fe2O33.65Na2O1.02CaO63.72烧失量0.97

矿物掺和料： 选用湘潭电力粉煤灰粉开发有限责任公司生产的Ⅱ级粉煤灰、湖南产磨细矿粉，具体性能指标见表3。

表3 矿物掺合料的物理性能Table3 Physicalpropertiesofmineraladmixture掺合料种类细度/%烧失量/%需水量比/%表观密度/(g·cm-3)含水量/%活性指数/%7d28d粉煤灰18.13.81032.2700.17496矿渣2.70.85962.9400.38398

细集料： 选用湖南湘江普通河沙，根据《建筑用沙》(GB/T 14684 — 2001)测定，该批河沙颗粒级配合格，细度模数为2.69，表观密度、堆积密度分别为2551、1547 kg/m3，含泥量为1.34%，粒径0.15～4.75 mm。

粗集料： 选用湖南地区常见碎石，符合5～30 mm连续级配要求，含泥量为1.2%，表观密度、堆积密度分别为2498、1480 kg/m3。

1.2试验方法

试验中使用的回弹仪、压力试验机等与试验有关的设备、仪器工作时处于标准状态。当试块达到28 d养护龄期时，取出并按《回弹法评定混凝土抗压强度技术规程》(JGJ23 — 2011)的相关规定进行回弹值的测试。测试前首先将试块放置于压力试验机的上、下承压板之间，并在测试过程中始终保持试块承受100 kN的预压力，使用回弹仪测试时，回弹仪始终处于水平状态。每个试块共测试16个回弹值。测试过程如图1所示。

图1　回弹值测试

测试回弹值后，根据现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081)进行抗压强度测试[5]，试验过程如图2所示。

图2　抗压强度测试

抗压强度测试后取出破坏后的混凝土试块，将其表面剥落层清除，并喷洒酒精酚酞试剂，未变红色的部分即为碳化部分，使用碳化深度仪测试其碳化深度，试验过程如图3所示。

1.3试验数据处理

为了建立湖南省地区高性能话混凝土地方测强曲线，每一个配合比设计6个试块并测试其回弹值、抗压强度值以及碳化值。其中，回弹值的处理是将测得的16个回弹值中的3个最小值和3个最大值分别剔除后，取剩下的10个回弹值作为有效回弹值，并取其平均值作为该混凝土试块的回弹代表值。

图3　碳化值测试

2　实验结果分析与讨论

2.1高性能化混凝土配合比设计

在高性能化混凝土的应用领域中，以桩基础、立柱混凝土结构较多，其设计强度等级大多为C20、C25，因此，本试验共设计了C20、C25高性能化混凝土6组不同配合比，其中未掺矿物掺合料编号为1#；单掺粉煤灰组，掺量分别为10%、20%，编号为2#、3#；单掺矿粉组，掺量分别为10%、20%，编号为4#、5#；复掺粉煤灰与矿渣(比例4∶1)组，掺量为20%，编号为6#，具体配合比如表4所示。

表4 混凝土配合比Table4 Proportioningofcementconcrete试样编号水胶比水泥/(kg·m-3)水/(kg·m-3)石子/(kg·m-3)1#0.5534018711052#0.5030617011053#0.5027217011054#0.5530618711055#0.5527218711056#0.502721701105砂子/(kg·m-3)粉煤灰/(kg·m-3)矿粉/(kg·m-3)砂率/%7760(0%)0(0%)4177634(10%)0(0%)4177668(20%)0(0%)417760(0%)34(10%)417760(0%)68(20%)4177654.4(16%)13.6(4%)41

各组混凝土试块标准养护28 d后的抗压强度值、回弹值及碳化深度值见如表5所示。表5的试验结果表明，掺10%、20%矿物掺合料的高性能化混凝土均能达到设计的强度等级要求，且其和易性优良，坍落度均能达到120～140 mm。

表5 测强曲线原始数据Table5 Theoriginaldataofstrengthtestcurve试件编号回弹值Ri抗压强度fcu,i/MPa碳化深度/mm1#—0130.236.4401#—0230.038.2701#—0330.636.8401#—0429.935.0401#—0529.136.0101#—0628.933.1602#—0128.427.6202#—0229.124.9902#—0328.228.4602#—0427.926.3502#—0528.427.5802#—0629.029.200.23#—0129.528.8903#—0230.130.1203#—0329.629.0003#—0429.829.0803#—0529.629.0003#—0630.430.4204#—0130.030.1004#—0229.529.5704#—0330.932.1504#—0430.330.8904#—0530.230.6704#—0629.931.2405#—0130.731.6705#—0231.232.1505#—0332.334.5805#—0430.231.0305#—0530.931.9105#—0629.731.8006#—0130.930.6706#—0230.529.8306#—0331.131.0706#—0429.228.4906#—0529.629.5006#—0631.531.280

2.2C20、C30高性能化混凝土回弹值适用性比较

基于表5的回弹值，按照国家统一幂函数(fcu=0.0345R1.9400)及国家统一指数函数(fcu=5.1392e0.053 5 R)对C20、C30高性能化混凝土的测强值进行了计算，计算结果见表6。

根据《回弹法检测混凝土强度技术规程》(JGJ/T23 — 2011)给出的公式计算强度平均相对误差δ和强度相对标准差er。

强度平均相对误差δ的计算公式为：

表6 国家统一曲线测强值Table6 Unificationcurvestrengthtestvalueofcountry试件编号强度换算值fccu,i/MPa统一幂函测强值fccu,i/MPa统一指数函数测强值fccu,i/MPa1#—0123.625.6525.861#—0223.325.3225.581#—0324.326.3126.421#—0423.225.1525.451#—0522.023.8724.381#—0621.723.5524.122#—0120.922.7623.482#—0222.023.8724.382#—0320.622.4523.232#—0420.121.9922.862#—0520.922.7623.482#—0621.823.7124.253#—0122.524.5124.913#—0223.525.4825.723#—0322.724.6725.043#—0423.024.9925.313#—0522.724.6725.043#—0623.925.9826.144#—0123.325.3225.584#—0222.524.5124.914#—0324.726.8126.844#—0423.725.8126.004#—0523.625.6525.864#—0623.125.1525.455#—0124.526.4826.565#—0225.227.3227.285#—0327.029.2228.935#—0423.625.6525.865#—0524.726.8126.845#—0622.824.8325.176#—0124.726.8126.846#—0224.126.1426.286#—0325.027.1527.136#—0422.124.0224.516#—0522.724.6725.046#—0625.727.8327.72

强度相对标准差er的计算公式为：

采用强度平均相对误差δ和强度相对标准差er计算公式，基于表6的结果进行了计算，计算结果见表7。

由表7计算结果可知: 使用国家统一测强曲线时，强度平均相对误差δ均大于15.0%，强度相对标准差er均大于18%，远超过国家的规范要求值，且使用国家统一混凝土强度换算表时，强度平均相对误差δ及强度相对标准差er均超过规定值的2倍。由此可见，采用国家统一测强曲线对高性能化混凝土的强度进行预测，其准确度较低，非常有必要建立湖南地区高性能化混凝土回弹法标准测强曲线。

表7 强度相对误差及标准差Table7 Relativeerrorandstandarddeviationofstrength国家统一测强公式强度平均相对误差δ/%强度相对标准差er/%混凝土强度换算表33.635.9国家统一幂函数测强曲线22.925.5国家统一指数函数测强曲线21.424.0

2.3湖南地区C20、C30高性能化混凝土拟合测强曲线的建立

对表5的试验数据采用回弹法测强线性函数、幂函数、指数函数进行了拟合，各拟合公式及精度参数如表8所示。拟合结果表明：新建立的拟合曲线较回弹法国家统一测强曲线平均相对误差、相对标准差都较小，且公式的相关系数均相对较高。

表8 各拟合公式精度Table8 Accuracyoffittingformulas拟合公式平均相对误差/%相对标准差/%相关系数fccu,i=1.0204R-2.74107.6910.310.8848fccu,i=1.2528R0.96197.6210.410.8842fccu,i=15.4635e0.0255R7.8310.540.8594

2.4试验验证

为了验证湖南地区高性能化混凝土回弹法拟合测强函数的准确性，结合在建的湖南永吉高速公路混凝土结构工程，选取了浇筑龄期为28 d的桩基、承台、及墩柱等构件进行了回弹法检测，并采用回弹法测强线性函数进行了强度推定，推定值与实测值见表9。表9的结果表明：两者的吻合度非常高。

表9 选取构件的回弹值及强度值Table9 Thereboundvalueandstrengthvalueofselectedcomponents工程构件及编号强度推定值实测28d强度工程构件及编号强度推定值实测28d强度桩基—136.237.2承台—241.939.1桩基—235.636.6墩柱—144.345.2承台—140.642.7墩柱—246.245.9 注:按回弹法测强线性函数进行推定。

3　结语

① 适用性比较验证表明：混凝土国家统一测强曲线已不适用于中低强度等级的高性能化混凝土的强度检验，开展不同地区中低强度等级的高性能化混凝土的标准测强曲线研究，对有效评估混凝土结构物的质量意义重大。

② 建立了湖南地区中低强度等级高性能化混凝土地方回弹测强曲线，有利于业主、质量监督部门加强对中低强度等级高性能化混凝土质量监控。

③ 结合在建的湖南永吉高速公路，现场验证了已建回弹测强曲线的吻合度较高，对后续质量监控具有重要的参考价值。

[1]国家建筑工程质量监督检测中心.混凝土无损检测技术[M].北京:中国建材出版社,2009.

[2]刘汉勇, 赵尚传, 王建生. 瓯江大桥混凝土回弹法专用测强曲线研究[J]. 土木工程学报, 2015, 48(1): 41-48.

[3]张豫川,王亚军,王茂杰,等.泵送混凝土回弹测强曲线试验研究[J]. 混凝土, 2013(7): 144-148.

[4]JGJ/T23-2011,中国工程建设标准化协会.回弹法检测混凝土强度技术规程[S].

[5]GB/T 50082-2009, 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准[S].

[6]景兆欣. C20～C30高性能化混凝土质量控制技术研究[D]. 长沙:中南林业科技大学, 2015.

Research on the Local Strength Test Curve of Medium and Low Strength Grade High-performance Concrete

LI Biao

(Yongji Hunan Expressway Construction and Development Company Limited, Changsha, Hunan 410004, China)

Due to the incorporation of large numbers of admixture, the surface hardness of the medium and low strength grade high-performance concrete to high-performance is decreased, and the national unified strength curve is no longer applicable with the improvement of the preparation technology. Based on the laboratory experiment and field test, verified the national unified test curve is no longer applicable, established medium and low strength grade high-performance concrete rebound strength curve of Hunan area, and the engineering examples prove its are in good agreement. It is conducive to the owners and quality supervision departments to strengthen the monitoring of concrete, also has an important reference value for the improvement of relevant norms of our country.

medium and low strength grade; high-performance concrete; strength test curve; rebound method; applicability

2016 — 07 — 05

湖南省交通运输厅科技进步与创新项目(201212)

李彪(1971 — )，男，湖南长沙人，工程师，研究方向：公路与桥梁。

U 414.1+8

A

1674 — 0610(2016)04 — 0202 — 05