两种高强混凝土现场检测方法测定地方曲线研究

王 宇 新

(山西省住房和城乡建设厅稽查办公室，山西 太原 030013)

1 概述

高强混凝土是指抗压强度C50以上的混凝土。目前，高强混凝土在我国已经进入实用化阶段，特别是在城市高层建筑和公路桥梁中广泛使用。高强混凝土具有抗压强度高、早期强度增长速度快、抗腐蚀能力强、节约材料等优点，在高层、超高层建筑和预应力工程中具有不可替代的优势。随着经济建设和施工技术的迅速发展，高强混凝土的应用范围不断扩大，在许多工程上广泛应用。国外一些发达国家在高强混凝土的应用上起步较早，应用范围较广，除建筑工程领域外，在其他构筑物上也有广泛应用。

为了进行混凝土施工质量控制，目前已经开发出许多无损检测技术方法，经过几十年几代专业技术人员的实践和努力，混凝土强度检测技术得到了不断完善和发展，并编制了相应的检测标准。目前，我国检测混凝土强度常用的方法有回弹法、回弹—超声综合法、剪压法、贯入法、钻芯法等，并且编制了相关的技术标准。各种检测方法都有其优势，但也都有相应的局限性。但是，当前施工现场确认结构混凝土强度质量的无损检测技术只能适用于60.0 MPa以下强度的混凝土，而对于60.0 MPa及其以上强度混凝土的检测方面则无能为力。经对国外技术文献检索发现，高强混凝土的无损检测技术在世界上也是一个尚未解决的问题。

为了研究高强混凝土抗压强度的现场检测方法，技术人员对测试设备进行了改进和创新，并做了大量的试验研究，积累了宝贵的经验和试验数据，为制定全国和地方高强混凝土测强曲线奠定了基础。山西省建筑科学研究院的技术人员在这方面也做了大量的工作，本文将采用回弹法和贯入法对高强混凝土强度现场检测的试验和数据处理情况进行整理和分析。

回弹法检测混凝土强度在我国使用时间比较长，到目前已应用有四十余年，具有仪器构造简单，方法易于掌握，操作方便，检测效率高、准确率高、测试成本低、影响因素少等优点，因此长期处于不可替代的地位，目前我国已解决了回弹法使用精度不高和不能普遍推广的关键问题。

20世纪70年代美国和日本等发达国家的科技人员先后根据贯入阻力的原理，研制出一种新型混凝土测强仪器—混凝土强度现场检测贯入仪，并通过总结大量的试验数据，根据混凝土表层硬度，以贯入深度作为测试参数来推定混凝土的抗压强度。继针贯入法检测普通混凝土强度技术开发成功以来，对针贯入仪作了进一步的改造，加大了仪器贯入能量，增强了仪器的使用精度和误差修正方法，使其适用于高强混凝土，目前需要通过积累大量的试验数据和实践经验，制定相关测强曲线，使其能够尽快在现场检测中使用。

2 试验准备

2.1 试件制备

采用太原市常用的地方材料，在商品混凝土厂制作150 mm×150 mm×150 mm，强度等级为C40,C50,C60,C70,C80混凝土试块每个级别各22组，共110组，其中每个级别一组采用标准养护，其余自然养护。

2.2 试验仪器

回弹仪采用GHT450型回弹仪。

贯入仪采用GRY1500型针贯入仪。

2.3 数据采集

针对每个强度等级的试件，分别对龄期为1 d,3 d,7 d,14 d,28 d,60 d,90 d,180 d,360 d,540 d的混凝土立方试块进行回弹测试和针贯入测试、抗压试验，记录、分析试验结果。

试块养护到龄期后，将试块浇筑方向两个相对面作为试验机受压的承压面，根据试块强度等级预压30 kN～80 kN的压力，在试块的一对光滑相对侧面用GHT450型回弹仪均匀测区16个回弹值，去掉3个最大值和3个最小值，剩下10个取平均值Ri。回弹测试完毕后，卸载，将回弹面放置在压力机上、下承压板间，以6 kN/s～10 kN/s的速度连续均匀加压，直至试块破坏，得到试块的极限破坏荷载值，将其除以试块的受压面积，计算混凝土的立方体抗压强度fcu,i。

针贯入采用GRY1500型针贯入仪在成型试件侧面各贯入5次，记录每一次贯入深度值，去掉1个最大值和1个最小值，将剩下的3个贯入值取平均值di。贯入试验结束后，立即进行抗压试验，得到试块的极限破坏荷载值，将其除以试块的受压面积，计算混凝土的立方体抗压强度fcu,i。

3 数据分析

3.1 回弹法数据分析

依照不同龄期和试件强度，共进行了280个试件回弹试验，得到混凝土回弹值和相对应的强度试验结果，共4 760个数据。应用回归分析原理，将试验数据进行汇总，采用最小二乘法原理进行回归分析。由于试件为高强度混凝土，水灰比较小，所以暂不考虑碳化深度对回弹值的影响，采用一元回归方程，试验采用幂函数、指数函数、抛物线函数和对数函数4种函数形式的回归方程进行对比，回归数据分析见表1，回归数据曲线如图1～图4所示。

相对标准差er，平均相对误差δ按下式计算：

式中：a，b，c——回归系数；

R——平均回弹值；

fccu——混凝土试件抗压强度实测值,MPa;

er——相对标准差;

δ——平均相对误差。

表1 回归方程式数据分析表

在上述4个回归方程式中，幂函数方程、指数函数方程和抛物线方程回归结果比较理想，均能满足相关规范的要求，可以作为测强曲线使用，对数函数方程回归相对标准差较大。综合比较，又以幂函数方程曲线更优。

3.2 贯入法数据分析

依照不同龄期和试件强度，共进行了280组针贯入试验，得到混凝土针贯入深度值和相对应的强度试验结果，共1 680个数据。数据分布趋势见图5。

从针贯入深度值和混凝土试件抗压强度相互关系图中，仅能看到针贯入深度值越小，混凝土试件抗压强度越高，但是无法按某种方程式进行回归。经分析，产生这种现象可能和以下几种因素有关：

1)受混凝土试件内部骨料分布情况影响;

2)贯入仪器使用的贯针锐度磨损后不一致，导致试验条件不一致;

3)贯入试验时不同操作人员操作手法不一致，导致贯入角度有差异。

因此本次试验不对贯入数据进行回归分析。

4 结语

1)采用GHT450型回弹仪对高强度混凝土试件进行回弹测试，其回弹值与试块抗压强度之间有很好的相关性，通过采用不同回归方程式进行回归分析，幂函数型的回归曲线各项指标最优。可以达到制定地方测强曲线的相关要求。

2)针对太原地区的回弹测强曲线回归方程式推荐为：

3)针贯入试验数据回归分析效果不理想，暂不具备制定地方回归曲线的条件。下一步试验研究时，应对试验仪器设备进行改进，制定相应的操作规程，并对操作人员进行培训，统一试验条件。