兰州新区回弹测强浇筑底面曲线试验研究★

王 勇 李俊杰 夏广录 王宗年

(1.甘肃省建筑科学研究院，甘肃 兰州 730050； 2.甘肃省住房和城乡建设厅，甘肃 兰州 730000)

0 引言

在我国的混凝土抗压强度检测领域，回弹法因其操作方法简便、检测成本低廉且对混凝土结构构件无损伤被广泛应用。我国地域辽阔，混凝土种类很多，拌合材料分散，生产工艺持续改进，现有的混凝土全国统一测强曲线不能适应不同地区的实际情况。因此，国家规程建议，具备条件的地区应当建立适用于当地的混凝土测强曲线，用来满足本地区建设发展的需要。于此同时，现行国家行业标准[1]规定，对非泵送混凝土构件，回弹仪为非水平方向，且受测面为非浇筑测面，检测前应先进行角度修正和浇筑面修正；对泵送混凝土构件，应在混凝土的浇筑测面布置测区。上述现行标准并未明确给出受测面为混凝土浇筑底面的方法及相关规定。朱跃武[2]在深圳地区混凝土抗压强检测试验中，采用回弹法对混凝土浇筑底面(+90°)和浇筑面(-90°)进行了抗压强度的试验研究。兰州新区地处兰州秦王川盆地，是第五个国家级新区，是国家规划建设的综合交通枢纽，也是西部地区与国内外交流的重要渠道。兰州新区平均海拔1 910 m，气候干燥，日照充足，年平均降水量较少，昼夜温差大，年温差与日温差也较大，上述地域、环境等差异导致国家标准在兰州新区的使用误差较大。本文依据国家相关规程规定的成型、养护方法，使用兰州新区当地的原材料以及通用的施工工艺，建立了兰州新区受测面为浇筑底面的泵送普通混凝土测强曲线，解决了非水平方向回弹且受测面为浇筑底面的混凝土结构构件抗压强度的检测问题，对国内各地针对泵送混凝土建立当地受测面为浇筑底面的回弹法抗压强度测强曲线起到了一定的指导作用。

1 试验数据获取

1.1 原材料选取

根据兰州新区近期、中期和长远建设规划，大量项目建设正在进行，参建单位众多，各类混凝土工程用量大，商品混凝土供应厂家较多。本次试验精选兰州新区具有一定代表性的3家商品混凝土生产厂家，原材料选取P.O42.5普通硅酸盐水泥；粗骨料采用粒径为15 mm～40 mm的当地常用碎石；细骨料选用当地河砂，以中砂为主；混凝土拌合用水和养护用水采用兰州新区自来水；并选用以膨胀剂、泵送剂、减水剂为主的外加剂和以粉煤灰为主的掺合料。此次试验使用的原材料均满足国家相关标准要求[3]。

1.2 试验仪器

此次试验选用山东乐陵仪器厂生产的ZC3-A型普通混凝土回弹仪，该仪器弹击锤的标称能量为2.207 J；压力机选用NYD-2000D型2 000 kN压力试验机。试验仪器的有效检定校准周期均满足国家规定，精度满足测试要求。

1.3 试件制作与养护

依据国家相关规范要求，制作150 mm标准立方体试块作为试验试件，试件的强度等级选用C20,C25,C30,C35,C40,C45,C50和C60，混凝土的龄期分别为14 d,28 d,60 d,90 d,180 d，360 d，540 d，720 d和1 000 d。依据每一强度等级每一混凝土龄期分别制作3组试件(3块为一组)，3家商品混凝土供应商共制作648组(总计1 944块)试件。根据各家商品混凝土厂商的实际情况，遵循每个工作日成型一种强度等级的试块进行试件的制作，坍落度为160 mm～200 mm。此次试验对试件进行自然养护，试件成型24 h后拆模并移至室外，按照“品”型摆放，使其侧面接触空气，采用麻袋覆盖并浇水养护7 d，确保处于潮湿状态，试件放置场地不受暴晒或雨淋，如图1所示。

1.4 试件测试

1.4.1整理试件

对龄期满足养护的试件进行测试，应先进行尘土、污物的清理，对不同强度等级且不同混凝土龄期的3组试件(3块为一组)逐一测试，并依次编号。

1.4.2测区布置

按要求，在每一个试件的浇筑底面上均匀布置16个测点，各测点的回弹值读数应精确至1，相邻的两测点净距不小于20 mm，测点距试件的边缘应小于30 mm，见图2。

1.4.3回弹试验数据采集及抗压强度试验

试件的龄期满足养护要求后，对其进行测试。测试时，将试件置于压力机的上、下承压板之间，布置测点的试件底面朝向便于测试的方向。试件放置完毕开始加载，其中，强度等级小于C30的混凝土试件的加载速度为0.3 MPa～0.5 MPa；强度等级为C30～C60的混凝土试件的加载速度为0.5 MPa～0.8 MPa[4]。当荷载处于60 kN～100 kN(低强度试件取低值)之间时持荷，对试件的浇筑底面进行回弹及数据采集，此时回弹仪测试角度为0°。测试结束后，在所采集的数据中剔除3个最大值和3个最小值，取余下的10个有效数据的平均值作为该试件的回弹代表值Rm，如图3所示。

试验数据采集完毕，按照GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准的规定速率对试件进行均匀连续加载直至破坏，记录破坏时的荷载值(即试件的抗压强度值fcu)，精确至0.1 MPa。

1.4.4碳化试验

试件的抗压强度试验结束后，用小锤轻敲试件测试底面至出现破裂面，在破裂面的边缘处滴入几滴1%～2%酚酞酒精溶液，使用碳化深度测量尺量测碳化深度，每个试件分别测试3次，记录并计算3次测试值的平均碳化值dm，读数精度为0.5 mm。

2 测强曲线的建立

2.1 数据统计

此次试验将每个试件测得的抗压强度值fcu、碳化深度值dm和回弹代表值Rm作为一组回弹测强曲线的拟合数据，采用GB 4883—85数据的统计处理和解释异常值的判断和处理中的格拉布斯准则对此次试验测试得到的每组回弹数据进行测强曲线的拟合，按照不同强度等级和不同试验龄期分布进行异常值判断和处理。

试验对所得的1 944组数据按照异常值判断和处理，剔除90组异常值数据，最终得到有效回弹测强曲线的拟合数据为1 854组，有效数据比为95.4%。

2.2 浇筑底面曲线拟合

建立回弹测强回归拟合曲线，主要采用四种函数形式的回归方程：

线性函数型：

(1)

幂函数型：

(2)

抛物线函数型：

(3)

对数函数型：

(4)

兰州新区泵送普通混凝土水平方向回弹测强浇筑底面(C20～C60)拟合曲线方程为：

(5)

其中，Rm为试件的回弹代表值；dm为测区的碳化深度代表值。

幂函数型回归曲线见图4。

由结果可知，此次试验中，兰州新区泵送普通混凝土水平方向回弹且受测面为浇筑底面(C20～C60)的测强拟合曲线方程的平均相对误差(δ)为±11.233%，相对标准差(er)为±14.435%，相关系数(r)为0.866，满足JGJ/T 23—2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程中关于地区测强曲线的平均相对误差(δ)不大于±14.0%，相对标准差(er)不大于17.0%的规定。

3 非水平方向检测时回弹值修正值

表1 角度修正参数

本文针对兰州新区泵送普通混凝土测强拟合曲线方程(5)是基于回弹仪测试角度为0°时的测试数据所得，但在实际工程中，进行浇筑底面检测时，测试仪器与检测面垂直，并形成一定角度，因此，需对非水平方向的受测面进行角度的修正，引用JGJ/T 23—2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程对所得回弹代表值进行修正，再按照式(5)计算强度换算值，角度修正部分参数见表1。

4 结语

本文基于国家规程对检测角度的修正，建立了受测面为浇筑底面的兰州新区泵送普通混凝土回弹测强曲线方程，所得结果处于JGJ/T 23—2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程规定的地区曲线的误差指标之内，满足混凝土强度检测精度要求。该曲线的建立解决了兰州新区泵送普通混凝土强度非水平向检测的问题，也为国内其他地区建立受测面为浇筑地面的泵送普通混凝土回弹测强曲线提供了指导。