混凝土强度检验相关性试验研究

叶世凯

（国信工程技术（福建）有限公司）

0 引言

商品混凝土中最常用的工业掺合料为粉煤灰，随着掺合料的广泛应用，虽然改善了环境，但混凝土的力学性能也发生了改变。国内学者们为了了解粉煤灰对混凝土强度增长规律的影响程度，进行了较多的试验研究和理论分析，但大部分都是在室内试验，对于实体结构检测的研究不多。实体混凝土结构的强度检测与评定对各类混凝土结构的质量验收非常重要。目前，一般采取四种方法判断结构混凝土的强度，分别为标准养护试块强度、同条件养护试块强度、实体结构混凝土回弹法检测、实体结构混凝土芯样强度，虽然这四者有一定的相关性，但缺少相关研究。为了客观、科学地对实体结构混凝土质量进行验收，对各种强度测定结果的关系进行研究分析，提出对实体结构混凝土强度检测与评定有效合理的方法是十分必要的。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

⑴水泥：采用华润P.O42.5 水泥，相关参数见表1。

⑵粉煤灰：采用漳州后石厂粉煤灰，相关参数见表2。

表2 粉煤灰相关参数

⑶集料：采用满足国标要求的集料，相关参数见表3。

表3 集料相关参数

⑷外加剂：采用高效聚羧酸减水剂，产地福建。

1.2 试验方法

⑴混凝土试件抗压强度。

抗压强度试验方法参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》

⑵结构混凝土回弹强度与芯样强度的测定。

①回弹法：采用2.207J 数字回弹仪对混凝土结构侧面进行回弹，试验方法参考《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》。

②钻芯法：在回弹试验完成之后，在结构上钻芯样样，芯样直径为100mm、75mm，且芯样高径比为1:1。其中，芯样的钻取、处理、强度试验和强度计算方法均参照《钻芯法检测混凝土强度技术规程》。

2 试验方案

2.1 混凝土强度等级设计

混凝土来源采用商品混凝土，选择福建地区具有一定的代表性的粉煤灰混凝土配合比。试验所用混凝土等级为C30、C40、C50，具体配合比见表4。

表4 混凝土配合比

2.2 龄期设计

试验考虑到混凝土强度在不同龄期下的变化，为了测定其变化规律，试件设计龄期为7d、14d、28d、60d。混凝土墙体和芯样设计龄期为28d、60d。

2.3 试件制作

⑴共浇筑6 片素混凝土墙（强度等级C30、C40、C50，每种强度等级为两片墙，每片墙的宽高厚分别为100㎝×100㎝×20㎝），混凝土墙背靠既有结构，避免因结构太小影响回弹值的检测，未进行试验时，均用保护膜覆盖，防止构件表面碳化。

⑵各强度等级28d、60d 均取2 组芯样，其直径分别为100mm、75mm，共计12 组。

⑶标准养护试件和同条件养护试件各龄期各1 组，共计24 组。

3 试验结果

3.1 抗压强度试验

分别进行标准养护试块和同条件试块抗压强度试验，试块龄期为7d、14d、28d、60d，结果如表5 所示。

表5 试块抗压强度试验结果

3.2 结构回弹强度试验及芯样强度

对混凝土墙进行回弹强度试验，回弹龄期为28d 和60d，回弹试验结束后测试芯样强度，芯样规格为100mm和75mm，试验结果如表6、表7 所示。

表6 回弹试验结果

表7 芯样抗压强度试验结果

4 结果分析

4.1 标准养护强度与同条件强度的比较

以F1 表示标准养护强度，F2 表示同条件养护强度，将不同养护条件的不同强度等级混凝土强度进行比较，二者的比值如表8 所示。

从表8 中数据分析可以看出，7d 龄期时，F2/F1 的平均值为0.78，14d 龄期时，F2/F1 的平均值为0.80；28d 龄期时，F2/F1 的平均值为0.85；60d 龄期时，F2/F1的平均值为0.96，可以得出：在龄期60d 以内，同龄期的同条件养护强度均低于标准养护强度，且随着龄期的发展，同条件养护强度越来越接近于标准养护强度，F2/F1 基本保持在0.78～0.96 之间。

表8 同龄期下F2/F1的结果

同条件养护试件强度低于标准条件养护试件强度，分析原因是由于同条件养护试件所处环境与标准养护室相比，温度和湿度相对不稳定，从而影响了强度的发展。

4.2 结构回弹强度与结构混凝土芯样强度的比较

以F3 表示结构回弹强度，F4 表示结构混凝土芯样强度（直径100mm），将28d、60d 龄期两种不同强度进行比较，F3/F4 值的变化如表9 所示。

表9 同龄期下F3/F4 的结果

从表9 中数据分析可以看出，28d 龄期时，F3/F4 的平均值为0.87，60d 龄期时，F3/F4 的平均值为0.86，可以得出：在60d 龄期内，结构回弹强度与芯样强度的比值F3/F4 相对稳定，介于0.86～0.87，表明结构回弹强度与芯样强度有很好的相关性，进一步说明结构回弹强度略小于结构芯样强度，但也具有良好的工程借鉴意义。

4.3 不同直径的混凝土芯样强度结果对比与分析

根据表7 中不同直径芯样强度数据分析，以F5 表示直径75mm 的芯样强度，将直径75mm 的芯样强度与直径100mm 的芯样强度进行比较，F5/F4 值的变化如表10所示。

表10 同龄期下F5/F4 的结果

从表10 中数据分析可以看出，28d 龄期时，F5/F4的平均值为0.98，60d 龄期时，F5/F4 的平均值为1.04，在60d 龄期内，结构混凝土的直径75mm 芯样和直径100mm 芯样强度比值F5/F4≈1.0，二者比值较稳定，有较好的相关性。进一步可以说明：在60d 龄期内，高径比为1 的直径75mm 芯样与直径100mm 芯样强度相当，二者相关性显著，尺寸效应并不是太明显。

在进行压力试验过程中，由于试件上下表面与试验机承压板接触，他们之间的相对作用会产生横向摩擦力，从而约束了试件的横向变形，这种约束作用称为“环箍效应”，因此，一般来说，试件的尺度越大，“环箍效应”越小，测得的强度值就越低，反之，试件的尺度越小，“环箍效应”越大，测得的强度值就越高；同时，一般试件的内部缺陷与试件的大小呈正相关，即尺寸越大，缺陷越多，由此可见，F5/F4 的比值在理论情况下应当大于1.0。

在实际钻芯检测过程中，一方面，由于钻芯及芯样加工过程均会对试件产生损伤，试件尺寸越小，局部损伤就越严重；另一方面，混凝土中的大骨料在试件中的占比越多，试件的强度就越好，而试件小，大骨料占比就小，因此，所测试件的强度就会降低，即F5/F4 的比值小于1.0。

综上所述，“环箍效应”与大骨料在试件中的占比两种情况对试件强度的影响存在相互抵消的可能，从而使得不同尺寸对混凝土芯样抗压强度的影响减小，因此，采用直径75mm 的芯样试件来检测混凝土实体结构强度是可行的。

5 结论

⑴在龄期60d 以内，同龄期的同条件养护强度均低于标准养护强度，且随着龄期的发展，同条件养护强度越来越接近于标准养护强度，F2/F1 基本保持在0.78～0.96 之间。

⑵在60d 龄期内，结构回弹强度与芯样强度的比值F3/F4 相对稳定，介于0.86～0.87，表明结构回弹强度与芯样强度有很好的相关性，进一步说明结构回弹强度略小于结构芯样强度，但也具有良好的工程借鉴意义。

⑶在60d 龄期内，高径比为1 的直径75mm 芯样与直径100mm 芯样强度相当，二者相关性显著，尺寸效应并不是太明显，采用直径75mm 的芯样试件来检测混凝土实体结构强度是可行的。