关于公路工程结构实体混凝土强度检测与评定方法的思考与建议

周 杨， 李玉生， 樊文胜

(1.江西省天驰高速科技发展有限公司，江西 南昌 330000；2.江西交通咨询有限公司，江西 南昌 330000；3.江西省交通投资集团项目建设管理公司，江西 南昌 330000)

0 引 言

随着国内公路里程规模不断发展，混凝土结构数量和规模也逐年增大。目前公路工程混凝土强度检测方法有：回弹法、超声-回弹法、取芯法、标养试块抗压法、同条件养护试块抗压法等，公路工程混凝土强度评定方法主要依据《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1)“附录D水泥混凝土抗压强度评定法”，即以标准养生28 d龄期的试件、在标准试验条件下测得的极限强度作为评定方法。但是根据现有规范评定方法，需按要求制作相应数量的试块个数。这又导致满足混凝土强度评定要求的同时，制作试块也带来巨大的浪费和经济损失，以萍莲高速A3标为例，该标段路基工程包括挖方93.1万m3，填方26.6万m3；桥梁工程包括特大桥1 917 m/2座，大桥2 749 m/4座，桩基共计706根，30 m T梁258片，40 m T梁888片；隧道工程包括短隧道左线278 m/右线350 m；涵洞工程包括箱涵58 m/1道。该标段为典型的山岭区高速公路建设项目，标段内6桥1隧，桥隧比高达80%。从开工到项目结束，制作试验室标养试块40 000余个, 试块制作及人工试验等综合成本共计约214万。

目前国内外不少学者针对公路工程混凝土强度检测及评定方法进行了应用研究。张明娇[1]针对公路工程水泥混凝强度检测、评定方法进行了相关探讨，提出一些有效的改进措施。张科强等[2]基于混凝土结构工程施工质量验收规范，总结其与工程实践中的不合理之处，并通过试验分析，认为施工企业加强同条件试块验收合格的条件下，可减少回弹取芯法的验收比例，从而减少损伤结构。尚静媛等[3]等采用回弹法、钻芯法、试块法三种检测方法对混凝土模拟实体及试块强度进行测试，探讨了三种强度检测方法之间存在的关系。孙立娜[4]提出对公路工程中的水泥混凝土进行强度检测，可以有效地评价公路路面的施工质量，同时也决定了公路主体结构的稳定性。

综上所述，现有研究未对现行公路工程混凝土强度评定方法不合理之处进行研究。

1 混凝土强度检测方法相互间关系

1.1 同条件试块和标养试块抗压强度关系

根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2015)的要求，标养条件混凝土试块抗压强度乘以0.88后，可视为同条件养护的混凝土试块抗压强度，因同条件养护下混凝土强度通常低于标准养护条件下的混凝土强度,主要是由于同条件养护试件与标准养护条件的差异，包括温度、湿度条件的差异，系数0.88主要是考虑到实际混凝土结构及同条件养护试件可能失水等不利于强度增长的因素,是经试验研究及工程调查确定的。

1.2 结构实体上同一位置回弹法和取芯法强度关系

根据尚静媛等[3]的研究，根据回弹法和钻芯法检测强度原理及实验数据，在实体检测过程中回弹强度值要比钻芯强度值低，并且随着混凝土强度等级增大，这种差异越明显，这是因为回弹法检测混凝土强度主要是作用在混凝土实体结构的表面，而且由于施工因素及外界环境作用，会使得表面比内部松散，易发生混凝土碳化，进而使表面强度低于内部。因此，当混凝土强度等级越高时，回弹法的适用性反而越差，分析14 d和28 d回弹强度和钻芯强度的差异性，可知随着龄期的增长这种差异性仍然存在，但此差异逐渐减小。因此,在高强混凝土中回弹法的适用性受到限制，回弹法测试的强度值明显低于其实体强度。

1.3 结构实体上回弹法和标养试块强度关系

根据尚静媛等[3]的研究，在龄期为28 d时，对立方体施加一定压力后进行回弹得到的强度值与该试块抗压强度值存在差异性较大，标准立方体试块抗压强度值与实体回弹强度值也存在较大差异，这些差异性随着混凝土强度等级的增大而增大，并且回弹法与试块法之间的差异性大于与钻芯法的差异性，这是由于在自然养护下，龄期达到28 d时，混凝土实体内部并未水化完全，强度还存在一定增长空间，导致试块法与钻芯法测试强度偏差较大，而试块回弹与实体回弹强度值差异性较小，且此差异不受强度等级的影响。

以萍莲高速为例，选取7个标段共151个设计C35墩柱及216片设计C50梁板的标养试块强度与对应结构实体28 d回弹强度数据，通过数据分析，C35墩柱28 d回弹强度平均值约为0.913倍标养试块强度平均值、C50梁板28 d回弹强度平均值约为0.916倍标养试块强度。随着混凝土强度等级增大，标准立方体试块抗压强度值与实体回弹强度值差异性也随之增大。具体数据见表1，如图1、图2所示。

表1 C35墩柱及C50梁板标养试块强度与结构实体28天回弹强度数据对比表

图1 萍莲高速各标段C35墩柱标养试块强度与回弹强度对比图

图2 萍莲高速各标段标C50梁板养试块强度与回弹强度对比图

1.4 结构实体上取芯法和同条件养护试块强度关系

因两种方法检测的均为处于外部条件下结构实体，故两种方法检测得到的强度结果基本一致。

2 混凝土强度评定方法

2.1 现有的混凝土强度评定方法

现有的混凝土强度评定规范包括国标《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2015)及公路行业标准《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1—2017)，其中：

(1)《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2015)针对结构实体检验要求：对涉及混凝土结构安全的有代表性的部位应进行结构实体检验。结构实体检验应包括混凝土强度、钢筋保护层厚度、结构位置与尺寸偏差以及合同约定的项目，必要时可检验其他项目。结构实体检验应由监理单位组织施工单位实施，并见证实施过程。施工单位应制定结构实体检验专项方案，并经监理单位审核批准后实施。除结构位置与尺寸偏差外的结构实体检验项目，应由具有相应资质的检测机构完成。结构实体混凝土强度应按不同强度等级分别检验，检验方法宜采用同条件养护试件方法，当未取得同条件养护试件强度或同条件养护试件强度不符合要求时，可采用回弹-取芯法进行检验。同条件养护试块强度评定标准参考《混凝土强度检验评定标准》(GB/T 50107—2010)。

(2)《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1—2017)对于混凝土结构强度检查方法要求按照附录D进行，而附录D要求评定水泥混凝土的抗压强度应以标准养生28 d龄期的试件、在标准试验条件下测得的极限强度为准，每组试件3个，同批试件组数大于或等于10组时，应以数理统计方法评定，同批试件组数小于10组时，可用非数理统计方法评定。该方法适用于做配合比试验时使用，具有基础指导性，有利于造价计算的统一。

2.2 公路工程混凝土强度评定方法存在的问题

(1)《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2015)针对结构实体混凝土强度要求宜采用同条件养护试件方法，当未取得同条件养护试件强度或同条件养护试件强度不符合要求时，可采用回弹-取芯法进行检验。《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1—2017)却仅提供标准养生28 d龄期的试件测得的极限强度评定混凝土强度这一种检测方法，该规范未对结构实体混凝土强度的检测及验收方法进行规定，实体结构混凝土强度评定存在盲区。而目前公路行业普遍的做法是采用标准养生28 d龄期的试件测得的强度作为实体结构混凝土强度的评定标准，这明显不符合工程现场实际情况。

(2)《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2015)中，将标养条件混凝土试块抗压强度与同条件养护的混凝土试块抗压强度的换算系数定为0.88值得商榷。因中国地域辽阔，各地方气候条件差异较大，结构实体混凝土所处温湿度环境都不一样，仅按0.88的通用换算系数应用到具体工程结构实体混凝土评定中并不严谨。

(3)混凝土强度应探索应用无损检测评定的新方法，而非一味地做试块，这也是节约资源和环境保护的需要。

3 建 议

公路工程混凝土评定方法建议：

(1)建议《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1—2017)明确通过制作同条件养护试块强度对实体结构混凝土强度进行评定。探索重要结构物强度采用无损检测手段对其整体结构强度进行评定的可能性。

(2)建议《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1—2017)增加当不制作同条件养护试块的情况下，同条件养护的结构混凝土试块抗压强度可用标养条件结构混凝土试块抗压强度乘以换算系数后进行换算，进而参照《混凝土强度检验评定标准》(GBT 50107—2010)进行评定和验收，各项目宜根据地方气候条件、结构实体混凝土所处环境的不同，通过试验及数理统计确定不同的温湿度区间内的同条件养护试块抗压强度与标养试块抗压强度换算系数。

(3)建议进一步完善公路工程混凝土评定及验收标准体系，重要结构采用同条件试块进行评定的同时，其他非重要结构可考虑采用现场强度检验方法替代试块强度评定法。