高寒地区混凝土超声回弹综合法测强曲线*

2022-10-28梁凯轩邓祥辉毛宝地

西安工业大学学报 2022年5期

梁凯轩，王睿，邓祥辉，毛宝地

(1.西安工业大学建筑工程学院，西安 710021；2.中国水电建设集团十五工程局有限公司，西安 710065)

我国幅员辽阔，气候差异很大，高寒地区分布广泛，包括西藏自治区全部和青海省、新疆维吾尔族自治区、甘肃省、四川省、云南省的部分，这些地区海拔高，气压低、常年低温，昼夜温差大，降水量少。由于其特殊的地理位置以及气候条件，导致新拌混凝土和易性变差、混凝土强度及耐久性降低，对混凝土工作性能产生较大且复杂的影响[1-2]。因此建立高寒地区混凝土超声回弹综合法测强曲线，对高寒地区混凝土相关工作具有重大的工程价值。

文献[3]使用不同检测方法对混凝土强度进行检测，结果表明超声-回弹综合法检测精度较高。文献[4]通过试验，建立了信阳地区超声回弹测强曲线，相比全国统一测强曲线精度更高。文献[5]通过制备试块，制定福州地区超声回弹测强曲线，结果表明福州地区超声回弹测强曲线的抗压强度预测值较规范，误差较小。

现行规范《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS 02:2005)[6]中的混凝土全国测强曲线是由我国大部分地区提供的多组数据经回归分析得到的，具有广泛的适用性。但对于高寒地区，由于复杂的气候环境对混凝土性能的影响，现有的测强曲线预测结果误差较大，精度不够，不能较好的适用于高寒地区。针对高寒地区环境特征对混凝土性能的影响，文中通过掺入外加剂优化高寒地区混凝土配合比，以保证混凝土的强度和耐久性，通过测试高寒地区混凝土基本物理力学指标，建立高寒地区混凝土超声回弹综合法地区测强曲线，并对其进行验证，为高寒地区混凝土强度预测提供参考。

1 高寒混凝土试验

1.1 高寒混凝土配合比设计

本试验地点为甘肃省甘南藏族自治州夏河县，海拔约2 800 m，气候为寒冷湿润类型，年平均气温2.6 ℃，年均降水量516 mm，年均无霜期56 d，属高海拔寒冷地区。试验拟配制C50混凝土，水泥选用祁连山牌P·O 52.5硅酸盐水泥；粗骨料采用矿山碎石，粒径为5～20 mm，级配良好；细骨料采用河砂，为中粗砂。根据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55-2011)[7]得到C50高寒普通混凝土配合比(代号P)，见表1。

表1 高寒地区混凝土配合比

1.2 试验结果

制备试块进行力学试验和冻融循环试验，制备过程中混凝土黏聚性、流动性较差；28 d强度仅为30.4 MPa，未达到设计要求；75次冻融循环后混凝土开裂破坏，不能满足抗冻耐久性要求。结合高寒地区混凝土配合比优化的现有研究成果[8]，通过加入外加剂并反复试验，得到高寒减水混凝土(代号J)和高寒引气减水混凝土(代号YJ)，具体配合比见表1。

表2 高寒混凝土试验结果统计

2 高寒混凝土强度预测

超声回弹综合法是一种成熟可靠的混凝土无损检测方法，可充分发挥回弹法以及声波法两者各自的优势，有效提高混凝土强度检测精度，在混凝土强度检测应用比较广泛[10-12]。故在高寒混凝土强度预测中仍采用超声回弹综合法。

2.1 现行规范下高寒混凝土强度预测

粗骨料为碎石时，现行规范《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS 02:2005)中给出的混凝土抗压强度预测公式为

(1)

相对误差为

(2)

将表1中2种混凝土试块的声波波速和回弹值代入预测公式，得到基于现行规范的高寒地区混凝土强度预测值。规范预测强度值与实测强度值进行对比，并计算相对误差，可得高寒减水混凝土强度预测的相对误差平均值为36.6%；高寒引气减水混凝土强度预测的相对误差平均值为33.9%。

根据《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS 02:2005)可知，当相对误差>15%时，国家测强曲线不适用于该地区混凝土的强度预测。因此，提出一个可用来准确预测高寒混凝土抗压强度的新模型是非常有必要的。

2.2 高寒混凝土超声回弹综合法测强曲线的建立与分析

《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T 23-2011)[13]中推荐的5种回归函数关系式见表3。

表3 回归函数关系式

根据表1中2种高寒混凝土的回弹值、声速值和混凝土的单轴抗压强度，运用SPSS软件进行回归分析，拟合出适用于高寒地区混凝土强度预测的5种声波-回弹-强度函数关系，并分别计算相关性系数和相对误差平均值，具体结果见表4～5。

由表4～5可知，高寒减水混凝土和高寒引气减水混凝土的5种预测模型相对误差均≤15%，且相关性系数均大于0.75，拟合度较高，且满足规范《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS 02:2005)中的相关要求，拟合方程可信。

高寒减水混凝土和高寒引气减水混凝土的5种预测模型较现行规范推荐的式(1)能更好的用于高寒地区混凝土强度的预测。综合考虑相关性系数和相对误差，结合规范推荐的测强曲线推荐方程，提出高寒减水混凝土和高寒引气减水混凝土强度预测模型均为幂函数方程，分别为

(3)

(4)

表5 高寒引气减水混凝土强度预测函数拟合结果

3 高寒混凝土超声回弹测强曲线验证

将表6～7中的试块抗压强度预测值与抗压强度实测值进行比较分析,结果表明：高寒减水混凝土抗压强度预测值的平均相对误差为3.13%；高寒引气减水混凝土抗压强度预测值的平均相对误差为2.78%，均远小于《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS 02：2005)中的要求，说明所建立的高寒混凝土超声回弹综合法测强曲线具有较高的可靠性。