混凝土预制砌块抗压强度检测研究

王 芳

（乐陵市水利局,山东 乐陵 253600）

0 引言

干硬性混凝土预制砌块是一种新式、应用较广的建筑材料,其含水率较低,能够在最大程度上减小用水量,将用水量降低至水泥水化作用需水量,通过重型压实器械对其进行压实,保证其高强度和高密度。此类混凝土有着施工方便、密度小、强度高、抗冻耐腐蚀、耐水性强以及适用范围较广的优点,近些年已广泛应用在水利工程中[1-3]。尽管干硬性混凝土在工程中应用较多,但在现实工程里会因为外界因素干扰、运输不当和制作流程不规范等因素导致混凝土构件实际强度和设计值有一定的差值。因此对于干硬性混凝土强度的现场检测是保证工程质量的重要环节,但其难点在于对干硬性混凝土预制构件目前尚未形成有效的质量把控环节及设计规程[4-5]。所以现场检测混凝土预制砌块的强度是十分重要的,不仅影响着工程的验收,还对建筑物安全性的确定以及结构事故分析起到重要作用,同时能够给拆模时间的确定提供依据,能够保证施工的整体进度,故混凝土强度现场检测方法一直颇受研究人员的重视。

基于此,此次研究以某水电站库区护坡混凝土砌块为例,通过针贯入法对其强度进行检测,分析贯入深度与混凝土强度等级间的关系,得出相应的强度拟合式。

1 工程概况

某水电站水库集水面积为17212 km2,207 m为其正常高水位。发电为水库主要功能,同时具有航运、养鱼、防洪、筏运、等功能。400 MW为水电站装机容量,确保达到13.5亿kW·h的年平均发电量。水电站组成主要为引水隧洞、发电厂房以及重力坝等,140 m×23.3 m×19.2 m为厂房的长、宽、高。大坝最大坝高、坝顶长以及大坝全长分别为114 m、625 m和602 m,1∶0.2和1∶0.3分别为上、下游坝坡,千年一遇洪水和万年一遇洪水分别为大坝洪水设计标准和校核标准。坝前右岸设置了两个引水隧洞的进口,洞口直径为8.4 m,洞长分别为755 m和770 m,末端均设置了差动式调压井。水库采用混凝土预制砌块进行了护坡施工。

2 检测设备和检测原理

贯入法作为一种非破损检测方法,在检测时不会对物品造成较大破坏,检测后对表面的破坏范围小于10 mm,此方法是通过混凝土抗压强度和测钉进入混凝土距离之间的关系,加载压缩弹簧将测钉顶进混凝土中,根据测强曲线和现场钉子进入混凝土的深度来算出混凝土抗压强度的,表1为所用检测设备的具体参数。

表1 检测设备参数

3 研究方案

3.1 混凝土材料

混凝土所用材料分别为粒径5 mm～10 mm碎石子、中砂、普通硅酸盐水泥和水。

3.2 制备试件

为了对不同强度等级的混凝土进行测试,共制备了五个强度等级的试件,分别为C35、C30、C25、C20、C15,表2为各等级混凝土的具体配合比。在预制场根据混凝土配合比制备尺寸为600 mm×600 mm×150 mm的预制块制备完成3 d后将其分割成边长150 mm的标准立方体样品,并设置了5个测试龄期,依次为90 d、60 d、28 d、14 d、7 d。将样品放在室外露天环境下进行养护,浇水养护14 d,但要注意避免阳光暴晒。每个测试龄期相同强度等级的试件为1组。把一批同时制备好的试样进行分组,1组3块,共75个试样。

表2 混凝土配合比

3.3 针贯入法试验测试

测试步骤分为六步,具体如下：

要对试样的两个侧面在试验机压板上进行受压,并对其余两个侧面开展贯入试验。两个侧面分别布置2个和3个测点,共5个测点。试样边缘和测点的距离要大于3 cm,且两测点的间距要超过3 cm。

所有测点都要开展贯入试验,精确测量测点贯入坑的深度,保证测量精度达到0.01 mm。

分别舍弃5个贯入深度（H1～H5）中的一个最小值和最大值,并将另外3个贯入深度取平均值来表示此试样的贯入深度。

贯入试验完成后,马上进行试压,测出此次试样的抗压强度值,其精度为0.1 MPa。

每一组对比数据为一个试样的抗压强度值和贯入深度代表值。

同一龄期下各强度等级的试样能够获取1组对比数据。

4 分析实验结果

4.1 结果分析

表3为混凝土立方体试样抗压强度和贯入深度平均值。通过最小二乘法对表3中数据开展回归分析,同时构建回归方程,如下所示：

表3 各等级混凝土拟强度等级

式中：H为测针贯入混凝土表面的深度,0.01 mm为其精度；fccu为换算的混凝土强度值,0.01 MPa为其精度。

对试验结果开展一元线性回归分析,得出各强度等级混凝土试样相关系数和回归公式,见表3、表4。

表4 各等级混凝土拟合方程

由表3可知,各强度等级混凝土强度随着龄期的增长而增长,且随着龄期的提高,贯入深度逐渐降低。而随着混凝土强度等级的提高,贯入深度逐渐降低。C15～C35强度等级内的混凝土抗压强度和贯入深度的相关系数均值是0.886,这表示预制混凝土抗压强度和贯入深度相关性良好的相关性,达到了现场控制质量标准。

4.2 数据有效性分析

此次研究共获取试验数据150个,有效数据共137个,有效数据占比91.3%,总体来看有效数据占比较高。根据设计强度分类,针贯入法数据有效性随着设计强的增加而降低,图1为各组无效数据数量分布图。

图1 各组无效数据数量分布图

从图2中能够得出,在干硬性混凝土试块强度等级增大时,无效数据呈现小幅度增长的规律。参考混凝土强度针贯入法检测原理,在测针进入被测试混凝土表面时,会突破混凝土的阻力进入试样内部一段距离,可通过此距离来换算出混凝土的抗压强度,从而判别混凝土的质量。当干硬性混凝土强度等级较高时,混凝土表面密实度逐渐增大,测针贯入难度增加；同时从混凝土配合比信息中能够得出,混凝土强度等级为C20和C15时所用水泥类型为PO.32.5普通硅酸盐水泥,但混凝土强度等级在C25～C35时所用水泥等级为PO.42.5普通硅酸盐水泥,其表面密实度和混凝土强度会大大提高。除此之外,由于试验过程里所用的测试仪器最大贯入能量较低,仅能达到1000 N,在进行强度较高混凝土测试时,数据有效性会受到混凝土性能的影响,但从整体来看,使用针贯入法对干硬性混凝土强度进行测试是有效可行的。

5 结论

本文通过制备干硬性混凝土样品,对其开展针贯入法试验,分析贯入深度与混凝土强度等级间的关系,得出相应的强度拟合式。结果表明：各强度等级混凝土强度随着龄期的增长而增长,贯入深度逐渐降低。而随着混凝土强度等级的提高,贯入深度逐渐降低。C15～C35强度等级内的混凝土抗压强度和贯入深度的相关系数是0.886,相关性良好,达到了现场控制质量标准。针贯入法检测时只会对混凝土预制砌块造成小范围的局部破坏,不会对结构安全性造成较大影响,可进行广泛应用。由于针贯入法会造成小范围的局部破坏,因此不适合现场检测,建议辅助其它无损检测手段。