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回弹法检测混凝土强度在**水电站工程上的应用

摘要: 回弹法检测常态混凝土强度由于具备较强的时效性, 操作方便, 已成为检测混凝土强度的一种重要手段。可是, 在水利水电工程建设中, 由于项目建设环境不同而导致工程的材料、 施工设备、 施工工艺等方面存在差异, 从而使回弹检测方法在工程检测的普遍实用性方面存在一定的局限。笔者针对**水电站工程建立了回弹检测混凝土强度的数学模型, 根据建立的强度曲线方程对该工程的混凝土强度进行检测, 并在项目建设过程中对数学模型不断修正, 真实反映混凝土的强度情况, 取得了较好的效果。
关键词: 回弹法检测混凝土强度 应用研究 数学模型

1．项目概述
**水电站位于非洲**共和国南方省**县境内的**河上, 是世界第一长河——尼罗河( NILE) 主干流的最上游, 电站装机容量9600KW( 3×3200KW) , 承包合同总价为16180500美元。项目业主为**国家基础设施部, 由**生态能源全球( 私有) 有限公司承担设计和施工任务, 由中国**科技有限公司和贵州**监理有限公司联合承担该项目的咨询( 监理) 工作。该电站是一个渠道引水式电站, 净水头为137m, 设混凝土重力坝1座, 坝高18m, 坝轴线长138m, 钢筋混凝土渠道长3180m, 渠道净断面为2m×3m , 3座钢筋混凝土渡槽跨度分别为60m、 75m、 125m, 1条长为280m、 管径Ø= mm的压力钢管和1`幢单层发电厂房。混凝土工程量为23000m3。
2．回弹法检测混凝土强度的应用背景
由于该工程战线长, 混凝土浇筑工程量不集中, 这就大大增加了混凝土抗压强度检测试验的取样数量。由于现场条件不具备造成承包商无法在工地现场建立工地实验室, 而**国家建筑科研相对落后, 全国具备检测资质和检测能力的实验室只有两家, 其中一家为位于南方省**市的**国家大学实验室, 距施工现场70公里, 另一家为位于首都**的**国家实验室, 距施工现场190公里。远距离交通给检测工作带来不便, 这就决定了需要寻找一种快捷、 有效、 准确的混凝土强度检测方法, 因此, 回弹法检测混凝土强度作为首选方法提出。
3．回弹值—强度值曲线拟定
3．1 工程使用的材料设备情况
水泥: **生产的32.5水泥
粗骨料: 最大料径为37.5mm的机制花岗片麻岩骨料
细骨料: 干净的河沙(主要成份为石英)
模板: 木模板
拌和设备: 德国生产的DY-400型自称重滚筒式拌和机
3．2 实验室回弹值获取
回弹仪型号: 中国制造JGT-A中型回弹仪
选取的实验室: 位于**的**国家实验室
压力试验机型号: 德国制造SEINDER D—7940型压力试验机
试验步骤: 在施工现场制作15cm×15cm×15cm混凝土试件, 与结构混凝土同条件养护, 达到龄期后送到实验室, 标出测点位置后, 采用50—70KN压力固定在压力试验机上, 用回弹仪分别对准各测点测定回弹值Rn, 随后测定抗压强度值fcu-s。见表1:
表1 实测抗压强度fcu-s和对应的回弹值Rn表
回弹值Rn
31.9
26.2
27.8
28.0
34.4
32.2
31.7
31.8
31.8
31.2
24.1
实验室抗压强度fcu-s
29.3
22.2
21.3
21.8
37.3
29.3
30.2
29.8
28.4
30.7
18.7
回弹值Rn
24.5
23.0
29.9
31.6
29.0
32.7
31.6
30.9
28.3
28.5
30.0
实验室抗压强度fcu-s
19.1
16.4
29.8
31.6
28.9
31.4
30.2
26.6
27.4
28.0
28.2
3．3 数学模型的建立
根据《水工混凝土试验规程》( DL/T5110— ) 选取幂函数方程进行回归分析, 即:
fcu-h=ARnB ( 1)
fcu-h——混凝土回弹强度 (Mpa)
Rn——回弹值
A、 B——试验常数
将( 1) 两边取对数 得:
lg fcu-h=lgA+BlgRn ( 2)
对回弹值和强度值取对数, 见表2:

表2 回弹值和强度值取对数值表
lgRn
1.5038
1.4183
1.4440
1.4472
1.5366
1.5079
1.5011
1.5024
lg fcu-h
1.4669
1.3467
1.3290
1.3381
1.5721
1.4673
1.4803
1.4739
lgRn
1.5024
1.4942
1.3820
1.3892
1.3617
1.4757
1.4997
1.4624
lg fcu-h
1.4539
1.4867
1.2711
1.2813
1.2159
1.4739
1.4991
1.4607
lgRn
1.5145
1.4997
1.4900
1.4518
1.4548
1.4771

lg fcu-h
1.4249
1.4799
1.4969
1.4377
1.4471
1.4502

设: lg fcu-h=Y, lgA=a, B=b, lgRn=X
则: 方程( 2) 变为:
Y=a+bX ( 3)
对方程( 3) 进行线性回归分析, 求线性回归系数。
根据最小二乘法原理解得:
a=-b ( 4)
b= ( 5)
其中:
==1.4689
==1.4252
==0.0797
==0.0453
==0.1649
代入( 4) 、 ( 5) 求得变化后的回归方程为:
Y=1.7586X-1.1581 ( 6)
回弹值和强度值取对数后的散点图如图1:

3．4 相关系数的显著性检验
对所得的方程进行相关性分析, 其相关系数r为:
===0.922
查相关系数显著性检验表, 当n-2=20时,
(20)=0.4227, (20)=0.5368
由于=0.922>(20)=0.5368, 认为回弹值和强度值取对数后的线性相关关系特别显著。
从而得出针对**水电站工程采用回弹法检测混凝土的数学模型为:
fcu=0.0695Rn1.7586 (7)
回弹值-强度值散点图见图2

图2 回弹值—强度 散点图
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
回弹值
强度( MPa)

4．数学模型的精确性和可靠性分析与验证
数学模型建立后, 我们知道, 对于取得的每一个回弹值, 根据该数学模型计算出的强度值只是真实强度值的一个估计值, 其精确性和可靠性能否保证? 因此, 针对每一个回弹值, 必须对得出的强度值进行一个区间估计, 对于给定的置信概率1-a, 求出强度的置信区间, 再与实验室取得的立方体抗压强度进行对比, 如果实验室取得的立方体抗压强度值处于回弹强度的置信区间内, 则能够认为建立的数学模型在给定的置信概率为1-a时, 能真实反映混凝土的强度。
其对比试验方法为: 在施工现场对浇筑的混凝土随机取样, 样品与现场混凝土同条件养护, 到达一定的龄期后, 送实验室进行试压, 试压同时在施工现场对取样的同批混凝土采集回弹值。
根据方差分析, 回弹强度值对应于置信概率1-a的置信区间为( Y-, Y+) , Se为剩余平方和, S为剩余标准差。其中:
Se==0.0247
s==0.0351
s取反对数值为s´=1.0842.
取a=0.05, 查t分布表, 得, 回弹强度值对于置信概率95%( 1-a) 的置信区间为( fcu-h-2.0739s´, fcu-h +2.0739s´) , 计算结果见表3:
表3 现场回弹值与抗压强度值对比表
实验室抗压强度值fcu-s( MPa)
25.7
27.1
27.3
24.2
30.2
33.1
16.4
18.8
22.1
27.6
现场回弹值Rn
28.0
29.0
31.0
27.0
32.0
34.0
21.0
25.0
26.0
29.0
现场回弹强度值fcu-h( MPa)
24.4
25.9
29.2
22.9
30.8
34.3
14.7
20.0
21.4
25.9
强度置信区间(MPa)
下限
22.1
23.7
26.9
20.6
28.6
32.0
12.4
17.7
19.1
23.7
上限
26.6
28.2
31.4
25.1
33.1
36.5
16.9
22.2
23.6
28.2
根据表3的计算结果对比得出, 选取的10组验证数据中, 全部满足要求, 说明建立的数学模型fcu-h=0.0695Rn1.7586用于**水电站工程混凝土的抗压强度检测, 其可靠性和准确性能满足要求, 在对立方体抗压强度检测手段不能全面满足工程需要的情况下, 完全能够采信回弹法对混凝土的强度检测结果。
5．结语
由于每一个工程都有自身的特殊性, 导致工程材料不同、 施工环境不同、 施工设备不同、 施工工艺不同、 用于检测的回弹仪性能也各不相同。因此, 不同的工程如果使用同一个强度曲线方程来检测混凝土强度, 而忽略了工程项目的差异性, 势必不能全面、 真实地反映混凝土强度。基于以上原因, 导致了采用回弹通用数学模型来检测混凝土强度得出的结果其可信程度不高。在**水电站工程的建设过程中, 经过在实验室采集回弹值和强度测定值, 建立了针对该工程混凝土检测的回弹检测数学模型, 应用于该工程混凝土的强度测定, 并不断与立方体混凝土抗压强度对比修正, 根据试验验证, 其结果真实反映了混凝土的强度, 大大降低了工程的检测成本。
在试验过程中, 经过对试验结果重复验证表明, 在采用回弹法检测混凝土强度时, 检测的范围最好在C15—C35之间, 而且, 同一工程项目混凝土强度的回弹检测, 应采用同一支回弹仪并固定检测人员, 当回弹仪回弹次数到达 次时, 应重新采集不少于10组对比
数据对建立的数学模型进行修正, 当回弹检测次数达到8000次时, 应对使用的回弹仪进行标定, 这样才能确保检测结果的准确性。
参考文献:
[1] ( DL/T5110— ) 《水工混凝土试验规程》
作者简介:
**, 1978年8月出生, 男, 汉族, 贵州省**县人, 中国建筑经济师、 注册监理工程师、 注册安全工程师, 中国建设监理协会会员。1999年毕业于贵州省水利电力学校、 贵州工业大学, 从事水利水电工程的监理工作, 现为贵州**监理有限公司技术部部长。

工作单位: 贵州省**监理有限公司
通讯地址: 贵州省**
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