海工高性能混凝土回弹测强研究--采用高强回弹仪建立海工高性能混凝土测强曲线.pdf

2 0 1 4 年 第 9期 (总 第 2 9 9 期 ) N u mb e r 9 i n 2 0 1 4 ( T o t a l No 2 9 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHN0L OGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 9 0 3 8 海工高性能混凝土回弹测强研究 采用高强回弹仪建立海工高性能混凝土测强曲线 陶建飞。宋伟 明 ( 中交二航局 第二工程有限公司 质量检测所 ，重庆 4 0 0 0 1 6 ) 摘要： 施工现场高性能混凝土结构无损检测强度反映实际强度准确性的矛盾 日益凸显 。 尤其对海工高性能混凝土而言 ， 其回 弹推定强度往往比结构实际强度偏低很多，且没有地区或专用曲线采用。 该研究通过采集不同强度等级海工高性能混凝土的试验 数据 、 分析处理、 归纳得出回弹值与抗压强度之间的相关关系曲线 。 经计算其平均相对误差和相对标准差均优于规范关于专用回 弹曲线的规定。 找到了合理解决海工高性能混凝土构件质量现场检验的方法， 可以快速 、 准确 、 合理的评价现场构件的施工质量 ， 同时可节省人力 、 物力和财力 ， 这将给施工带来极大 的方便 。 经过验证 ， 其具有普遍 的适用性 ， 将产生 良好的社会效益与经济效 益 ， 为以后建立全国统一的海工高性能混凝土回弹测强通用曲线提供必要的素材 。 关键词 ： 海工高性能混凝土 ；高强混凝土回弹仪；抗压强度 ；测强曲线 ；研究 中图分类号 ： T U5 2 8 0 7 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 9 0 1 4 5 0 4 St udy on mar i ne hi gh- pe r f or manc e conc r et e r eboun d s t r eng t h t es t E s t a b s h m e n t o f ma r i n e h i gh - pe rfor m a n c e c o n c r e t e s t r e n g t h t e s t c u r v e b y us e o f h i gh - s t r e n g t h r e bo u n d me t e r T AO J i a n f e i ， SONG We i mi n g ( I n s p e c t e dDe p a r t me n t ， T h e 2 n dE n g i n e e ri n gC o ， L t d o f CCC C S e c o n dHa r b o u r E n g i n e e ri n gCo ， L t d ， C h o n g q i n g4 0 0 0 1 6， C h i n a ) Ab s t r a c t ： No n d e s t r u c t i v e t e s t i n g s t r e n g t h o f h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e s t r u c a e o n c o n s t r u c t i o n s i t e d o e s n t a c c u r a t e l y c o r r e s p o n d t o t h e a c t u a l s t r e n gth， wh i c h p r e s e n t s a l a r g e r p r o b l e m d a y b y d a y T h e p r e s u mp t i v e r e b o u n d s tr e n g t h i s u s u a l l y mu c h l o we r t h a n t h e a c t u a l s tre n gth i n r e g a r d o f ma r i n e h i g h - p e r f o rm anc e c o n c r e t e i n p a r t i c u l ar and t h e r e h a s b e e n n o l o c a l o r s i n g l e p u r p o s e c u r v e f o r u s e T h i s s tud y h a s b e e n c o n c l u d e d wi t h t h e r e l e v a n t r e l a t i o n c u Y v e b e t we e n r e b o u n d v a l u e a n d c o mp r e s s i v e s t r e n gth t h r o u g h dat a ana l y s i s p r o c e s s i n g c o l l e c t e d f r o m h i 曲一 p e r f o rm a n c e c o n c r e t e e x p e r i me n t O f v a r i o u s s tr e n gth l e v e 1 A c c o r d in g t o t h e s i n g l e - p u r p o s e r e b o u n d c u r v e r u l e ma d e by t h e c a l c ul a t i o n o f i t s a v e r a g e r e l a t i ve e r r o r an d r e l a t i ve s t a n d ard d e v i a t i o n a s o un d me t h o d ha s be e n fou nd t o e na bl e mari n e hi g h p e r f o r man c e c o nc r e t e c o mp o ne n t o n s i t e q u a l i t y i ns pe c t i o n whi c h c a n no t o nl y p r o v i de a s o u n d e v a l u a t i o n o fo n s i t e c o mp o ne n t c o n s t ruc t i o n q u a l i t y wi t h s p e e d an d a c c u r a c y b u t a l s o h e l p wi t h t he r e s e r v a t i o n o fmanpo we r ， ma t e r i a l and fin a n c i a l r e s o urc e s an d t h us f a c i l i t a t e s t h e c o n s t r u c t i o n i mme n s e l y I t h a s a l s o be e n v e r i fie d t o h a v e u n i ve r s a l a p pl i c a bi l i t y a nd wi l l p r o d uc e s o c i a l a n d e c o no mi c be ne fit an d thu s p r o v i d e s ne c e s s a r y ma t e r i a l for t he f ut u r e e s t a bl i s h me n t o f n a t i o n wi d e un i fie d an d un i v e r s a l ma r i ne h i gh pe r f o r ma n c e c o nc r e t e r e b o und s tr e n gth t e s t c u r v e Ke ywo r ds ： mari n eh i g h - p e r f o r manc e c o n c r e t e ； h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e r e b o undme t e r ； c o mp r e s s i o n s tr e n gth； s tr e n g t ht e s t C L n V C ； s tud y 0 引言 回弹法测强是 目前现场 结构混凝 土无 损检测最便利 的方法之一 ， 其基本原理 为 ： 通过混凝 土表 面硬度推定混 凝土强度 ； 其测强基本依据 为 ： 回弹值 与混 凝土抗 压强度 之间的相关性， 相关关系一般以经验公式或基准曲线的形 式来确定。 目前 ， 国家行业标准 J G J T 2 3 2 0 1 1 回弹法检测混 凝土抗压强度技术 规程 适用 于标称 能量为 2 2 0 7 J 地 回 弹仪检测构件抗压强度为 ( 1 0 0 6 0 0 ) MP a的混凝土 的检 测。 随着经济的发展和科学技术 的进步 ， 跨海大桥 、 海底 隧 收稿 日期 ：2 0 1 4 0 3 - 2 6 道等大型 、 新型工程迅速兴起 ， 海工高性能混凝土的应用 日益增多。 检测所在沿海地区大量 的海工高性能混凝 土施 工检测 中， 经 常出现按 J G J T 2 3 2 0 1 1 回弹法检 测混凝 土抗压强度技术规程 检测推定强度与立方体抗压强度相 关性较差的现象 。 海洋工程 中高性能混凝土结构采用 现场 无损检测强度反 映实际强度准确性的矛盾 日 益 凸显。 1 海工高性能混凝土的定义及特点 所谓 海工高性能混凝 土是指使用 常规材料 、 常规工 艺 ， 以较低水胶 比、 适当掺量活性掺合料和较严格的质量 控制措施， 具有高的抗氯离子渗透性、 满足结构要求的较 1 4 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 高强度、 良好的工作性以及较高体积稳定性的混凝土。 海 工高性能混凝 土设计要点归纳为以下五点 ： ( 1 ) 低水胶比 ： 在满足工作性的前提下 ， 通常会尽量减 小用水量 。 新桥规 规定 ， 海工高性能混凝土单位立方米用 水量不大于 1 5 0 k g ； ( 2 ) 浆骨比低 ： 混凝土含浆量大则收缩大 ， 并对尺寸稳 定性产生不利影响， 因此海工高性能混凝土的含浆量不宜 大于 3 5 ； ( 3 ) 大掺合料 ： 一般在总胶凝材料 的 4 0 - 7 0 左 右 ， 一 般 为优质粉煤灰 、 优质矿粉复掺 ， 目前水泥 ： 粉煤灰 ： 矿 粉掺量的黄金比例为 4 ： 3 ： 3 ； ( 4 ) 空隙率低 ： 通常采用粒形和级配 良好的骨料 ， 获得 最大堆积密度和最小空 隙率 ， 从而减小浆体用量 ， 即减小 胶凝材料用量和用水量 ； ( 5 ) 适当引气： 为了良好的工作性能， 通常都要添加高 性能减水剂 ， 含气量一般在 4 6 。 引气 的主要 目的是在 混凝土 中形成独立封闭 的小于 2 5 0 m 的气泡 ， 阻断混凝 土中游离水孔隙 ， 同时在混凝土受冻时气泡的存在给水结 冰时的膨胀提供 了消能 的空间。 另外 ， 由于下列 因素 的存在 ， 海工高性能混凝土表面 强度 ( 硬度 ) 较低。 首先是低水胶 比极易导致表层混凝土 因 缺水而水化不彻底 ， 表面强度低； 其二是大掺合料火山灰 效应需与水泥水化后 富余 的氢氧化钙反应 ， 混凝土强度增 长较慢， 而实际工程中， 混凝土后期养护不力 ， 更易造成表 面强度低 。 还有就是掺合料 密度较水 泥小 ， 混凝 土面层 易 聚集较多的掺合料颗粒， 会显著降低混凝土表面强度。 混凝土 层 表面层 1 mm 寿 右 图 1 海工高性能混凝土结构层理示意图 2 高强混凝土回弹仪结构原理 高强混凝 土回弹仪的工作原理 与中型回弹仪基本相 同， 与中型回弹仪相比标称能量较大。 本次采用了中国建 筑科学研究院研发 的 G H T 4 5 0型高强混凝土 回弹仪 ， 其技 术参数如下 ： ( 1 ) 标称能量 4 5 J ； ( 2 ) 弹击拉簧 冲击长度 1 0 0 m m； ( 3 ) 弹击拉簧的工作长度 1 0 6 mm； ( 4 ) 弹击拉簧刚度 9 0 0 N m； ( 5 ) 在洛 氏硬度 H R C 6 0 _ 2的 G Z 2 0型钢砧上 率定值 8 8 2： ( 6 ) 指针滑块在整机上的最大静摩擦力为 0 5 0 8 N； ( 7 ) 用于检测混凝土抗压强度为 5 O 8 0 MP a 范围内的 混凝土结构或构件 。 1 4 6 图 2 G H T 4 5 0 型高强混凝土回弹仪 尾盖 固定块 挂钩弹簧 导 向法兰 中心导杆 刻 度尺 指针 轴 指针 滑块 弹击拉簧 缓冲弹簧 盖帽 弹 击杆 I 1 【 L J J I lJ J f l l l _ 1 一 l 一 _ ； _ = ： 一 图 3 GH T 4 5 0型鬲 强混 凝土 回弹 仪的构 造 3 研 究方案 3 1 混凝土试件的制备 利用施工现场采用 的原材料和成熟 的混凝土配合 比， 完全按照施工要求生产混凝土并检测拌合物性能， 根据坍 落度选择合适 的成型捣实方法 ， 刮除试模上 口多余的混凝 土 ， 待混凝土临近初凝时 ， 用抹刀抹平 ， 需用保鲜膜覆盖至 拆模 ， 对成型试件编号并做好相关记录 。 主要制作设计强 度等级为 C 4 0 、 C 5 0 、 C 6 0的海工高性能混凝土试件 ， 测试 龄期为拆模后 、 3 、 7 、 1 4 、 2 8 、 5 6 、 8 4 、 1 6 8 、 3 3 6 d ， 其中每种强 度等级 每个龄期试块不少于 3 0 组 ， 芯样不少于 3 个 ， 总计 8 3 7组。 3 2 试件养护 为了模拟施工现场实际工况 ， 本次试验研究混凝 土试 件采用呈 “ 品” 字形堆放 自然养护 。 3 3试 验 流 程 混 凝 土 试 件 成 型 一 试 件 养 护 一 回 弹 强 度 测 试 _ 耋 蓑 试 件 达 到等 效养 护 龄期 及 时 进行 回弹 、 抗 压 强 度 测 试 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4试 验 检 测 3 4 1 回弹测试 将达到测试龄期的试件放在压力机上预压 8 0 k N 固 定力进行 回弹测试 ， 分别在试件 的 2 对成 型侧面使用 回弹 仪做 回弹测试 ， 每个侧面测 8 点 回弹值 ， 共测 3 2 个点 的回 弹值 。 3 4 2 芯样强度检测按照 C E C S 0 3 ： 2 0 0 7 ( 钻芯法检测混 凝土强度技术规程 规定的方法进行试验。 3 4 _ 3 抗压强度检测按照 G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ( 普通混凝土 力学性能试验方法标准 中有关要求进行 。 需要说 明的是 ， 由于长龄期混凝土抗压强度较高 ， 采用最大量程 3 0 0 0 k N、 精度 I 级压力机。 3 5 专用测 强曲线 的制订 方法 本次研究未考虑碳化深度对 回弹值 的影 响 ， 共采用下 述 四种 函数形式 的回归方程 ： ( 1 ) 线性函数型 ： 名 + B R； ( 2 ) 幂 函数 型 ： ； ( 3 ) 指数函数型 ：f = A e S R ； ( 4 ) 二项式 型： + B R + c R 。 式中 测区混凝土的强度推定值； 测区平均 回弹值 ； ，曰 ， 卜常数项 。 参照 J G J T 2 3 2 0 1 1 回弹法检测混凝 土抗压强度技 术规程 附录 E的规定 ， 用下式计算 回归方程式 的强度平 均相对误差 6 和强度相对标准差 e 。 l 一 1 I 1 0 0 ( 1 ) i =1 l C U ， i I e r ：1 y ( 。 式中： 6 回归方程式的强度平均相对误差， ， 精确至 0 1 ； e 回归方程式的强度相对标准差 ， ， 精确至 O 1 ； 试块抗压试验得到的抗压强度值 MP a ， 精确至 0 1 MP a； 根据试块 回弹值按 回归方程式换算得到 的测 区混凝土的强度换算值， MP a ， 精确至 0 1 MP a ； ， 广一制定 回归方程式的试件总数 。 4 回弹法测强的影响因素 下面将试验具体操作过程 中对 回弹测 强的影 响因素 和需要注意的细节问题归纳总结如下 。 4 1 仪器的工作状况 采用 的高强混凝 土回弹仪应经 过法定计 量单 位检定 且在有效检定周期内， 检测前后需在配套钢砧上进行率定 且合格 ， 测试数据才有效。 4 2 混凝土的表 面状 态 测试表面的平整度 、 成型面( 侧面、 底面及浇筑面) 、 碳化 和龄期以及混凝土表面湿度及养护条件等都对回弹结果有 影响， 本次研究混凝土表面为清洁干燥状态下的成型侧面。 4 3 其他影响 因素 除了上述影响外 ， 还有很多 ， 譬如所用原材料 ， 包括水 泥品种 、 粗骨料 品种 、 外加剂等 ， 还有施工工艺 ， 模板种类 ， 构件受力状态 ， 构件 曲率半径 ， 构件厚度和刚度 ， 测试角度 和测试 面以及测试 技术等对 回弹测强均有不 同程度 的影 响， 在实际检测工作中应予以注意和考虑。 5 专用测强曲线的建立 该研究采集数据非常之多 ， 首先对试验数据根据格拉 布斯准则 ， 在 5 的显著性水平下 ， 对可疑值进行剔除 ， 经 计算保 留 1 3 4 1 7 个测试数据。 相 比其他 回弹课题研究 ( 一 般不会超过 1 万个数据 ) ， 数据优势相当明显 ， 为提高成果 地准确性和适用性提供了坚实的基础。 将测试数据按照上述 四种模型进行 回归分析 ， 计算结 果见表 1 所示 。 表 1 测试数据 回归分析结果 图 4 7 给出了根据试验值 回归分析得到的以上四种函 数形式的测强曲线 。 采用强度平均相对误差 6 和强度相对标 准差 e r 对以上回归公式分别进行检验 ， 计算结果见表 2 所示。 从表 1 和表 2 可以看 出， 对于 四种函数形式的测强 曲 线 回归方程 ， 均满足 J G J T 2 3 2 0 1 1 回弹法检测 混凝土 抗压强度技术规 程 第 6 - 3 1 条专用测强 曲线强度平均相 对误差 6 不应大于 1 2 0 ， 相对标准差 e 不应 大于+ 1 4 0 的规定 ， 满 足检测应用 的要求 。 且二项式 函数测强 曲线 的 强度平均相对误差 6 和相对标准差 e 均为最小 ， 作为推荐 使用的测强 曲线。 鳗 赠 醴 辖 赠 回弹值R 图 4 线性函数回弹测强曲线 回弹值R 图 5 幂 函数 回弹测强曲线 1 47 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 骥 - H 堪 廷 醴 赠 回弹值R 图 6 指数函数回弹测强曲线 回弹值R 图 7 二项式回弹测强曲线 表 2 不同形式 回归方程误差分析 6 专用测强曲线在厦漳跨海大桥的验证和应用 采用 G H T 4 5 0型高强混凝土 回弹仪对厦漳跨海大桥 工程预 留试块进行 回弹 、 抗压强度测试 ， 对专 用测 强曲线 进行验证 。 检测得 到的 3 0 组试块 的 1 4 4 0个 回弹值 ， 计 算 得到了测区平均回弹值。 采用上面回归分析得到的海工高 性能混凝土二项式回弹测强曲线 ， 换算得 出了各试块的混 凝土强度推定值 ， 其中仅有 1 个试块的平均相对误差 占 大 于专用测强曲线要求的 1 2 0 ， 其余试块的回弹强度推定 值与立方体抗压强度实测值较吻合。 验证结果表明， 采用高强混凝土回弹仪对海工高性能 混凝土进行现场检测 ， 根据本次研究的回弹测强曲线进行 换算得到的混凝土抗压强度推定值 ， 其检测精度满足现场 质量控制的要求。 7结论 与展望 7 1 结 论 通过本课题 的研究 ， 得到了适用 于海工高性能混凝土 及其构件 回弹法现场检测 的专用回弹测强曲线 ， 为 回弹测 强技术在我国海工高性能混凝土中的应用提供了参考。 该研究推荐适用于海工高性 能混凝 土的回弹测强专 用 曲线公式为 ： =- 1 41 9 6 +5 _ 3 1 3 8 R一 0 0 3 0 6 R 式中靠 测区混凝土的强度推定值； R 测区平均 回弹值。 该 回归公式的适用条件为 ： 1 4R ( 1 ) 采用 G H T 4 5 0 型高强混凝土回弹仪测得回弹值； ( 2 ) 强度范 围在 4 0 8 0 MP a 的海工高性能混凝土构件 或结构 ； ( 3 ) 混凝土的龄期较短 ， 为 7 天 1 年之间。 7 2 需要进一步深入研究的工作 ( 1 ) 目前 ， 海工高性能混凝土正逐渐 向更高强度等级 发展 ， 对 于更高强度等级 的海工高性能混凝土 ， 回弹测强 与抗压强度的相关性需进一步研究。 ( 2 ) 海工高性 能混凝 土因大量掺加掺合料 ， 长期强度 增长 明显 ， 混凝土表面硬度也相应增长较大 ， 其与抗压强 度相关性需 进一步研究。 同时随着龄期 的增长 ， 应把碳 化 深度作为一个测强参数来反 映混凝土强度。 ( 3 ) 施工现场 回弹测强时混凝土表面状态不可能为标 准的干燥状态， 下一步工作需对混凝土表面呈湿润的状态 下的回弹? 贝 0 强与抗压强度相关性做深入研究 ， 为回弹测强 拓展更广的应用环境积累相关数据 。 ( 4 ) 钢筋对 回弹值 的影 响与混凝土保护层厚度 、 钢筋 直径及其配筋率有关。 对于中型回弹仪， 有研究资料表明， 当保护层厚度大于 2 0 m m时 ， 可以认为没有影响； 当钢筋直 径为 ( 4 6 ) m m 时 ， 可以不考虑它的影响。 但对于高强混凝 土回弹仪 ， 其能量远大于 中型回弹仪 ， 于是不能套用 ， 故需 要进行专门的研究 。 在 目 前 尚无确切的影响系数的情况下 ， 可根据图纸或采用钢筋位置扫描仪测定钢筋的位置 ， 以便 检 测时避开。 下步应有针对性的研究钢筋对 回弹测强的影响。 ( 5 ) 寻找或研发更适合检测海工高性能混凝土 的回弹 仪。 本研究所采用 的高强混凝土 回弹仪虽然在检测精度上 比中型 回弹仪提高了很 多 ， 但通过数据分析 ， 其对 于检 测 普通高强混凝土误差要更小 。 针对海工高性能混凝土宜研 发专用回弹仪 ， 以提高检测精度。 参 考文 献 ： 1 张荣成， 邱平 高强混凝土的无损测强技术试验研究 z 中国建 筑科学研究院结构研究所， 1 9 9 9 【 2 武宇 提高回弹法检测混凝土强度精确度方法探讨l J 1 资治文 摘 管理版 ， 2 0 0 9 3 付江红 混凝土回弹仪常见故障分析及维修方法 中国计量， 检定、 使用与调修 技术篇 ， 2 0 0 9 4 谷伟， 孙逸增， 刘斌 高强混凝土回弹仪测强曲线研究I s 1 沈阳建 筑工程学报 ： 自然科学板 ， 2 0 0 2 ， 1 8 ( 2 ) 5 】5 J r 胛 2 7 2 9 9 ， 港口工程混凝土非破损检测技术规程 S 中华人 民共和国交通部 ， 1 9 9 9 【 6 J6 Q J Y 1 7 2 O 0 0 ， 回弹法检测高强混凝土强度技术规程 【 7 】 J G J T 2 3 2 0 1 1 ， 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程 s 【 8 】 J T G T F 5 O 一2 O 1 1 ， 公路桥涵施工技术规范 s 9 何玉珊，章关永 桥梁 公路工程试验检测人员考试用书 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 1 0 1 0 A S T M C 8 0 5 C 8 0 5 M - - 0 8 ， 硬化混凝土回弹值检测方法【 s 1 I I I S O 1 9 2 0 7 2 0 0 4 ， 混凝土试验 s 】 1 2 B S E N 1 2 5 04 2 2 0 0 1 ， 结构用混凝土试验 s 作者简介： 陶建飞( 1 9 7 1 一 ) ， 工程师。 联系地址 ： 重庆市渝中区菜袁路 1 9 6 号 民新花园( 4 0 0 0 1 6 ) 联系电话 ： 0 2 3 6 8 7 3 7 9 1 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m