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武漢地區(qū)預(yù)拌混凝土用回彈法檢測抗壓強(qiáng)度的探討

武漢地區(qū)預(yù)拌混凝土用回彈法檢測抗壓強(qiáng)度的探討

楊家華,周結(jié)旺,向禹,羅曉航

(武漢明華商品混凝土有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430011

 

  要:本文結(jié)合武漢地區(qū)預(yù)拌混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程實(shí)例對用回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)證分析,認(rèn)為武漢地區(qū)的預(yù)拌混凝土使用回彈法檢測抗壓強(qiáng)度不適合引用標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23-2001的回彈曲線,建議用二次曲線方程來建立武漢地區(qū)的回彈曲線;對于混凝土工程實(shí)體檢測,由于養(yǎng)護(hù)難以到位,建議慎用回彈法來判斷工程混凝土質(zhì)量。

關(guān)鍵詞:回彈法;預(yù)拌混凝土;回彈曲線;武漢地區(qū)

 

一、概述

武漢地區(qū)的預(yù)拌混凝土行業(yè)發(fā)展迅速,預(yù)拌混凝土的年需求用量已經(jīng)從1998年的100多萬立方米發(fā)展到今天近3000萬立方米。混凝土技術(shù)的應(yīng)用也發(fā)生了很大的變化,多摻合料技術(shù)和新型外加劑應(yīng)用技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。由于行業(yè)門檻低,競爭異常激烈,政府部門為了加強(qiáng)預(yù)拌混凝土的質(zhì)量管理出臺了一系列的管理規(guī)定,其中包括在工程驗(yàn)收中對使用預(yù)拌混凝土的結(jié)構(gòu)物必須進(jìn)行一定比例實(shí)體檢測的規(guī)定。在武漢地區(qū),混凝土結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度檢測絕大部分使用回彈法,執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 23-2001)。

回彈法在混凝土的無損檢測中雖然有一定的局限性但是應(yīng)用最為廣泛,這是因?yàn)槠鋬x器簡單、操作方便、費(fèi)用低廉。回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的主要原理是用肖氏強(qiáng)度原理測定材料表面硬度,然后推斷混凝土的強(qiáng)度。回彈值和強(qiáng)度值的關(guān)系是通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),建立統(tǒng)一的回彈曲線。由于測定曲線的工作量很大,在標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23的附錄A里附有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)回彈曲線供參考,目前很多地方都是引用該附錄的回彈曲線數(shù)據(jù)。

近年來,特別是礦渣粉和粉煤灰雙摻技術(shù)在預(yù)拌泵送混凝土中的使用,用回彈法檢測預(yù)拌泵送混凝土抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生了很多爭議。

北京地區(qū)有數(shù)據(jù)表明[1]:某工程結(jié)構(gòu)實(shí)體驗(yàn)收用同條件養(yǎng)護(hù)600℃·d預(yù)拌混凝土強(qiáng)度試塊的強(qiáng)度以及鉆芯強(qiáng)度與混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體現(xiàn)場回彈檢測強(qiáng)度相比,鉆芯強(qiáng)度較同測區(qū)回彈強(qiáng)度高14-48%。推測回彈強(qiáng)度偏低的主要原因是預(yù)拌混凝土中摻有一定比例的外加劑、摻合料等,建議今后在統(tǒng)一回彈曲線中引入不同外加劑、摻合料等修正系數(shù)。廣州地區(qū)有研究表明[2] :采用回彈值計(jì)算推測強(qiáng)度時(shí),當(dāng)標(biāo)號大于C50時(shí),用JGJT23—2001標(biāo)準(zhǔn)回彈計(jì)算強(qiáng)度與實(shí)測強(qiáng)度偏差較大,對試驗(yàn)檢測結(jié)果的評定應(yīng)慎重考慮,并建議通過大量的工程試驗(yàn),分析總結(jié)出當(dāng)?shù)馗鞣N原材料的修正系數(shù),為回彈法發(fā)揮更大的作用進(jìn)行必要的技術(shù)積累。太原地區(qū)有研究表明[3]:混凝土表面早齡期碳化情況將引起回彈法檢測結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度偏低,從而影響回彈法測強(qiáng)精度。因此,當(dāng)早齡期碳化深度超過05mm時(shí),宜采用鉆芯---回彈綜合法來檢測結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度。安徽地區(qū)有研究表明:混凝土表面濕度對回彈值以及混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生顯著影響,由于混凝土表面濕度使回彈值減小,使混凝士實(shí)際強(qiáng)度增大,對碳化深度影響較小,因此,應(yīng)另立測強(qiáng)曲線。浙江省已經(jīng)在2008年頒布了地方標(biāo)準(zhǔn)《回彈法檢測泵送混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》。

武漢地區(qū)目前沒有回彈法的地方回彈曲線,引用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JGJ/T 23-2001)附錄A里的全國統(tǒng)一回彈曲線。近年來,武漢地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)驗(yàn)收應(yīng)用回彈法引起很多的爭議,本文結(jié)合武漢地區(qū)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和工程實(shí)例對用回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的問題進(jìn)行探討。

二、試驗(yàn)過程及結(jié)果分析

1  針對標(biāo)養(yǎng)試塊試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

用本公司實(shí)際生產(chǎn)的預(yù)拌混凝土,強(qiáng)度從2070MPa,制備150mm×l50mm×l50mm的抗壓試塊144塊,經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后,進(jìn)行回彈試驗(yàn)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

回彈法測定試驗(yàn)方法:按照《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 23-2001)的要求,試驗(yàn)選擇試塊相對的兩個(gè)側(cè)面(除去成型時(shí)的底面和頂面)作為測區(qū)面,每個(gè)面選取四個(gè)均勻分布的測點(diǎn)。并且,需將試塊置于壓力機(jī)的兩承壓板之間,加壓到3080kN(低強(qiáng)度試塊取低值加壓),回彈后加壓至破壞。共測定144組數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)原始記錄

表一  試塊的回彈值和實(shí)測值一覽表

回彈值

實(shí)測強(qiáng)度

回彈值

實(shí)測強(qiáng)度

回彈值

實(shí)測強(qiáng)度

回彈值

實(shí)測強(qiáng)度

回彈值

實(shí)測強(qiáng)度

回彈值

實(shí)測強(qiáng)度

回彈值

實(shí)測強(qiáng)度

37.0

46.7

36.2

44.9

38.7

49.1

44.3

55.6

34.9

44.7

26.5

24.9

30.8

32.4

37.2

45.3

36.9

40.0

37.4

48.7

43.6

68.4

35.8

44.4

26.5

26.9

29.7

35.6

38.1

43.8

36.7

41.1

35.1

39.8

46.6

66.7

36.6

44.2

27.9

25.6

32.3

35.3

30.3

26.0

39.4

54.4

34.9

39.8

45.3

66.4

31.2

32.4

28.6

25.6

31.3

34.7

30.0

26.7

40.0

52.0

36.8

38.4

28.0

27.8

30.1

31.1

27.6

25.3

30.7

32.0

30.0

26.4

39.2

50.0

34.5

44.0

28.7

27.8

31.0

31.1

28.7

25.1

30.8

32.4

34.4

38.9

45.5

60.0

38.5

43.8

30.7

32.2

29.9

32.9

28.4

24.0

31.7

31.6

33.7

40.4

45.4

65.6

36.1

44.0

28.7

28.9

29.7

31.1

28.7

25.3

28.9

28.4

34.1

43.3

47.1

65.1

38.4

44.4

27.8

27.6

31.5

32.9

30.1

30.0

30.9

31.1

31.2

32.9

41.4

57.5

35.1

44.4

27.8

27.8

31.7

30.7

32.3

32.0

29.2

28.6

30.8

34.7

40.7

58.7

38.9

40.4

29.2

29.3

31.2

32.7

31.6

33.8

29.3

29.8

32.7

35.3

41.9

54.7

44.9

68.4

27.3

30.0

30.9

32.4

32.2

31.6

28.2

28.6

33.2

35.3

39.2

56.9

44.0

63.1

29.9

29.3

25.0

25.3

29.8

33.6

29.6

30.2

33.1

34.7

40.7

54.2

44.2

68.4

34.7

45.1

27.4

24.2

30.1

34.7

29.7

29.1

32.6

34.4

40.2

54.7

45.2

64.4

35.0

46.7

27.6

24.9

30.4

34.7

31.1

28.2

28.5

26.7

39.0

51.8

44.1

63.1

35.3

43.8

27.7

24.7

26.9

26.4

28.0

27.6

27.3

26.9

28.2

26.3











1.3  數(shù)據(jù)分析

1)實(shí)測強(qiáng)度與全國回彈曲線和浙江回彈曲線比較

分別根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23-2001,和浙江標(biāo)準(zhǔn),引用相應(yīng)的回彈曲線,碳化值為0,并加上泵送修正,推斷出來的每個(gè)試塊的強(qiáng)度,并和相應(yīng)的實(shí)測強(qiáng)度差值比較如下表2

2  相對兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的比較


最小值

最大值

平均值

標(biāo)準(zhǔn)方差

方差

相對JGJ/T 23

-3.3

16.1

4.368

3.8952

15.172

相對浙江標(biāo)準(zhǔn)

-3.4

16.3

3.618

4.0580

16.468

上述數(shù)據(jù)看出:數(shù)值離散性較大, 表明回彈值不適合用根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23或浙江標(biāo)準(zhǔn)來推斷。

2)回彈值和實(shí)測強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)和散點(diǎn)圖

spss軟件處理,得回彈值和實(shí)測強(qiáng)度的pearson相關(guān)系數(shù)為0.969,表明回彈值和實(shí)測強(qiáng)度有很強(qiáng)的正線性關(guān)系。

 散點(diǎn)圖如圖1

1.jpg

 

回彈值與實(shí)測強(qiáng)度的散點(diǎn)圖

 

 

從上圖直觀看出回彈值和實(shí)測強(qiáng)度呈線性關(guān)系。

3 回彈值和實(shí)測強(qiáng)度的關(guān)系建模

以回彈值為自變量,實(shí)測強(qiáng)度為因變量,用spss軟件建模,十一個(gè)模型的參數(shù)輸出如下表3

3  回彈值與實(shí)測強(qiáng)度的關(guān)系模型

Equation

Model Summary

Parameter Estimates


R2  

F

df1

df2

Sig.

Constant

b1

b2

b3

Linear

0.940

1742

1

112

.000

-34.669

2.179



Logarithmic

0.926

1398

1

112

.000

-227.492

75.964



Inverse

0.901

1019

1

112

.000

117.029

-2573



Quadratic

0.942

905.

2

111

.000

-8.158

0.657

.021


Cubic

0.942

909

2

111

.000

-1.335

0.000

.042

.000

Compound

0.932

1532

1

112

.000

6.365

1.054



Power

0.936

1633

1

112

.000

.059

1.838



S

0.928

1442

1

112

.000

5.523

-62.86



Growth

0.932

1532

1

112

.000

1.851

.052



Exponential

0.932

1532

1

112

.000

6.365

.052



Logistic

0.932

1532

1

112

0.00

0.157

0.949



上表說明:回彈值和實(shí)測強(qiáng)度的關(guān)系用二次曲線(Quadratic), 解析程度最為顯著,判定系數(shù)R2值為0.942。標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23推薦的冪函數(shù)(Power)模型其判定系數(shù)R2值為0.936,其解析程度不如二次曲線。具體的方程式如下:

用二次曲線(Quadratic)回歸的方程為:F=-8.158+0.657 R+0.021 R2

用冪函數(shù)(Power)回歸的方程為F=0.059 R1.838

   上述十一個(gè)模型的擬合曲線圖如下圖2:

 

 2.jpg

 


回彈值與實(shí)測強(qiáng)度擬合曲線圖

1.4  試驗(yàn)結(jié)論

1 回彈值和實(shí)測強(qiáng)度密切相關(guān),但不適合用全國曲線或浙江的地方曲線;

2 用二次曲線(Quadratic)擬合回彈值和實(shí)測強(qiáng)度的關(guān)系比標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23推薦的冪函數(shù)(Power)更佳。

2  工程實(shí)體檢測結(jié)果分析

2.1 數(shù)據(jù)原始記錄

武漢地區(qū)某三個(gè)工程驗(yàn)收時(shí)的回彈數(shù)據(jù)和對應(yīng)的鉆芯數(shù)據(jù)如下表4(單位:MPa):

 

4  武漢地區(qū)某三個(gè)工程驗(yàn)收時(shí)的回彈數(shù)據(jù)和對應(yīng)的鉆芯數(shù)據(jù)表

 

回彈值

鉆芯強(qiáng)度

回彈值

鉆芯強(qiáng)度

回彈值

鉆芯強(qiáng)度

23.4

21.8

22.8

21.7

29.4

27.8

24.6

23.1

24.3

26.0

35.1

33.2

24.3

25.0

24.3

25.0

31.0

28.9

24.3

24.8

22.0

23.8

30.0

25.9

23.7

28.0

22.8

26.2

27.9

24.5

23.7

28.4

25.6

28.2

31.0

27.9

22.3

21.0

27.2

25.5

28.6

25.2

22.1

20.3

29.2

26.3

30.3

26.2

2.2  鉆芯強(qiáng)度與全國曲線和浙江曲線比較

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23,和浙江標(biāo)準(zhǔn),引用相應(yīng)的曲線,碳化值為0.5,并加上泵送修正,推斷出來的每個(gè)試塊的強(qiáng)度,并和相應(yīng)的實(shí)測強(qiáng)度(鉆芯強(qiáng)度)差值比較如下表5

5  鉆芯強(qiáng)度與全國曲線和浙江曲線比較


全國曲線

浙江曲線

平均

3.425

2.179167

標(biāo)準(zhǔn)誤差

0.723925

0.763169

標(biāo)準(zhǔn)差

3.546492

3.738749

方差

12.57761

13.97824

峰度

-1.0315

-1.14095

偏度

0.146935

0.094632

區(qū)域

12

12.2

最小值

-2.3

-3.6

最大值

9.7

8.6

觀測數(shù)

24

24

置信度(95.0%)

1.497552

1.578735

上述數(shù)據(jù)看出:數(shù)值離散性較大, 表明實(shí)體工程的回彈值同樣不適合根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23,或浙江標(biāo)準(zhǔn)來推斷。

2.3  spss軟件對上述數(shù)據(jù)建模,尋找回彈值和鉆芯強(qiáng)度的關(guān)系,十一個(gè)常用模型的參數(shù)輸出如下表6

6  spss軟件建模的十一個(gè)常用模型的參數(shù)輸出表

Equation

Model Summary

Parameter Estimates


R2

F

df1

df2

Sig.

Constant

b1

b2

b3

Linear

0.485

20.729

1

22

.000

10.897

0.561



Logarithmic

0.475

19.932

1

22

.000

-23.412

15.043



Inverse

0.466

19.182

1

22

.000

41.026

-397.8



Quadratic

0.501

10.536

2

21

.001

31.766

-0.987

.028


Cubic

0.506

10.765

2

21

.001

24.124

0.000

-.013

.001

Compound

0.472

19.650

1

22

.000

14.443

1.022



Power

0.468

19.345

1

22

.000

3.809

.583



S

0.464

19.027

1

22

.000

3.838

-15.50



Growth

0.472

19.650

1

22

.000

2.670

0.022



Exponential

0.472

19.650

1

22

.000

14.443

0.022



Logistic

0.472

19.650

1

22

.000

0.069

0.979



     上表說明:回彈值和鉆芯強(qiáng)度不存在明顯關(guān)系。

各種模型的擬合曲線如下圖3:

 3.jpg

                                        各種模型的擬合曲線

2.4  結(jié)果分析

從上述數(shù)據(jù)分析看出,回彈推斷的強(qiáng)度比鉆芯強(qiáng)度低,并且回彈值和鉆芯強(qiáng)度相關(guān)程度很低,不能找到合適的曲線來擬合它們的關(guān)系。也就是說,在武漢地區(qū)用回彈法檢測實(shí)體工程幾乎沒有意義。造成這樣的結(jié)果可能是因?yàn)椋汗こ痰幕炷琉B(yǎng)護(hù)不到位,早期表面嚴(yán)重失水造成混凝土強(qiáng)度內(nèi)外差異過大,此外,數(shù)據(jù)量并不足夠大,難以尋找出規(guī)律。

我們進(jìn)一步調(diào)研發(fā)現(xiàn):武漢地區(qū)的預(yù)拌泵送混凝土工程大部分不能按照施工要求養(yǎng)護(hù),特別是豎向結(jié)構(gòu)的混凝土,脫模過早,脫模后很少覆蓋,難以澆水保持濕度,混凝土的表面具體表現(xiàn)為顏色泛白。回彈法的使用前提是要求被測混凝土的內(nèi)外質(zhì)量基本一致,當(dāng)混凝土表層與內(nèi)部質(zhì)量有明顯差異,如遭受化學(xué)腐蝕、火災(zāi)、凍傷,或內(nèi)部存在缺陷時(shí),不能直接采用回彈法檢測混凝土強(qiáng)度。因此建議:在武漢地區(qū)的混凝土工程實(shí)體檢測中,慎用回彈法。

三、結(jié)語

武漢地區(qū)的預(yù)拌混凝土,如果養(yǎng)護(hù)到位,其回彈值和實(shí)際的強(qiáng)度有很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系,但不適合引用全國統(tǒng)一的回彈曲線;武漢地區(qū)應(yīng)建立自己的回彈曲線,用二次曲線來建立模型比標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23推薦的冪函數(shù)(Power)更佳;對于實(shí)體工程,混凝土的表面回彈值和結(jié)構(gòu)的實(shí)際強(qiáng)度沒有明顯的模型關(guān)系,慎用回彈法來判斷工程混凝土強(qiáng)度。

由于采集的數(shù)據(jù)有限,還有許多問題有待深入探討和研究。

 

 

參考文獻(xiàn):

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作者簡介:楊家華,男,1974,碩士,武漢明華商品混凝土有限責(zé)任公司總工程師。

E-mailYJH@PKU.ORG.CN


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