孫 華，謝秀萍，黃麗卿

(福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 南平 353000)

混凝土的強(qiáng)度按照國(guó)家規(guī)范規(guī)定28 d達(dá)到期望強(qiáng)度值，但是該值并不是強(qiáng)度的終點(diǎn)值[1]。無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)條件的養(yǎng)護(hù)，還是在自然條件下的養(yǎng)護(hù)，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，工程結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度在一定的溫度和濕度的環(huán)境下，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水泥會(huì)持續(xù)水化，其強(qiáng)度也會(huì)有所增加[2]。一般采用回彈儀對(duì)工程結(jié)構(gòu)混凝土進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，根據(jù)碳化深度來(lái)確定混凝土的強(qiáng)度值[3]?，F(xiàn)著重探究在原材料相同、配合比相同、相同養(yǎng)護(hù)條件下，結(jié)構(gòu)混凝土隨著養(yǎng)護(hù)齡期的變化，其抗壓強(qiáng)度所產(chǎn)生的變化，旨在研究結(jié)構(gòu)混凝土后28 d的抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律。

1 試驗(yàn)對(duì)象

本研究試驗(yàn)在某高校的一座11層新建的學(xué)生公寓內(nèi)，主體結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，樓板混凝土采用C25強(qiáng)度的商品混凝土。其中采用P.045.5水泥，細(xì)集料用中砂，細(xì)度模數(shù)為2.8～2.9，表觀密度為2 560～2 630 kg/m3，粗集料Ⅰ為連續(xù)級(jí)配5～25 mm的碎石，表觀密度2 620～2 940 kg/m3，粗集料Ⅱ?yàn)閱瘟?6～31.5 mm碎石，表觀密度為2 600～2 670 kg/m3，摻和料為某粉煤灰廠生產(chǎn)的F類(lèi)Ⅱ級(jí)粉煤灰，外加劑為XB-HWRR緩凝高效減水劑。樓板混凝土配合比，見(jiàn)表1。

表1 混凝土配合比

由于大樓單層的面積較大，每一層面積為1 530 m2，考慮到澆搗時(shí)長(zhǎng)和模板利用率，因此每一層都分成兩部分澆搗，以后澆帶位置分界，1軸到后澆帶為一部分，下文簡(jiǎn)稱(chēng)A部份，后澆帶到19軸為另一部份，下文簡(jiǎn)稱(chēng)B部份。采用機(jī)械攪拌，非泵送施工方法，成品混凝土的坍落度為100 mm，表觀密度2 370 kg/m3，每批次的澆搗時(shí)間見(jiàn)表2。

表2 樓層澆搗時(shí)間(2014年)

注：時(shí)間為月-日。

2 試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)采用ZC3-A型回彈儀，標(biāo)準(zhǔn)能量為2.207 J，示值系統(tǒng)為指針直讀式，其技術(shù)性能及主要參數(shù)均符合國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程《混凝土回彈儀》(JJG 817-2011)的規(guī)定。其工作原理是用一彈簧驅(qū)動(dòng)彈擊錘，通過(guò)彈擊桿彈擊混凝土表面所產(chǎn)生瞬時(shí)彈性變形的恢復(fù)力，使彈擊錘帶動(dòng)指針彈回，并指示出彈回的距離[4]。以回彈值(彈回的距離與沖擊前彈擊錘至彈擊桿的距離之比，按百分比計(jì)算)作為混凝土抗壓強(qiáng)度相關(guān)的指標(biāo)之一，來(lái)推定混凝土的抗壓強(qiáng)度。它是用于無(wú)損檢測(cè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度的一種儀器。

碳化深度測(cè)定采用HT-2型混凝土碳化深度測(cè)量?jī)x，測(cè)量范圍0～25 mm，測(cè)量精度0.01 mm?；炷恋奶蓟侵富炷林械腃a(OH)2與空氣中或水中溶的CO2或其它酸性物質(zhì)反應(yīng)，變成CaCO3而失去堿性的過(guò)程。按1%配合比制作的酚酞酒精溶液，就是利用酸堿反應(yīng)來(lái)測(cè)定混凝土的碳化深度的，酚酞遇到碳化的酸性表面呈現(xiàn)無(wú)色狀態(tài)，遇到尚未碳化的內(nèi)部堿性混凝土，則指示為紅色。

2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

根據(jù)規(guī)范要求，回彈儀使用之前要進(jìn)行率定試驗(yàn)，本次率定試驗(yàn)在環(huán)境溫度22℃的室內(nèi)，鋼砧放置在室內(nèi)混凝土地板上，將鋼砧的表面用干布擦凈清潔。率定分4個(gè)方向進(jìn)行，彈擊桿每次旋轉(zhuǎn)90°，彈擊桿每旋轉(zhuǎn)一次所測(cè)得3次率定值[5]。本試驗(yàn)準(zhǔn)備共檢測(cè)回彈儀12次，東南西北方向各3次，數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。結(jié)果表明，在4個(gè)方向上的率定均值在國(guó)家規(guī)范要求的80±2范圍之內(nèi)，說(shuō)明該回彈儀符合測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)，可以作為本實(shí)驗(yàn)儀器。

表3 回彈儀率定試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.3 試驗(yàn)過(guò)程

本試驗(yàn)的大樓各層混凝土澆搗的時(shí)間都不一致，同一層再分成兩個(gè)時(shí)間澆搗，測(cè)量的時(shí)間2014年5月5日，對(duì)象是2～10層樓面進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)11層的樓面模板尚未拆除，因此本試驗(yàn)只對(duì)2～10層采集原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ-T23-2011)的要求，測(cè)區(qū)不少于10個(gè)，本試驗(yàn)測(cè)區(qū)共分成18個(gè)測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)布置16個(gè)測(cè)點(diǎn)，各個(gè)測(cè)點(diǎn)在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)均勻分布，相鄰兩測(cè)點(diǎn)的凈距離大于2 m，測(cè)點(diǎn)距外露鋼筋、預(yù)埋件的距離大于50 cm，測(cè)點(diǎn)選擇在均勻的混凝土面上，垂直方向測(cè)量，且同一測(cè)點(diǎn)只彈擊一次。測(cè)量過(guò)程和測(cè)點(diǎn)的布置都符合國(guó)家規(guī)范的要求。各層次的澆搗到回彈測(cè)定的時(shí)間長(zhǎng)度，見(jiàn)表4。

表4 各測(cè)區(qū)混凝土養(yǎng)護(hù)的時(shí)間 d

回彈測(cè)量完后，在有代表性的測(cè)區(qū)上測(cè)量碳化深度值，按規(guī)定要求測(cè)點(diǎn)數(shù)不少于測(cè)區(qū)數(shù)的30%[5]。本試驗(yàn)選9個(gè)測(cè)點(diǎn)，在各個(gè)測(cè)點(diǎn)用鋼釬開(kāi)鑿直徑為20 mm的孔洞，深20 mm。用吹耳球吹去孔洞內(nèi)的粉末和碎屑，用1%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁邊緣處，用數(shù)顯碳化深度測(cè)定儀測(cè)量混凝土表面至碳化與未碳化的分界處，測(cè)量3次，取平均值，數(shù)據(jù)精確到0.5 mm。

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 回彈模量測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)測(cè)量各測(cè)點(diǎn)得出的回彈模量值Ri，見(jiàn)表5。

表5 各測(cè)點(diǎn)回彈模量值Ri

3.2 回彈模量修正值

根據(jù)規(guī)范規(guī)定計(jì)算測(cè)區(qū)平均回彈值時(shí)，應(yīng)從該測(cè)區(qū)的16個(gè)回彈值中剔除3個(gè)最大值和3個(gè)最小值，其余的10個(gè)回彈值按公式(1)計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果，見(jiàn)表6。

。

(1)

式中：Rm為測(cè)區(qū)平均回彈值，精確至0.1；Ri為第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的回彈值。

根據(jù)參考文獻(xiàn)[5]的規(guī)定，水平方向檢測(cè)混凝土澆筑表面時(shí)，平均回彈值需按公式(2)進(jìn)行修正。

(2)

根據(jù)文獻(xiàn)[5]附錄D中查詢(xún)，用內(nèi)插法得出本實(shí)驗(yàn)的各個(gè)測(cè)區(qū)修正后的回彈值，見(jiàn)表6。

3.3 碳化深度值

回彈測(cè)量完畢后，進(jìn)行各測(cè)區(qū)的碳化深度測(cè)量，本試驗(yàn)共測(cè)量9個(gè)測(cè)點(diǎn)，具體結(jié)構(gòu)混凝土碳化深度測(cè)量值，見(jiàn)表7。

表6 澆筑表面回彈修正值

表7 測(cè)區(qū)碳化深度測(cè)定值dm

3.4 混凝土強(qiáng)度換算值

表8 混凝土強(qiáng)度換算值 MPa

按規(guī)程規(guī)定，當(dāng)測(cè)區(qū)數(shù)大于10個(gè)以上的時(shí)，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算。本試驗(yàn)測(cè)區(qū)有18個(gè)，強(qiáng)度平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式，按公式(3)和公式(4)進(jìn)行計(jì)算。

。

(3)

。

(4)

3.4 不同后齡期混凝土強(qiáng)度的變化規(guī)律

混凝土在28 d的養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后其強(qiáng)度的變化值，見(jiàn)表9。

表9 不同后養(yǎng)護(hù)期混凝土強(qiáng)度換算值

以養(yǎng)護(hù)齡期作為X軸，強(qiáng)度換算值為Y軸，建立直角坐標(biāo)系，各測(cè)區(qū)結(jié)構(gòu)混凝土在其養(yǎng)護(hù)時(shí)間下，其強(qiáng)度換算值散點(diǎn)趨勢(shì)，如圖1所示。

圖1 后28 d混凝土強(qiáng)度換算散點(diǎn)圖

根據(jù)散點(diǎn)圖，利用EXCEL軟件內(nèi)的數(shù)據(jù)分析功能，對(duì)有典型趨勢(shì)的28～80 d強(qiáng)度換算值進(jìn)行回歸分析，采用線性分析、對(duì)數(shù)分析、乘冪分析、多項(xiàng)式分析等分析方法[6]，擬合結(jié)果如圖2～圖5所示。

圖2 線性分析

圖3 對(duì)數(shù)分析

圖4 乘冪分析

圖5 多項(xiàng)式分析

從上述的分析方法可知，最符合散點(diǎn)圖分布趨勢(shì)的應(yīng)該是多項(xiàng)式分析方法，后28 d強(qiáng)度換算值與養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系公式，選擇公式(5)。

Y=-0.001 7X2+0.297 7X+8.511 6。

(5)

式中：X為后28 d養(yǎng)護(hù)齡期，d；Y為強(qiáng)度換算值，MPa。

3.6 影響后齡期強(qiáng)度換算值的因素分析

本試驗(yàn)采用回彈儀來(lái)測(cè)定28 d后混凝土的回彈模量，而后根據(jù)混凝土表面的碳化深度來(lái)?yè)Q算混凝土的強(qiáng)度值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于正在施工中的學(xué)生公寓內(nèi)的樓面結(jié)構(gòu)混凝土。因此影響回彈模量和碳化深度的因素比較多樣化，根據(jù)國(guó)內(nèi)的研究表明[7]，主要影響因素還是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

3.6.1 原材料

本次試驗(yàn)針對(duì)的是同一種標(biāo)號(hào)的同一廠家生產(chǎn)的水泥，沒(méi)有對(duì)不同標(biāo)號(hào)和種類(lèi)的水泥進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，但根據(jù)國(guó)內(nèi)研究表明，普通水泥、礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥等常用水泥對(duì)混凝土回彈模量的測(cè)定都沒(méi)有什么顯著的影響，其影響主要是體現(xiàn)在碳化深度上面。本試驗(yàn)采用了碳化深度作為換算的條件，因此不考慮水泥種類(lèi)和強(qiáng)度的影響。

對(duì)于混凝土中的粗骨料，其強(qiáng)度符合要求，符合篩分曲線的石子粒徑，無(wú)論是哪種品質(zhì)的石子，基本上對(duì)回彈模量沒(méi)有什么影響，這在國(guó)內(nèi)的研究已經(jīng)成定論[8]。但粗骨料的最大粒徑也不能太大，應(yīng)符合國(guó)家規(guī)范的要求，否則會(huì)影響回彈模量的取用值。對(duì)于混凝土中的細(xì)骨料，只要是符合國(guó)家的采用標(biāo)準(zhǔn)，基本對(duì)混凝土的回彈強(qiáng)度沒(méi)有影響。外添加劑為普通的高效減水劑，也對(duì)回彈測(cè)強(qiáng)沒(méi)有顯著的影響[7]。

3.6.2 結(jié)構(gòu)混凝土的齡期

混凝土在0～28 d的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)，0～14 d的時(shí)間段由于水泥水化熱的作用，結(jié)構(gòu)混凝土基本沒(méi)有硬化，但其強(qiáng)度增加很快，此階段不能進(jìn)行回彈強(qiáng)度的測(cè)定。21 d后混凝土已經(jīng)基本硬化，其表面出現(xiàn)明顯的碳化現(xiàn)象，對(duì)測(cè)定回彈值會(huì)產(chǎn)生一定的影響[7]。28～80 d混凝土的強(qiáng)度已經(jīng)形成，其表面的碳化深度也趨于一致，此階段后比較適合用回彈儀來(lái)測(cè)定強(qiáng)度值。80 d后混凝土強(qiáng)度基本沒(méi)有什么變化，但是其碳化深度在逐步加深，對(duì)測(cè)定的結(jié)果影響較大。

3.6.3 成型的方法

混凝土成型的方法分成兩種，一種為機(jī)械振搗工藝成型，另一種為人工振搗工藝成型。研究表明，混凝土經(jīng)過(guò)密實(shí)成型后，人工插搗成型與機(jī)械振動(dòng)成型的混凝土回彈法測(cè)強(qiáng)曲線非常接近，因此制定回彈測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)不必考慮成型方法的影響。但是如果采用別的成型技術(shù)，如離心法等，需要做進(jìn)一步的試驗(yàn)研究方可使用，否則會(huì)帶來(lái)較大的誤差[9]。

3.6.4 養(yǎng)護(hù)條件

本試驗(yàn)是在一座在建的學(xué)生公寓中進(jìn)行的，混凝土的養(yǎng)護(hù)條件不屬于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件，而是屬于自然養(yǎng)護(hù)條件，自然養(yǎng)護(hù)條件與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件最主要就表現(xiàn)在溫度和濕度的影響不同。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)采用濕養(yǎng)護(hù)，以在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)連續(xù)保持濕潤(rùn)狀態(tài)，混凝土強(qiáng)度值在齡期內(nèi)隨濕度增高而增長(zhǎng)[10]。自然養(yǎng)護(hù)條件下，混凝土因?yàn)槭畷?huì)造成水泥水化熱不充分，后期的強(qiáng)度增加比較緩慢，甚至還會(huì)出現(xiàn)倒退的現(xiàn)象。濕度太大或在水中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，與干燥的狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)相比，其早期或后期的強(qiáng)度都要高，但由于表面濕度的影響，硬度會(huì)被水軟化，其回彈測(cè)定值反而有所降低。有研究表明，養(yǎng)護(hù)方法對(duì)混凝土的強(qiáng)度形成有較大的影響[11-12]。

3.6.5 模板的性能

模板的影響主要體現(xiàn)在模板的吸水性能上，木模板會(huì)吸收混凝土表面上的水分，改變混凝土表面的水灰比，使混凝土表面的硬度增大，其實(shí)混凝土的內(nèi)部強(qiáng)度并沒(méi)有達(dá)到表面的強(qiáng)度值，影響了回彈模量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通常采用鋼模，并在鋼模的內(nèi)壁涂以少量礦物油輔助脫模，這種方法能盡量保證強(qiáng)度測(cè)定的準(zhǔn)確性。

3.6.6 施測(cè)的位置

測(cè)區(qū)的表面應(yīng)為混凝土原漿面，應(yīng)清潔、平整，不應(yīng)有疏松層、浮漿、油垢、涂層以及蜂窩、麻面。本試驗(yàn)在施工中的樓面上進(jìn)行，選擇測(cè)區(qū)的位置都有一定的代表性，避開(kāi)梁、柱的位置，避開(kāi)鋼筋的位置，測(cè)量時(shí)將測(cè)點(diǎn)位置的表面泥灰清掃干凈，選擇沒(méi)有氣孔和外露石子的平整測(cè)點(diǎn)，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的距離控制在2 m以上。

4 結(jié) 論

在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期過(guò)后，結(jié)構(gòu)混凝土由于內(nèi)部水化熱的持續(xù)，其強(qiáng)度依然會(huì)緩慢提升，當(dāng)齡期到80 d左右時(shí)，強(qiáng)度達(dá)到最大值，比28 d的強(qiáng)度大

約可以提高20%～30%。

在齡期80 d之后，由于結(jié)構(gòu)混凝土表面的碳化原因，其碳化修正值略高，強(qiáng)度換算值反而有所降低，100 d后強(qiáng)度換算值趨于一定值。

結(jié)構(gòu)混凝土在自然條件下養(yǎng)護(hù)28～80 d，采用線性分析、對(duì)數(shù)分析、乘冪分析、多項(xiàng)式分析對(duì)其強(qiáng)度換算值的變化規(guī)律與齡期的關(guān)系進(jìn)行擬合，對(duì)比擬合結(jié)果，最終確定其關(guān)系可采用多項(xiàng)式公式：Y=-0.001 7X2+0.297 7X+8.511 6來(lái)表示。

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