王大勇

（1. 廊坊市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，河北 廊坊 065000；2. 廊坊市陽光建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

回彈法因其測量工具攜帶方便、操作簡捷而成為工程結(jié)構(gòu)混凝土強度質(zhì)量控制的重要手段。由于我國地域廣闊，各地區(qū)混凝土原材料、施工工藝、養(yǎng)護(hù)以及外界環(huán)境等因素存在差異，導(dǎo)致在應(yīng)用 JGJ/T 23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》（以下簡稱“回彈規(guī)程”）中泵送混凝土國家統(tǒng)一測強曲線時，回彈法檢測結(jié)果存在普遍偏低的現(xiàn)象。為提高回彈法檢測精度，國內(nèi)部分地區(qū)建立了適合本地區(qū)混凝土特點的專用或地區(qū)測強曲線[1-2]。從現(xiàn)有研究來看，上述研究成果適用于正常環(huán)境下成型結(jié)構(gòu)實體泵送混凝土抗壓強度現(xiàn)場檢測，但未涉及特殊情況下，如寒冷地區(qū)負(fù)溫環(huán)境泵送混凝土澆筑成型結(jié)構(gòu)實體混凝土抗壓強度的推定。

回彈法測強曲線制定時，普遍以同條件養(yǎng)護(hù)或自然養(yǎng)護(hù)立方體試塊為研究對象，而立方體試塊所處空間位置、環(huán)境等較難準(zhǔn)確模擬并反應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件在尺寸效應(yīng)以及應(yīng)力應(yīng)變、凍融、風(fēng)場速度、負(fù)溫、濕度梯度等場環(huán)境影響下的實體混凝土強度；同時負(fù)溫環(huán)境下的立方體試塊與結(jié)構(gòu)實體混凝土測試面受模板類型、拆模時機(jī)以及所處空間環(huán)境的綜合影響，會造成二者測試面硬度劣化程度不同步，致使后期擬合的回彈測強曲線檢測精度存在差異。因而造成以立方體試塊抗壓強度為基準(zhǔn)的、以混凝土測試面硬度來反映其強度質(zhì)量的回彈法間接檢測技術(shù)，在采用由試驗數(shù)據(jù)回歸擬合測強曲線來計算得到的測區(qū)混凝土換算強度，不能真實反映結(jié)構(gòu)實體混凝土的實際強度。

試驗采用本地區(qū)常用原材料與混凝土配合比，在冬季負(fù)溫環(huán)境中，采取泵送復(fù)摻粉煤灰礦粉混凝土澆筑成型足尺結(jié)構(gòu)實體試驗?zāi)Ｐ?，在?guī)定齡期對試驗用墻體混凝土進(jìn)行測區(qū)回彈值及相應(yīng)測區(qū)碳化深度測量，后在相應(yīng)回彈測區(qū)鉆取直徑 100mm 芯樣測試混凝土抗壓強度，以芯樣試件抗壓強度替代常規(guī)立方體試塊抗壓強度。在試驗數(shù)據(jù)有效性分析后，按最小二乘法原理回歸得到回彈法檢測冬季負(fù)溫施工泵送商品混凝土測強曲線，并與國家統(tǒng)一測強曲線比較，同時分析測區(qū)混凝土碳化深度取值規(guī)則對擬合測強曲線誤差的影響，探討標(biāo)稱能量為 2.207J 中型回彈儀檢測泵送混凝土長齡期實體芯樣高強度區(qū)段的適用性，以及在長齡期實體芯樣混凝土高強度區(qū)段中對擬合測強曲線的修正問題。

1 試驗設(shè)計

1.1 原材料及混凝土配合比

水泥（C）為北京立馬 42.5 級普通硅酸鹽水泥，礦粉（SA）為唐山三水產(chǎn) S95 級，粉煤灰（FA）為天津市薊縣協(xié)合粉煤灰加工廠生產(chǎn) Ⅱ 級標(biāo)準(zhǔn)灰，細(xì)骨料（S）為涿州中砂，粗骨料（G）為三河 5～25mm 粒徑碎石，減水劑（JF）為北京方興 JF-9 型高效泵送防凍減水劑，拌合用水（W）為當(dāng)?shù)刈詠硭?。試驗?C20、C30、C50、C60 四個強度等級的混凝土配合比見表 1。

表 1 試驗混凝土配合比 kg/m3

1.2 足尺結(jié)構(gòu)實體試驗?zāi)Ｐ?/h3>

在確定室外日均環(huán)境溫度連續(xù) 5d 穩(wěn)定低于 0℃ ，即華北地區(qū)嚴(yán)冬季節(jié)，采用生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定且應(yīng)用量較大的大型商品混凝土攪拌站提供的常用混凝土配合比泵送澆筑 C20、C30、C50、C60 強度等級的足尺結(jié)構(gòu)實體試驗?zāi)Ｐ透?1 個，試驗?zāi)Ｐ图艾F(xiàn)場試驗情況見圖 1。

圖 1 足尺結(jié)構(gòu)實體試驗?zāi)Ｐ图霸囼灛F(xiàn)場

結(jié)構(gòu)混凝土施工與養(yǎng)護(hù)按 JGJ 104—2011《建筑工程冬期施工規(guī)程》與 GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》實施。足尺結(jié)構(gòu)實體試驗?zāi)Ｐ蛪w與樓板按構(gòu)造配筋，墻體厚度 200mm。泵送混凝土澆筑成型后，保溫覆蓋養(yǎng)護(hù)至 28d 齡期，后裸置備用。

1.3 測試方法

在足尺結(jié)構(gòu)實體試驗?zāi)Ｐ偷脑囼炗脡w側(cè)面沿高度方向布設(shè) 200mm 200mm 測區(qū)，當(dāng)齡期為 28d、60d、90d、120d、150d、360d、2y、3y 時，選擇試驗現(xiàn)場溫度處于標(biāo)稱能量 2.207J 中型回彈儀工作溫度 -4～40℃范圍時進(jìn)行回彈測試與混凝土碳化深度測量，并在對應(yīng)回彈測區(qū)混凝土中鉆取直徑 100mm 芯樣。芯樣加工成標(biāo)準(zhǔn)試件后，由壓力機(jī)進(jìn)行混凝土力學(xué)性能試驗。試驗用儀器設(shè)備均在計量檢定校準(zhǔn)有效期內(nèi)，數(shù)據(jù)測試按現(xiàn)行規(guī)程執(zhí)行[3,4]。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 不同環(huán)境泵送成型結(jié)構(gòu)實體混凝土抗壓強度比較

正常環(huán)境溫度與冬季負(fù)溫環(huán)境泵送混凝土剪力墻實體抗壓強度隨齡期的變化[5,6]見圖 2。由圖 2 知，任何環(huán)境下泵送施工的摻合料混凝土均表現(xiàn)出隨混凝土強度等級提高，由芯樣抗壓強度表征的結(jié)構(gòu)實體混凝土抗壓強度均隨齡期呈自然對數(shù)增長趨勢；相同強度等級混凝土在相同齡期時，正常環(huán)境溫度較冬季負(fù)溫環(huán)境下成型的實體混凝土抗壓強度顯著偏高，這表明外界環(huán)境溫度對澆筑成型后混凝土的硬化歷程或強度形成過程影響較大。

2.2 與泵送混凝土國家統(tǒng)一回彈測強曲線的比較

式 (1) 為現(xiàn)行回彈規(guī)程中泵送混凝土國家統(tǒng)一測強曲線。

式中：

fccu,i——第i個測區(qū)混凝土抗壓強度換算值，精確至 0.1MPa；

Rm,i——第i個測區(qū)回彈值，MPa；

dm,i——第i個測區(qū)平均碳化深度值，精確至 0.5mm

圖 2 不同環(huán)境成型剪力墻混凝土強度與齡期的關(guān)系

圖 3 芯樣混凝土抗壓強度與混凝土換算強度比較

經(jīng)對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得到回彈法國家統(tǒng)一測強曲線的平均相對誤差δ為±21.7%，相對標(biāo)準(zhǔn)差er為25.7%，其值均明顯低于現(xiàn)行回彈規(guī)程中對于地區(qū)測強曲線要求的平均相對誤差δ不應(yīng)大于 ±14.0% 且相對標(biāo)準(zhǔn)差er不應(yīng)大于 17.0%、專用測強曲線要求其平均相對誤差δ不應(yīng)大于 ±12.0% 且相對標(biāo)準(zhǔn)差er不應(yīng)大于14.0% 的規(guī)定。這表明，采用回彈法原位檢測冬季負(fù)溫泵送復(fù)摻粉煤灰礦粉混凝土結(jié)構(gòu)實體抗壓強度時，按現(xiàn)行回彈規(guī)程中泵送混凝土國家統(tǒng)一測強曲線（式 (1)）計算得到的混凝土換算強度低于結(jié)構(gòu)實體芯樣混凝土抗壓強度，檢測精度明顯偏低，這會影響正確評價該工況下的結(jié)構(gòu)實體混凝土抗壓強度，因此有必要建立回彈法檢測冬季負(fù)溫泵送復(fù)摻粉煤灰礦粉混凝土結(jié)構(gòu)實體抗壓強度測強曲線。文中平均相對誤差δ與強度相對標(biāo)準(zhǔn)差er按式 (2)、(3) 計算，式中符號涵義同現(xiàn)行回彈規(guī)程。

2.3 回彈法檢測冬季負(fù)溫泵送商品混凝土測強曲線

2.3.1 試驗數(shù)據(jù)有效性分析

圖 4 為按 GB/T 4883—2008《數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理和解釋 正態(tài)樣本離群值的判斷和處理》中 Grubbs 檢驗法對粗大誤差試驗數(shù)據(jù)剔除后的芯樣混凝土抗壓強度與測區(qū)回彈值的關(guān)系。由圖 4 可知，測區(qū)回彈值與其相應(yīng)測區(qū)混凝土中的芯樣抗壓強度具有顯著的相關(guān)性。

圖 4 芯樣混凝土抗壓強度與測區(qū)回彈值關(guān)系

2.3.2 回彈法測強曲線建模

回彈法檢測冬季負(fù)溫泵送商品混凝土實體測強曲線數(shù)學(xué)模型選取僅含有測區(qū)回彈值參數(shù)的冪函數(shù)和同時含有測區(qū)回彈值及相應(yīng)碳化深度參數(shù)的復(fù)合冪指數(shù)函數(shù)兩種形式。其中，采用復(fù)合冪指數(shù)函數(shù)形式回歸擬合前，對測區(qū)碳化深度取值制定如下規(guī)則，其中規(guī)則 ② 的測區(qū)碳化深度取值與現(xiàn)行回彈規(guī)程一致：

規(guī)則 ①：取測區(qū)碳化深度實測值

規(guī)則 ②：當(dāng)測區(qū)碳化深度≥6.0mm 時，取 6.0mm

規(guī)則 ③：當(dāng)測區(qū)碳化深度≥8.0mm 時，取 8.0mm

規(guī)則 ④：當(dāng)測區(qū)碳化深度≥10.0mm 時，取 10.0m

據(jù)最小二乘法原理，對 309 組有效試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，經(jīng)回歸得到的回彈法檢測冬季負(fù)溫泵送商品混凝土測強曲線及其相應(yīng)相關(guān)系數(shù)r、平均相對誤差δ及相對標(biāo)準(zhǔn)差er統(tǒng)計結(jié)果見表 2。由表 2 知：（1）各回歸測強曲線的相關(guān)系數(shù)均在0.9 左右，這表明所選擇的因變量與自變量參數(shù)間的相關(guān)程度極高；（2）測區(qū)混凝土碳化深度取值規(guī)則對回歸測強曲線誤差統(tǒng)計結(jié)果存在一定程度的影響；（3）按規(guī)則 ① 取測區(qū)混凝土碳化深度實測值時，得到的回歸測強曲線平均相對誤差δ為 ±13.5%，相對標(biāo)準(zhǔn)差er為 16.9%，均滿足現(xiàn)行回彈規(guī)程中對地區(qū)測強曲線的誤差技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定。初步選取式 (4) 為回彈法檢測冬季負(fù)溫泵送復(fù)摻粉煤灰礦粉混凝土實體測強曲線。

表 2 回歸測強曲線及其相關(guān)統(tǒng)計量

2.3.3 測區(qū)碳化深度對回歸測強曲線誤差的影響

圖 5 為測區(qū)混凝土碳化深度與其對應(yīng)測區(qū)回彈值、芯樣抗壓強度的關(guān)系。從圖 5 可直觀地看出，隨混凝土強度的增大，測區(qū)碳化深度值大部分呈減小趨勢；碳化深度對混凝土測試面硬度（回彈值）有一定程度影響，但規(guī)律不明顯，這可能是表 2 中冪函數(shù)回歸曲線與復(fù)合冪指數(shù)曲線的誤差統(tǒng)計結(jié)果相差不大的緣故。

圖 5 測區(qū)碳化深度與回彈值、芯樣混凝土抗壓強度關(guān)系

表 3 是對試驗混凝土碳化深度超過 6.0mm 的樣本數(shù)量及所占比例情況的統(tǒng)計。由表 3 知，測區(qū)碳化深度超過 6.0mm 的樣本數(shù)量占總體的比例為 28.5%，測區(qū)碳化深度超過 8.0mm 的樣本數(shù)量占總體的比例僅為9.4%。對試驗混凝土而言，測區(qū)混凝土高碳化深度值樣本所占比例較小，故在擬合用數(shù)學(xué)模型中引入碳化深度參數(shù)以及采取測區(qū)碳化深度取值規(guī)則的措施均不能有效提高回歸測強曲線的誤差統(tǒng)計指標(biāo)，這與表 2 中各個含碳化深度參數(shù)回歸測強曲線的誤差統(tǒng)計數(shù)值變化幅度較小的結(jié)果一致。

2.3.4 中型回彈儀在芯樣混凝土高強度區(qū)段的適用性檢驗

試驗用復(fù)摻粉煤灰礦粉混凝土泵送成型的結(jié)構(gòu)實體混凝土后期抗壓強度較高，試驗數(shù)據(jù)表明齡期 3y時 C60 強度等級足尺模型剪力墻混凝土中芯樣抗壓強度最高達(dá) 95MPa，強度增幅達(dá)到其強度等級標(biāo)準(zhǔn)值的159%。由于現(xiàn)行回彈規(guī)程提供的標(biāo)稱能量 2.207J 中型回彈儀對普通混凝土抗壓強度的適用區(qū)間為 10.0～60.0MPa，因此有必要采用本試驗數(shù)據(jù)，探討中型回彈儀在芯樣高強度區(qū)段（60～95MPa）的適用性。

本文回歸測強曲線（式 (4)）在芯樣混凝土高強度區(qū)段的誤差統(tǒng)計結(jié)果見表 4。由表 4 知：（1）在芯樣強度 90.0～95.5MPa 區(qū)段內(nèi)的樣本數(shù)量偏少；（2）本文回歸測強曲線（式 (4)）在芯樣混凝土高強度區(qū)段的統(tǒng)計量：平均相對誤差與相對標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值均達(dá)到地區(qū)測強曲線的誤差技術(shù)指標(biāo)規(guī)定，這表明中型回彈儀適用于長齡期時由本試驗所配制的強度等級混凝土泵送澆筑的結(jié)構(gòu)實體混凝土中芯樣抗壓強度 95MPa 以內(nèi)的結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強度檢測。

表 3 測區(qū)混凝土碳化深度分布

表 4 實體混凝土芯樣高強度區(qū)段誤差統(tǒng)計

2.3.5 擬合曲線在芯樣混凝土高強度區(qū)段的修正

圖 6 為由本文回歸測強曲線（式 (4)）計算得到的測區(qū)混凝土換算強度與相應(yīng)芯樣抗壓強度的關(guān)系。由圖6 知，大部分?jǐn)?shù)據(jù)散點在 y=x 線附近的分布較為分散。

考慮中型回彈儀在芯樣混凝土 60～95MPa 高強度區(qū)段檢測結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強度的準(zhǔn)確性與穩(wěn)健性，據(jù)最小二乘法原理采用線性數(shù)學(xué)模型對本文回歸測強曲線（式 (4)）進(jìn)行修正。經(jīng)回歸擬合得到最優(yōu)線性修正公式見式 (5)，經(jīng)修正后的測強曲線誤差統(tǒng)計結(jié)果見表4，修正前后的測區(qū)混凝土換算強度與相應(yīng)芯樣抗壓強度的比較見圖 6。

由圖 6 知，修正后較修正前，有更多的數(shù)據(jù)散點較緊湊的圍繞在 y=x 線附近。由表 4 知，從誤差統(tǒng)計數(shù)值上可以看到，在 60.0～89.9MPa 強度區(qū)段的混凝土強度平均相對誤差δ與相對標(biāo)準(zhǔn)差er：修正后較修正前的誤差統(tǒng)計指標(biāo)有顯著提高；除 90.0～95.5MPa 強度區(qū)段誤差有所增加外，其他強度區(qū)段誤差統(tǒng)計值均達(dá)到現(xiàn)行回彈規(guī)程中專用測強曲線誤差技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定。

圖 6 芯樣抗壓強度與測區(qū)混凝土換算強度關(guān)系

2.3.6 冬季負(fù)溫泵送混凝土回彈法測強曲線選擇

本文所建立的回彈法檢測冬季負(fù)溫泵送復(fù)摻粉煤灰礦粉混凝土實體測強曲線見式 (6)，該式適用于齡期28d～3y、混凝土配制強度等級 C20～C60 的冬季負(fù)溫泵送復(fù)摻粉煤灰礦粉混凝土澆筑成型的結(jié)構(gòu)實體混凝土抗壓強度檢測，式中f ccu,i,o按式 (4) 計算測區(qū)混凝土換算強度值，精確至 0.1MPa。

2.4 回彈法測強曲線整體效果檢驗

本文回彈法檢測冬季負(fù)溫泵送復(fù)摻粉煤灰礦粉混凝土測強曲線（式 (6)）與芯樣抗壓強度的比較見圖 7。在圖 7 中，強度數(shù)據(jù)散點分布具有隨機(jī)性且基本均勻分布在 y=x 線兩側(cè)。

圖 7 本文曲線混凝土換算強度與芯樣抗壓強度比較

3 結(jié)論

（1）通過在足尺結(jié)構(gòu)實體試驗?zāi)Ｐ蛪w側(cè)面進(jìn)行測區(qū)回彈值、碳化深度值測量以及芯樣抗壓強度測試，系統(tǒng)研建了基于結(jié)構(gòu)實體標(biāo)準(zhǔn)芯樣抗壓強度的回彈法檢測冬季負(fù)溫泵送商品混凝土測強曲線，該測強曲線具有足夠的檢測精度，適用于冬季負(fù)溫泵送施工復(fù)摻粉煤灰礦粉混凝土結(jié)構(gòu)實體強度檢測，可供工程結(jié)構(gòu)實體混凝土強度質(zhì)量檢測與控制參考。

（2）擬合測強曲線誤差統(tǒng)計結(jié)果表明，標(biāo)稱能量為 2.207J 的中型回彈儀可用于長齡期中高強度等級泵送混凝土成型的結(jié)構(gòu)混凝土中芯樣強度 90MPa 內(nèi)的實體混凝土抗壓強度檢測，拓展了中型回彈儀檢測混凝土抗壓強度的范圍。

（3）在結(jié)構(gòu)實體芯樣混凝土高強度區(qū)段，采用線性數(shù)學(xué)模型對回歸測強曲線修正，經(jīng)修正后的測強曲線誤差技術(shù)指標(biāo)有顯著提高，達(dá)到專用測強曲線規(guī)定要求，提高了對結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強度的檢測精度與穩(wěn)健性，可供試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計與處理參考。