王 明 王曉宣 李志強(qiáng)

(河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

0 引 言

混凝土作為一種人工材料至今誕生已經(jīng)有上百年的歷史了，其重要性也更加突顯.目前無(wú)論什么類型建筑的施工都離不開(kāi)混凝土的參與.所以保證混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量就顯得尤為重要.我們一般通過(guò)測(cè)量混凝土強(qiáng)度作為判別結(jié)構(gòu)質(zhì)量好壞的一種方法.同時(shí)對(duì)混凝土強(qiáng)度的檢驗(yàn)方式也有很多，目前根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的區(qū)分可以分為兩大類.首先是在結(jié)構(gòu)實(shí)體直接使用無(wú)損或者破損手段進(jìn)行檢測(cè)，比如使用回彈儀進(jìn)行強(qiáng)度推定、芯樣強(qiáng)度代表等方法.第二個(gè)就是借助壓力機(jī)對(duì)試塊進(jìn)行破壞性試驗(yàn)從而獲得抗壓強(qiáng)度，雖然混凝土試塊抗壓強(qiáng)度的測(cè)定操作非常簡(jiǎn)單方便，但是有些人認(rèn)為通過(guò)試塊抗壓強(qiáng)度代表對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度這種方法不是很認(rèn)可，程亮[1]認(rèn)為現(xiàn)場(chǎng)制作試塊時(shí)可能會(huì)使用到處于調(diào)試階段的混凝土，而且有些公司沒(méi)有雇傭?qū)ｉT(mén)負(fù)責(zé)的專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行試塊制作以及前期養(yǎng)護(hù)階段可能沒(méi)有按期灑水這些都會(huì)對(duì)最終的強(qiáng)度產(chǎn)生影響.因此究竟哪一種方法獲得的強(qiáng)度數(shù)據(jù)能夠更好的反應(yīng)其代表的構(gòu)件的實(shí)際真實(shí)強(qiáng)度，同時(shí)它們之間的差異是否顯著.

1 試塊強(qiáng)度

1.1 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度

標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度就是將試塊放置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件控制在20 ℃左右，溫度上下浮動(dòng)不得超過(guò)2 ℃.濕度控制在95%以上的條件下.僅僅通過(guò)以上標(biāo)養(yǎng)試塊的養(yǎng)護(hù)條件我們就能清楚地看出來(lái)：結(jié)構(gòu)實(shí)體與標(biāo)養(yǎng)試塊之間的差異.標(biāo)養(yǎng)試塊沒(méi)有經(jīng)過(guò)像實(shí)體結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程，比如混凝土的泵送澆筑，振搗成型以及模板的拆除，同時(shí)對(duì)于實(shí)際施工中各個(gè)構(gòu)件的受力狀態(tài)也無(wú)法進(jìn)行比對(duì).而這些都對(duì)最終成型的混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有著影響.試塊最終的強(qiáng)度數(shù)據(jù)僅僅是反映了我們用來(lái)施工的商品砼拌合物的質(zhì)量是否滿足了我們實(shí)際的施工需要.

1.2 同條件養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度

同條件指的就是將試塊放置于與結(jié)構(gòu)實(shí)體相同的養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù).這種方式相比標(biāo)養(yǎng)試塊因?yàn)榕c實(shí)體結(jié)構(gòu)之間不同因素相應(yīng)減少，所以使得同條件試塊更加可信.

2 試驗(yàn)方案

2.1 原材料

試驗(yàn)所用到的原材料都是取自當(dāng)?shù)仄毡槭褂玫牟牧?

(1)水泥.

實(shí)驗(yàn)室用PO42.5普通硅酸鹽水泥，其各項(xiàng)基本性質(zhì)都符合GB175-2007標(biāo)準(zhǔn)的要求.

(2)粗骨料.

試驗(yàn)使用的是由卵石破碎為粒徑5～25 mm的碎石作為粗骨料.

(3)細(xì)骨料.

試驗(yàn)采用的是河沙，其級(jí)配是Ⅱ區(qū)中砂.

(4)摻合料.

試驗(yàn)主要使用Ⅱ級(jí)粉煤灰.

(5)水.

試驗(yàn)使用當(dāng)?shù)氐某Ｓ玫娘嬘盟?

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.2.1 試件制作

該試驗(yàn)制作的結(jié)構(gòu)模型高度為2.00 m，寬度2.00 m，頂板與側(cè)墻的厚度分別為150 mm和200 mm.試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了C20、C30、C50和C60共四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，均采用自然養(yǎng)護(hù)方式(如圖1所示)，試驗(yàn)齡期為28～360 d,同時(shí)制作邊長(zhǎng)為150 mm的立方體試塊，試塊分為兩種養(yǎng)護(hù)方式：標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)以及同條件養(yǎng)護(hù).

圖1 混凝土足尺實(shí)體結(jié)構(gòu)模型

2.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

我們使用WHY-2000型壓力機(jī)，其作用是進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)而獲得試塊所代表的的抗壓強(qiáng)度.

我們使用鉆芯機(jī)鉆取結(jié)構(gòu)實(shí)體的芯樣，獲得的芯樣將會(huì)再切割、打磨等工序通過(guò)壓力機(jī)獲得芯樣抗壓強(qiáng)度值.

2.2.3 強(qiáng)度試驗(yàn)

本試驗(yàn)旨在進(jìn)行實(shí)體模型與試塊之間的強(qiáng)度差異.本次試驗(yàn)統(tǒng)一鉆取標(biāo)準(zhǔn)100 mm直徑的芯樣，各個(gè)等級(jí)模型在達(dá)到每個(gè)齡期后鉆取3個(gè)芯樣.其中芯樣強(qiáng)度值可以通過(guò)壓力機(jī)獲得的壓力值比上相應(yīng)的受壓截面積，這樣我們就能夠求得每個(gè)芯樣的抗壓強(qiáng)度.同樣地立方體試塊的強(qiáng)度也是通過(guò)以上的方法求得.

試驗(yàn)中的加載速度都按照規(guī)范要求進(jìn)行，其中試塊與芯樣的破壞形式幾乎都是呈典型的漏斗形式，這是我們最理想的狀態(tài).

3 試驗(yàn)分析

3.1 各種方法隨齡期增長(zhǎng)強(qiáng)度發(fā)展情況

從圖2到圖5四種強(qiáng)度下不同強(qiáng)度之間對(duì)比我們能夠很容易的得出結(jié)論：隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的推移，無(wú)論哪種方式測(cè)得的強(qiáng)度都是呈現(xiàn)出漸漸增長(zhǎng)的趨勢(shì).

圖2C20下三種強(qiáng)度對(duì)比圖3C50下三種強(qiáng)度對(duì)比

我們來(lái)看上面的四張圖，在標(biāo)養(yǎng)條件時(shí)強(qiáng)度變化趨勢(shì)線相對(duì)平緩，這說(shuō)明標(biāo)養(yǎng)情況下試塊強(qiáng)度后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢.其原因可能是標(biāo)養(yǎng)情況下，適宜的養(yǎng)護(hù)溫度能夠保證水化反應(yīng)的進(jìn)行，而過(guò)低的溫度使得水化這一化學(xué)反應(yīng)變緩甚至停止.同時(shí)水化離不開(kāi)水的參與，95%以上的濕度保證了水分的持續(xù)供給，以上兩個(gè)因素使得水化反應(yīng)能夠持續(xù)進(jìn)行，使得試塊的早期強(qiáng)度得以迅速增長(zhǎng)，試塊的強(qiáng)度能夠很快的達(dá)到材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，接下來(lái)的強(qiáng)度增長(zhǎng)便會(huì)放緩因此就呈現(xiàn)圖形所示的形狀.

圖4C30下三種強(qiáng)度對(duì)比圖5C60下三種強(qiáng)度對(duì)比

芯樣強(qiáng)度相比之下就變化很大，每段曲線斜率都比試塊的圖像要大.可能是存放同條件試塊的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為惡劣，大風(fēng)和高溫都會(huì)使得混凝土表面水分的迅速流失影響水化反應(yīng)的進(jìn)行，所以試塊強(qiáng)度增長(zhǎng)較為緩慢從而達(dá)到的強(qiáng)度較低.

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行同條件試塊的制作主要是有兩個(gè)目的：首先我們通過(guò)對(duì)同條件試塊的強(qiáng)度判斷混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到的實(shí)際強(qiáng)度.第二個(gè)就是檢測(cè)目前結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的百分之多少，從而得知結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否已經(jīng)滿足相關(guān)規(guī)范中的對(duì)支撐系統(tǒng)的拆除要求.如果實(shí)際過(guò)程中在為滿足強(qiáng)度要求的情況下提早進(jìn)行支撐系統(tǒng)的拆除，構(gòu)件下表面可能會(huì)因?yàn)閺?qiáng)度和剛度的不足產(chǎn)生裂縫.這對(duì)工程進(jìn)度、工程質(zhì)量以及材料周轉(zhuǎn)費(fèi)用都至關(guān)重要.

我們對(duì)單一強(qiáng)度條件下三種方式獲得的強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比研究.我們看到28天的養(yǎng)護(hù)階段下，同條件與混凝土結(jié)構(gòu)兩者的強(qiáng)度值非常接近，同時(shí)在60天以內(nèi)他們之間的強(qiáng)度差異并不明顯，但是自從60天的齡期以后兩者的強(qiáng)度開(kāi)始逐漸產(chǎn)生差異，實(shí)體結(jié)構(gòu)開(kāi)始高于同條件試塊，并且伴隨試驗(yàn)強(qiáng)度等級(jí)越高兩者之間的差異越大.同時(shí)我們?cè)?0天齡以下的實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)芯樣的強(qiáng)度還是不如標(biāo)養(yǎng)下的試塊數(shù)值.

對(duì)于試塊與結(jié)構(gòu)兩者之間的差異，我們首先排除粗細(xì)骨料以及配合比的影響，因?yàn)槭褂玫氖窍嗤脑线M(jìn)行的澆筑與制作.所以個(gè)人認(rèn)為應(yīng)該是材料中各種離子含量的因素產(chǎn)生的這樣差異.

水化反應(yīng)中需要用到3CaO·SiO2及C3AH6等礦物和Ca2+、OH-等離子.試塊由于本身尺寸的因素限制，所以試塊中的礦物和離子含量也會(huì)不如結(jié)構(gòu)實(shí)體.而且在水化反應(yīng)中3CaO·SiO2會(huì)參與早期的化學(xué)反應(yīng)，只有3CaO·SiO2不足時(shí)2CaO·SiO2便會(huì)參與水化，但是其反應(yīng)的速率不如3CaO·SiO2.而且結(jié)構(gòu)中的3CaO·SiO2含量肯定遠(yuǎn)超試塊，所以當(dāng)試塊消耗完3CaO·SiO2后，結(jié)構(gòu)實(shí)體仍然是3CaO·SiO2參加反應(yīng)，因此結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增長(zhǎng)開(kāi)始大于同條件試塊.對(duì)于標(biāo)養(yǎng)下的試塊強(qiáng)度高于實(shí)體可能是因?yàn)橐韵略蛟斐傻?很多施工現(xiàn)場(chǎng)在結(jié)構(gòu)完成模板拆除后便可能不會(huì)再進(jìn)行噴水濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，而其所處的自然環(huán)境的溫度與濕度都不利于水化反應(yīng)的高效進(jìn)行，而標(biāo)養(yǎng)下的良好條件都使得水化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，能夠很好地促進(jìn)強(qiáng)度增長(zhǎng).

4 結(jié) 論

我們通過(guò)前面的分析可以明顯的看出結(jié)構(gòu)實(shí)體同試塊得出的強(qiáng)度兩者之間還是存在著一定的差異.這種差異在28天齡期的時(shí)候我們可以基本忽略，所以實(shí)際情況下，我們可以使用試塊強(qiáng)度近似的等同于結(jié)構(gòu)實(shí)體的強(qiáng)度.但是一旦超過(guò)該齡期，試塊與結(jié)構(gòu)的差異還是很明顯的，因此個(gè)人認(rèn)為當(dāng)超過(guò)該齡期之后建議使用相應(yīng)的檢驗(yàn)方法直接檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)實(shí)體，力求檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性.