梁凱軒，王 睿，鄧祥輝，毛寶地

(1.西安工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，西安 710021；2.中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，西安 710065)

我國幅員遼闊，氣候差異很大，高寒地區(qū)分布廣泛，包括西藏自治區(qū)全部和青海省、新疆維吾爾族自治區(qū)、甘肅省、四川省、云南省的部分，這些地區(qū)海拔高，氣壓低、常年低溫，晝夜溫差大，降水量少。由于其特殊的地理位置以及氣候條件，導(dǎo)致新拌混凝土和易性變差、混凝土強(qiáng)度及耐久性降低，對混凝土工作性能產(chǎn)生較大且復(fù)雜的影響[1-2]。因此建立高寒地區(qū)混凝土超聲回彈綜合法測強(qiáng)曲線，對高寒地區(qū)混凝土相關(guān)工作具有重大的工程價值。

文獻(xiàn)[3]使用不同檢測方法對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測，結(jié)果表明超聲-回彈綜合法檢測精度較高。文獻(xiàn)[4]通過試驗，建立了信陽地區(qū)超聲回彈測強(qiáng)曲線，相比全國統(tǒng)一測強(qiáng)曲線精度更高。文獻(xiàn)[5]通過制備試塊，制定福州地區(qū)超聲回彈測強(qiáng)曲線，結(jié)果表明福州地區(qū)超聲回彈測強(qiáng)曲線的抗壓強(qiáng)度預(yù)測值較規(guī)范，誤差較小。

現(xiàn)行規(guī)范《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 02:2005)[6]中的混凝土全國測強(qiáng)曲線是由我國大部分地區(qū)提供的多組數(shù)據(jù)經(jīng)回歸分析得到的，具有廣泛的適用性。但對于高寒地區(qū)，由于復(fù)雜的氣候環(huán)境對混凝土性能的影響，現(xiàn)有的測強(qiáng)曲線預(yù)測結(jié)果誤差較大，精度不夠，不能較好的適用于高寒地區(qū)。針對高寒地區(qū)環(huán)境特征對混凝土性能的影響，文中通過摻入外加劑優(yōu)化高寒地區(qū)混凝土配合比，以保證混凝土的強(qiáng)度和耐久性，通過測試高寒地區(qū)混凝土基本物理力學(xué)指標(biāo)，建立高寒地區(qū)混凝土超聲回彈綜合法地區(qū)測強(qiáng)曲線，并對其進(jìn)行驗證，為高寒地區(qū)混凝土強(qiáng)度預(yù)測提供參考。

1 高寒混凝土試驗

1.1 高寒混凝土配合比設(shè)計

本試驗地點為甘肅省甘南藏族自治州夏河縣，海拔約2 800 m，氣候為寒冷濕潤類型，年平均氣溫2.6 ℃，年均降水量516 mm，年均無霜期56 d，屬高海拔寒冷地區(qū)。試驗擬配制C50混凝土，水泥選用祁連山牌P·O 52.5硅酸鹽水泥；粗骨料采用礦山碎石，粒徑為5～20 mm，級配良好；細(xì)骨料采用河砂，為中粗砂。根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ 55-2011)[7]得到C50高寒普通混凝土配合比(代號P)，見表1。

表1 高寒地區(qū)混凝土配合比

1.2 試驗結(jié)果

制備試塊進(jìn)行力學(xué)試驗和凍融循環(huán)試驗，制備過程中混凝土黏聚性、流動性較差；28 d強(qiáng)度僅為30.4 MPa，未達(dá)到設(shè)計要求；75次凍融循環(huán)后混凝土開裂破壞，不能滿足抗凍耐久性要求。結(jié)合高寒地區(qū)混凝土配合比優(yōu)化的現(xiàn)有研究成果[8]，通過加入外加劑并反復(fù)試驗，得到高寒減水混凝土(代號J)和高寒引氣減水混凝土(代號YJ)，具體配合比見表1。

表2 高寒混凝土試驗結(jié)果統(tǒng)計

2 高寒混凝土強(qiáng)度預(yù)測

超聲回彈綜合法是一種成熟可靠的混凝土無損檢測方法，可充分發(fā)揮回彈法以及聲波法兩者各自的優(yōu)勢，有效提高混凝土強(qiáng)度檢測精度，在混凝土強(qiáng)度檢測應(yīng)用比較廣泛[10-12]。故在高寒混凝土強(qiáng)度預(yù)測中仍采用超聲回彈綜合法。

2.1 現(xiàn)行規(guī)范下高寒混凝土強(qiáng)度預(yù)測

粗骨料為碎石時，現(xiàn)行規(guī)范《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 02:2005)中給出的混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)測公式為

(1)

相對誤差為

(2)

將表1中2種混凝土試塊的聲波波速和回彈值代入預(yù)測公式，得到基于現(xiàn)行規(guī)范的高寒地區(qū)混凝土強(qiáng)度預(yù)測值。規(guī)范預(yù)測強(qiáng)度值與實測強(qiáng)度值進(jìn)行對比，并計算相對誤差，可得高寒減水混凝土強(qiáng)度預(yù)測的相對誤差平均值為36.6%；高寒引氣減水混凝土強(qiáng)度預(yù)測的相對誤差平均值為33.9%。

根據(jù)《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 02:2005)可知，當(dāng)相對誤差>15%時，國家測強(qiáng)曲線不適用于該地區(qū)混凝土的強(qiáng)度預(yù)測。因此，提出一個可用來準(zhǔn)確預(yù)測高寒混凝土抗壓強(qiáng)度的新模型是非常有必要的。

2.2 高寒混凝土超聲回彈綜合法測強(qiáng)曲線的建立與分析

《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 23-2011)[13]中推薦的5種回歸函數(shù)關(guān)系式見表3。

表3 回歸函數(shù)關(guān)系式

根據(jù)表1中2種高寒混凝土的回彈值、聲速值和混凝土的單軸抗壓強(qiáng)度，運用SPSS軟件進(jìn)行回歸分析，擬合出適用于高寒地區(qū)混凝土強(qiáng)度預(yù)測的5種聲波-回彈-強(qiáng)度函數(shù)關(guān)系，并分別計算相關(guān)性系數(shù)和相對誤差平均值，具體結(jié)果見表4～5。

由表4～5可知，高寒減水混凝土和高寒引氣減水混凝土的5種預(yù)測模型相對誤差均≤15%，且相關(guān)性系數(shù)均大于0.75，擬合度較高，且滿足規(guī)范《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 02:2005)中的相關(guān)要求，擬合方程可信。

高寒減水混凝土和高寒引氣減水混凝土的5種預(yù)測模型較現(xiàn)行規(guī)范推薦的式(1)能更好的用于高寒地區(qū)混凝土強(qiáng)度的預(yù)測。綜合考慮相關(guān)性系數(shù)和相對誤差，結(jié)合規(guī)范推薦的測強(qiáng)曲線推薦方程，提出高寒減水混凝土和高寒引氣減水混凝土強(qiáng)度預(yù)測模型均為冪函數(shù)方程，分別為

(3)

(4)

表5 高寒引氣減水混凝土強(qiáng)度預(yù)測函數(shù)擬合結(jié)果

3 高寒混凝土超聲回彈測強(qiáng)曲線驗證

將表6～7中的試塊抗壓強(qiáng)度預(yù)測值與抗壓強(qiáng)度實測值進(jìn)行比較分析,結(jié)果表明：高寒減水混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)測值的平均相對誤差為3.13%；高寒引氣減水混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)測值的平均相對誤差為2.78%，均遠(yuǎn)小于《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 02：2005)中的要求，說明所建立的高寒混凝土超聲回彈綜合法測強(qiáng)曲線具有較高的可靠性。

表6 高寒減水混凝土強(qiáng)度預(yù)測驗證分析

表7 高寒引氣減水混凝土強(qiáng)度預(yù)測驗證分析

4 結(jié) 論

為了建立高寒地區(qū)混凝土超聲回彈綜合法測強(qiáng)曲線，制作了2種配合比的立方體試塊，進(jìn)行相應(yīng)的試驗及數(shù)據(jù)擬合，得出以下結(jié)論：

1) 根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計了高寒普通混凝土配合比，并根據(jù)高海拔寒冷地區(qū)的環(huán)境特征通過引入外加劑、調(diào)整水灰比可保障混凝土的強(qiáng)度及耐久性，可得到高寒減水混凝土和高寒引氣減水混凝土的配合比。

2) 針對高寒地區(qū)氣候環(huán)境特征，通過測試高寒減水混凝土和高寒引氣減水混凝土的基本物理力學(xué)指標(biāo)，提出了高寒減水混凝土和高寒引氣減水混凝土超聲回彈綜合法強(qiáng)度預(yù)測模型，并對其可靠性進(jìn)行了驗證，為高寒地區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度預(yù)測提供可靠的依據(jù)。