楊 坤，唐曉玲，李友彬，朱伯文

(1.貴州大學土木工程學院，貴州 貴陽 550028；2.貴州省水利科學研究院，貴州 貴陽 550000)

1 概述

堆石混凝土(Rock Filled Concrete，簡稱RFC)是由清華大學提出的一種新型大體積混凝土施工技術，該技術具有施工速度快、高強、耐久、造價低、水化熱溫升較低，溫控相對容易等優(yōu)點，因此得到了廣泛應用[1- 3]。但由于堆石混凝土粒徑過大，不同于常規(guī)混凝土，對其抗壓強度很難用常規(guī)的力學性能試驗檢測[4]。超聲回彈綜合法是一種無損檢測方法[5- 6]，該方法是建立在超聲波傳播速度和回彈值與混凝土抗壓強度之間相關關系的基礎上，分別利用回彈儀和超聲波檢測儀在結構混凝土同一被測區(qū)分別測量聲速值及回彈值，利用已建立起來的強度測試公式推算混凝土強度的一種方法，該方法具有快捷、方便、精確等優(yōu)點，因此在混凝土的無損檢測中得到了廣泛應用[7- 10]。

目前超聲綜合回彈法應用于RFC的研究中，李友彬[11]采用超聲回彈綜合法對某水庫RFC進行檢測，獲得了RFC的勻質性、密實度等性能規(guī)律。俞長隆[12]結合理論基礎與試驗應用分析了超聲回彈綜合法在RFC強度檢測方面的回彈試驗數(shù)據(jù)，分析其技術應用。以上兩位學者把超聲回彈綜合法應用于RFC的檢測，并得到了RFC相關的性能指標。但目前對于超聲綜合回彈法應用于RFC強度檢測的可行性和全國測強曲線是否適用于堆石混凝土強度推算的研究甚少?；诖?，本文對某實際工程試驗倉切割的RFC試件進行了超聲綜合回彈和抗壓強度試驗；得出全國測強曲線因誤差不滿足要求不適用推定RFC的強度，用Matlap軟件對RFC的回彈值、聲速值和抗壓強度實測值擬合出了更適用RFC的專用測強曲線，且其精度遠高于全國統(tǒng)一測強曲線。

2 試驗概況

本次試驗試塊來自于貴州某實際工程澆筑的RFC試驗倉，采用與壩體相同的原材料、相同的施工方法、相同的養(yǎng)護條件進行澆筑的RFC試驗倉，采用繩鋸切割機對其進行切割，然后加工成邊長為300mm和450mm的立方塊試件。對試塊先用超聲波檢測儀和回彈儀進行超聲回彈試驗，然后采用的10000kN微機控制電液伺服壓力試驗機進行抗壓強度試驗。

2.1 試塊原材料

RFC試驗倉采用C9015W6F50等級的自密實混凝土進行澆筑，壩體及試驗倉原材料及C15等級的自密實混凝土配合比生產配合比分別見表1—2。

表1 RFC試件原材料

表2 自密實性能混凝土配合比 單位：kg/m3

2.2 試件的制備

采用繩式切割機切割試驗倉，切割邊長300mm和450mm兩種規(guī)格的立方體試塊各9塊，RFC試驗倉和切割后的試塊如圖1—2所示。

圖1 RCF試驗倉

圖2 切割后的RFC試塊

2.3 試驗儀器與步驟

超聲回彈試驗采用多功能混凝土超聲波檢測儀和一體式數(shù)顯回彈儀，抗壓強度試驗在10000kN微機控制電液伺服壓力試驗機進行，試驗儀器如圖3所示。

圖3 試驗儀器

實驗步驟如下：

(1)選擇預測面。預測面應盡可能的避免出現(xiàn)裂紋，裂縫、缺口等問題，選擇規(guī)則、平整、清潔的兩個對立面作為預測面。

(2)劃分測區(qū)。每塊試塊的2個對立的預測面為1個測區(qū)，在每個測區(qū)有16個回彈測點，且測點應該分布于20cm×20cm范圍，1個測區(qū)2個對立面平均分配8個回彈測點。每2個對立預測面上沿對角線布置3個超聲測點。測點布置如圖4所示。

圖4 試驗測點布置

(3)超聲回彈檢測。進行檢測前，對儀器進行檢查與校對；先進行回彈檢測，采用水平彈擊，并保證回彈儀軸線垂直于試件測試面，緩慢測試，回彈測讀精確度到1；超聲檢測采用對測法，檢測前先在儀器上設置好測距，在換能器上需要涂抹耦合劑，聲時測量精確至0.1us，聲速值精確至0.1km/s，測量誤差保證不超過±1%。

(4)抗壓強度測試。超聲回彈試驗完成后，依照SL/T 352—2020《水工混凝土試驗規(guī)程》[13]在壓力試驗機上進行抗壓強度試驗。

2.4 試驗數(shù)據(jù)處理

2.4.1回彈代表值與聲速值

對于同一測區(qū)16個回彈值中，去掉最大和最小的3個回彈值，取剩余10個數(shù)據(jù)的平均值作為回彈值最終結果。計算公式為：

(1)

超聲波聲速的代表值v計算公式為：

v=3L/(t1+t2+t3)

(2)

式中，R—測區(qū)回彈代表值，精確至0.1MPa；Ri—第i個測點的回彈值；L—超聲測距值，mm；v—測區(qū)聲速值，km/s；t1、t2、t3—3個測試點位的聲時值，μs。

2.4.2抗壓強度值

對試件的抗壓強度按照公式來計算，公式為：

(3)

式中,fcu—試件的抗壓強度，MPa；P—破壞荷載，kN；A—受力面積，mm。

2.4.3強度推定值

算出測區(qū)回彈代表值R和測區(qū)聲速值v后，根據(jù)規(guī)范可以算出試件的強度推定值；根據(jù)T/CECS 02—2020《超聲回彈綜合法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》[14](以下簡稱《規(guī)程》)，當粗骨料為碎石時，全國統(tǒng)一測區(qū)混凝土抗壓強度換算公式為：

(4)

由公式(4)可計算出每個試塊的強度推定値。但根據(jù)全國統(tǒng)一測強曲線換算測區(qū)混凝土強度時，其相對誤差er應該滿足er≤15%，若相對誤差er>15%，則需要另外建立專用或地區(qū)測強曲線。其相對誤差er計算公式為

(5)

3 試驗結果分析

3.1 試驗測試結果與推定強度分析

聲速值、回彈值、抗壓強度實測值和全國測強曲線推定強度見表3，RFC試件的實測抗壓強度與回彈值代表值和聲速代表值的關系分別如圖5—6所示。由圖5—6可知，300mm RFC和450mm RFC立方體試件的聲速代表值和回彈代表值均與試件的實測抗壓強度呈正相關關系，回彈值代表值與試件實測抗壓強度相關性更加明顯，回彈代表值相對于聲速代表值也更集中。由表3可知，2種不同尺寸的試件的強度推定値均與實測強度值存在較大誤差，且強度推定値大于實測值占全部試件的77.8%。由式(4)可算出300mm和450mmRFC立方體試件強度推定値的相對誤差分別為28%和24%，均er>15%，不滿足《規(guī)程》中全國統(tǒng)一測強曲線換算測區(qū)混凝土強度的誤差要求，故需要專用測強曲線再推算RFC試件強度。

3.2 建立專用測強曲線

(6)

利用擬合出來的RFC專用測強曲進行強度推定，推定值與實測值對比及推定値的相對誤差見表4，表4得出300mm立方體試件強度推定値的相對誤差為10.1%，450mm立方體試件強度推定値的相對誤差為5.8%，相對誤差均er<12%，其精度遠高于全國統(tǒng)一測強曲線且滿足《規(guī)程》要求，因此建立RFC專用測強曲線推算試件的強度值是可行的。

表3 聲速代表值、回彈值、強度實測值、全國測強曲線推定値數(shù)據(jù)

圖5 回彈代表值與實測抗壓強度的關系

圖6 聲速代表值與實測抗壓強度的關系

表4 強度實測值與專用測強曲線推定値

3.3 全國測強曲線及RFC專用測強曲線與實測值對比分析

300mm和450mmRFC試件的全國測強曲線、RFC專用測強曲線和實測強度對比如圖7所示。由圖7可知，2種不同尺寸RFC試件的全國測強曲線與試件強度實測值相比均存在較大誤差，而建立的RFC專用測強曲線顯然與實測值更接近，且RFC的專用測強曲線精度遠高于全國測強曲線，故在用超聲綜合回彈法檢測RFC強度時，建立專用測強曲線進行強度推算會著更好的預測。

圖7 實測強度、全國測強曲線、RFC專用測強曲線對比圖

4 結論

通過對本批次RFC試件進行超聲回彈檢測和抗壓強度試驗結果分析，得出以下結論：

(1)RFC的聲速代表值和回彈代表值與抗壓強度存在正相關關系，相對于聲速代表值，回彈代表值與抗壓強度的相關性更加明顯，且回彈代表值比聲速代表值更集中。

(2)超聲綜合回彈法中利用全國測強曲線推定RCF的強度誤差大于15%，不滿足《規(guī)程》要求，故全國測強曲線不適用于RFC的強度推算，需建立專用測強曲線對RFC進行強度推算。

(3)超聲綜合回彈法仍適用于堆石混凝土的強度檢測，但是在進行強度的推定時，需用RFC的