回弹法用机制砂混凝土测强曲线的试验研究及应用

回弹法用机制砂混凝土测强曲线的试验研究及应用

李扬

武汉中和工程技术有限公司湖北武汉430080

摘要：进入二十一世纪以来，我国在文化、科技、经济方面都取得了较大的成就，为了满足人民的居住和公共环境需求，建筑施工工程比比皆是，对混凝土的需求量也与日俱增。由于砂是制作混凝土的最重要细集料之一，在混凝土中砂含量占据40%多，而我国天然河砂资源渐渐萎缩，故优质砂稀缺，尤其在高标号混凝土中长期处于供不应求状态。现阶段开采河砂不仅会对生态环境造成影响，还容易改变航道致使船舶陷入危险之中，因此，施工工程开始纷纷选择应用机制砂。本文以部分类型的中低标号机制砂混凝土和部分类型的高标号机制砂混凝土作为研究对象，对其回弹值、实测抗压强度关系曲线进行了研究，随后用目标高速公路的实测数据建立机制砂混凝土测强曲线，并选取我国最新标准化测强曲线与该曲线进行双向对比，最后得出了我国最新标准化测强曲线在实际应用中更可靠、更科学的结论。

关键词：回弹法；机制砂高标号混凝土；测强曲线

引言：在2015年制定的《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（DBJT13-71-2015）中，规范了我国的标准化测强曲线，虽然该曲线全国统一且科学性强，但由于我国幅员广阔，材料不集中，混凝土种类各式各样，生产工艺又时常变化，加上测试对象、测试条件都会影响到回弹检测的效率与质量，故该标准化曲线难以对全国各地的情况表现出较强的适应性。本文研究所选取的高速路工程位于某经济发达的贵州省的山岭重丘区，该地水资源较多但缺乏天然砂资源，往山岭重丘区运送天然砂困难重重且价格不菲，因此，当地施工工程就在考虑实际情况后选择采用机制砂来调配、生产混凝土。然而，实践证明用回弹法检测机制砂混凝土与用我国标准化测强曲线得出的抗压强度有较大偏差，与我国标准化测强曲线所测结果进行对比，高标号的机制砂混凝土强度出现偏高的现象，而中低标号的机制砂混凝土强度偏低，这严重影响了施工过程中机制砂混凝土的质量控制，故制定一条能适用于本次研究对象的机制砂混凝土测强曲线意义非凡。

在以上述资料为背景下，本文将围绕被研究高速路工程用机制砂混凝土的情况展开试验。首先选取与被研究高速路工程无异的混凝土原材料、龄期及成型养护工艺，随后制作178组中低标号机制砂混凝土标准强度试件、186组高标号机制砂混凝土标准强度试件，在完成相关检测（如回弹法无损检测）后进行测强曲线的建立。由于该曲线以被研究高速公路工程自身数据制成，具有较强的针对性，无论是相对我国的标准化曲线还是各地方特定的曲线都更加精细，极其适用于被研究高速公路工程机制砂混凝土的质量管控。

1试验前准备

1.1材料准备

采用海螺盘江水泥有限公司生产的P·O42.5强度等级普通硅酸盐（低碱）水泥和P·O52.5强度等级普通硅酸盐水泥，以当地5~31.5mm和5~20mm连续级配石灰岩碎石作为粗集料、一级粉煤灰作为掺合料、聚羧酸系减水剂作为外加剂、饮用水作为试验用水。最重要的是选用当地水洗机制砂作细集料。

1.2试验方案

1.2.1混凝土回弹试验

根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（DBJT13-71-2015）来展开试验。试验过程需要用到济南朗科生产的机械回弹仪（使用前在标准砧上标定符合要求），步骤如下：擦拭干净并烘干已达龄期的标准试件，随后将标准试件浇筑侧面的两个对立面放在压力机的上承压板与下压板之间进行加压，加压值在30kN与80kN之间（试件强度低则取低压值），当标准试件持续受到30kN至80kN压力时，用机械回弹仪（标准状态下）在试件剩余的两个对立面上水平弹击，弹击点共8个且分布均匀；从得到的16个回弹值里剔除掉3个最低值和3个最高值后，将剩下的10个回弹值求出平均数即是该试件的平均回弹值。紧接着，在试件上不断加荷直至试件被毁坏，得出试件的抗压强度值，最后在平均回弹值与实测强度之间建立关系。

1.2.2混凝土抗压强度试验

根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2016)进行测试。试件是长宽高均为150mm的正立方体，试验过程中用到我国生产的永科EST数显压力试验机(100至2000kN)。

1.3机制砂混凝土试件

模拟被研究高速公路工程的实际生产与施工环节，成型的机制砂混凝土试件包含五个级别，级别从高到低分别是C50、C40、C30、C25和C20，待试件成型满24小时后拆模。试件的养护不采用特殊方法，直接模拟被研究工程所在地的自然条件，注意控制气温环境在平均20℃左右，试件顶面向上、底面向下以使得侧面能够暴露在空气当中。为了使试验结果更精确，本试验分开对五个等级试件进行研究，级别较高的C50、C40划分为高标号机制砂混凝土，剩余三项划分为低标号机制砂混凝土。

本次试验共计检测178组中低标号机制砂混凝土试件（534个回弹测区）和186组高标号机制砂混凝土试件（558个回弹测区）。

2试验数据分析

2.1碳化深度无影响

因为试验龄期不长，在测算混凝土试件的碳化深度后得出的平均碳化深度结果小于0.5mm，可见碳化深度对此次试验的影响程度不大，不会对拟合的回弹测强曲线产生困扰，因此建立回归方程式无需对碳化深度进行考虑，如有需要可以修正龄期较长的混凝土碳化深度的。另外，回弹法检测不仅可以用来检测试块抗压强度的合格与否，还可以对工程混凝土强度进行跟踪检测。

2.2回归方程的建立

为了保证数据的实用性与可靠性，在对试验数据进行统计前，应当考虑到误差的存在，将不合理数据剔除。数据统计、分析的流程如下：首先将单个测区的平均回弹值对应到单个试件实测强度，建立关系式，随后取每个测区平均回弹值的整数部分，再将同一回弹值下不同实测强度值加总，取平均数，最后在两个平均数值间建立起对应关系。

2.2.1建立测强曲线的回归方程式

建立测强曲线的回归方程式需要借助最小二乘法原理，根据每一试件计算得出回弹值的平均值和实测强度的平均值，公式为“”，其中，A、B代表回归系数，算式左边代表试件实测抗压强度，算式右边代表回弹值。

2.2.2计算相对误差（δ）与相对标准差（er）

计算相对误差与相对标准差的公式如下：

根据相关要求，专用测强曲线的δ值应在±12.0%的范围内，而er值也不能超出14.0%，从表1中不难看出，中低标号机制砂混凝土的δ值与er值为±2.32%和2.91%，对应高标号的±1.79%和2.32%。另外，两类混凝土回弹曲线相关性均在合理范围之内，相关系数（R2）均在0.95左右，故可以将其作为被研究高速公路机制砂混凝土强度检测的测强曲线。

测强曲线对比分析

将被研究高速公路施工现场五个级别的机制砂混凝土试件进行回弹检测，并在对应位置取样对其抗压强度进行检测，从而将试验所建测强曲线与我国标准化测强曲线作对比，结果如表2、表3所示：

表2、表3显示，采用试验所建实际测强曲线的结果偏差更不明显，与我国标准化测强曲线相比，中低标号的机制砂混凝土强度偏低，而高标号结论相反。而试验所建实际测强曲线更具有可靠性，无论何种类型的机制砂混凝土，其测强曲线的两项重要数值（平均相对误差、相对标准差）较我国标准化测强曲线更低。12个中低标号机制砂混凝土试件中，试验所建实际测强曲线没有1个相对误差超出10%，但我国标准化测强曲线有5个，而16个高标号机制砂混凝土试件中，我国标准化测强曲线相对误差超出10%的出现了6个，试验所建实际测强曲线仅1个。此外，试验建立的测强曲线在中低标号机制砂混凝土回弹值为37±2时的相对误差最大但未超过10%，而在高标号机制砂混凝土回弹值为44±2时的相对误差高达10%，但尚未超出我国标准化测强曲线相对误差。

结论

本次试验结果表明，用回弹法检测机制砂混凝土与用我国标准化测强曲线得出的抗压强度有较大偏差，与我国标准化测强曲线所测结果进行对比，高标号的机制砂混凝土强度出现偏高的现象，而中低标号的机制砂混凝土强度与前者相反出现偏低的现象。另外，本文建立了被研究高速公路工程回弹法检测机制砂混凝土抗压强度的测强曲线，得出了回归方程。实际应用表明该回弹曲线测强结果的精确度、可靠性均更高，δ值与er值较我国标准化明显更低，有利于保障该高速公路工程机制砂混凝土的质量监控工作。

参考文献：

[1]庄宏斌.机制砂在桥梁高标号混凝土中的应用研究[D].大连理工大学，2016.

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[3]陈姜温.机制砂高标号混凝土研究现状及应用前景[J].水能经济，2017(10):346-346.