摘要：根据山东泰安地区原材料的实际情况，介绍了高性能混凝土(HPC)非破损方法的选择和相关关系方程的确定，按照高性能混凝土配合比的确定原理，试验并确定了适宜的配合比，建立了高性能混凝土(HPC)7d抗压强度及回弹值推定28d抗压强度的经验公式，并对其适用范围作了说明。
关键词：回弹法；早龄期；高性能混凝土(HPC)；抗压强度；测强方程
1 回弹法测强技术的发展概述
早在20世纪30年代，人们就开始探索混凝土无损检测技术。1948年瑞士施密特研制成功回弹仪，并应用于工程实践。上世纪60年代，费格瓦洛提出超声回弹综合法。随后，许多国家对这一工作展开了大量研究和探讨，并制定了有关的标准和规范。国际标准化组织(ISO)也于1980年提出了“硬化混凝土——用回弹仪测定回弹值”的国际标准草案(ISO／DIS8045)[1]。
我国于20世纪50年代开始引进瑞士、英国、波兰等国家的回弹仪，并结合工程应用开展相应的研究工作。但由于对仪器性能、测试技术、各种因素的影响、强度与回弹值的关系等一系列问题缺乏较系统的研究。因此相应的研究工作长期处于停止状态。直到1978年以后，才重新引起重视，并组织力量联合攻关。在大量研究工作的基础上，于上世纪80年代制定了第一个全国性的技术标准《回弹法检测混凝土抗压强度技术规范》(JGJ／T23-85)，并于1991年和2000年对此进行了修订，形成了代号为JGJ／T23-92和JGJ／T23-2001的技术规程，从而使我国在这方面的研究和应用水平处于国际领先地位。
长期以来，在一些特殊条件混凝土结构的强度检测技术中，一直采用部分破损法，特别是近10年来发展起来的高性能混凝土(HPC)，如何采用回弹仪来测定其强度，从而用于指导施工及质量鉴定，在我国还是一项空白，在国外也鲜有报道。本文就这一问题作一些探讨。
2 早龄期高性能混凝土(HPC)非破损测强方法的选择
2.1 高性能混凝土(HPC)非破损测强方法的选择
在早龄期，尤其是7-14d内检测其强度的非破损方法，国内外的研究工作进行的较少。《回弹法检测混凝土强度技术规程》(JGJ／T23-2001)规定龄期为12-1000d，缺少7-14d强度检测依据。《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS02：88)规定的检测龄期为7-730d，而大量试验已证明：超声回弹综合法也只适用于炭化深度在4．0～5．5mm范围的混凝土。而回弹法则适用于低炭化深度的混凝土测强。对于龄期为7-14d的高性能混凝土(HPC)来说，其炭化深度为零[2]，因此选择回弹法检测高性能混凝土(HPC)的抗压强度可行的。
2.2 高性能混凝土(HPC)早期强度与28d强度相关关系的确定
回弹法是一种根据回弹值Rt与结构或构件混凝土强度推定值fcu.e的相关性来推算结构混凝土强度的一种简便方法。根据大量试验和理论分析，尽管fcu.e-Rt存在必然联系，但由于影响因素很多，至今没有找到二者之间的理论定量公式。因此，目前均采用试验归纳法建立混凝土强度fcu.e与回弹值Rt之间的关系式。根据大量试验，目前主要采用以下几种形式[3]。
(1)单龄期线性关系方程
f28=A+BRt (1)
式中f28—推定的28d混凝土抗压强度值;
Rt—龄期为t天的混凝土抗压强度;
A、B—经验系数。
(2)单龄期幂函数关系方程
f28=ARtB (2)
式中符号意义同(2-1)。
(3)单龄期抛物线关系方程
f28=A+BRt+CRt2 (3)
式中C—经验系数，其余符号意义同公式(1)。
(4)单龄期二元关系方程[4]
f28=A+RtBX10CL (4)
式中L—某测区平均碳化深度值，其余符号意义同公式(1)。
在上述公式中，根据有关资料和大量试验可知，公式(1)对按回弹法检测混凝土的早龄期强度推定28天强度值符合较好，所以选择(1)公式作为推定28天强度的经验公式。
3 强度试验与经验公式的建立
3．1 原材料的选择与强度试验
3．1．1 原材料的选择 (1)水泥选用浙江三狮牌水泥厂生产的525#普通硅酸盐水泥，水泥胶砂强度为60～62MPa。
(2)掺合料采用萧山新宝集团生产的磨细矿粉，比表面积为4500～5800cm2／g。
(3)骨料：选用细度模数为2．8的山东河砂；石子选用山东半浦石场清洗碎石；
(4)减水剂选用上海麦斯特建材公司生产的SP-8萘系减水剂。
3．1．2 配合比的确定和强度试验 经过多次重复试拌试验，在满足强度、可泵性和良好工作性的前提下，确定C60、C80高性能混凝土配合比方案为：
表1 C60掺粉煤灰高性能混凝土配合比
|
水泥 |
粉煤灰 |
砂 |
石(16—25) |
石(10—20) |
水 Water |
减水剂 Redcing water agent |
W／c+f |
|
413 |
73 |
738 |
713 |
306 |
175 |
11．818 |
0．360 |
|
比例：1：0．167：0．0372：1．78：2．9：0．385：0．030 |
表2 C80掺矿粉高性能混凝土配合比
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水泥 |
矿粉 |
砂 |
石(5-25) |
水 |
减水剂 |
|
385 |
165 |
718 |
1078 |
143 |
11 |
|
比例：1：0．429：1．865：2．8：0．37：0．0286 |
表3 C80掺矿粉和粉煤灰高性能混凝土配合比
|
水泥 |
粉煤灰 |
矿粉 |
砂 |
石(5—25) |
水 |
减水剂 |
|
371 |
62 |
138 |
660 |
1076 |
143 |
11．4 |
|
比例：1：0．167：0．372：1．78：2．9：0．385：0．030 |
3．1．3 建立早龄期高性能混凝土(HPC)抗压强度推定28天强度得经验公式 根据表4提供的8组C80高性能混凝土(HPC)标准试件7d抗压强度值f7和28d抗压强度值f28对应数据，按线性回归方法建立以下回归方程：
f28=0．7587R7+30．628 (5)
其中：相关系数r=0．98；
平均相对误差δ=±0．7％；
相对标准差er=0．9％．
同样满足JGJ／T23—2001规程对推定公式的精度要求．
表4 高性能混凝土(HPC)7d回弹值和28d抗压强度值
|
组号
|
出机稠度(mm) |
回弹值R7(7d) |
抗压强度值f7(7d) |
抗压强度值f28(28d) |
|
坍落度 |
扩展度 |
|
1 |
230 |
565 |
71．9 |
81．7 |
92．9 |
|
2 |
220 |
550 |
69．5 |
78．0 |
90．7 |
|
3 |
205 |
530 |
74．7 |
86．0 |
95．6 |
|
4 |
240 |
660 |
73．4 |
84．1 |
94．3 |
|
5 |
225 |
620 |
72．3 |
82．3 |
93．8 |
|
6 |
210 |
625 |
79．2 |
93．0 |
102．0 |
|
7 |
230 |
650 |
70．2 |
79．0 |
89．2 |
|
8 |
205 |
590 |
77．7 |
90．7 |
98．5 |
|
平均值 |
|
73．6 |
84．4 |
94．6 |
3．2 外掺料、配合比和龄期对高性能混凝土无损检测的影响
3．2．1 外掺料对高性能混凝土无损检测影响的分析 根据外掺料的不同，将C80混凝土试块回弹试验数据分为两类，分别进行拟合，结果如图1所示。
图2 不同配合比对高性能混凝土平均回弹值与抗压强度关系的影响
图3 不同龄期对高性能混凝土平均回弹值与抗压强度关系的影响
4 结论
通过对高性能混凝土无损检测技术试验研究，本文得出如下结论：
(1)经过对实验数据的分析处理，以HT1000型回弹仪厂家提供回弹值与混凝上强度值换算表换算值作为理论值，相对标准差符合《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》地区测强曲线要求：对标准差和平均相对误差符合《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》专用测强曲线要求。因此，HT1000型回弹仪厂家提供回弹值与混凝土强度值换算表大致适应泰安地区高性能混凝土原材料的实际特点，可以参考。
(2)结合泰安地区高强混凝土原材料的实际特点，对高性能混凝土回弹测强曲线作了初步研究，均满足专用测强曲线要求。
(3)关于外掺料不同对高性能混凝土无损检测结果影响问题，在前期，同等回弹值情况下，掺入矿粉的高性能混凝土抗压强度更高一些，这主要是因为掺入粉煤灰的高性能混凝土的强度增长缓慢；在后期，掺入粉煤灰的高性能混凝土的强度将迎头赶上。在实际工程中，宜考虑不同外掺料的影响。在早期，应考虑龄期对回弹值的修正。
(4)利用大型回弹仪对高性能混凝土(HPC)7d强度的回弹值推定28d抗压强度，所需仪器设备简单，操作方便快捷，成本经济低廉，利于应用和推广。
(5)可利用高性能混凝土(HPC)早龄期回弹值预测其28天强度值，为工程质量的控制和施工质量的调整提供了量化依据。
(6)由于结构中混凝土一般采用浇水养护7d以上，其条件与标准养护接近。因此，用7d非破损强度推定其28d强度是切实可行的。
(7)公式(5)的建立没有考虑水泥品种、砂子种类及细度、石子种类与级配、掺合料及减水剂的不同对回归方程的影响，有关这些因素的影响有待通过大量试验进行验证。