泵送混凝土回弹法测强曲线的试验研究

俞建锋

[摘要]基于回弹法系统研究了水灰比、粉煤灰掺量对泵送混凝土回弹测强曲线的影响规律。结果表明：泵送混凝土的回弹值和抗压强度随着水灰比的降低而增大，随着粉煤灰掺量的增加而减小；采用最小二乘法建立的测强曲线平均相对误差为8.4%，平均相对标准差为10.3%，均满足地区回弹测强曲线的精度要求。这对检测泵送混凝土的质量安全具有重要的现实意义和工程实用价值。

[关键词]回弹法；测强曲线；影响因素；粉煤灰掺量

文章编号：2095 - 4085（ 2018） 03 - 0107 - 04

随着“一带一路”战略的提出以及我国经济快速发展和战略利益不断延伸，南海岛礁工程、渤海湾通道、港珠澳大桥、兰新高铁、川藏铁路、青藏公路等一大批重大基础工程正在我国海洋和西部严酷环境区域建设或规划中。这些混凝土构建物关系着中国未来的经济发展，如若结构质量出现问题将对中国造成难以估算的损失。因此如何确保混凝土结构质量安全是一项迫在眉睫且艰巨的任务[1-2]。然而近些年来由于混凝土建筑物存在很多质量问题，造成了巨大的经济损失，因此如何检测混凝土的质量是一项迫在眉睫的工程[3-5]。到目前为止，超声法、回弹法、超声回弹法、拉拔法以及雷达法等成为混凝土现场检测最常用的方法。其中，拉拔法是有损检测，会对混凝土造成破坏，而回弹法所用仪器为回弹仪，仪器方便携带，使用方便，因此回弹法已经成为现场结构混凝土检验与验收的常用方法。流动度大、掺加大量的矿物掺合料是泵送混凝土的特点，从而使其在道路、桥梁、房屋建设以及地下工程中广泛应用，然而制定的《规程》（ JGJ/T23 - 2011）仅适用于流动性较低，抗压强度较低的普通混凝土，而对于流动度较大、掺加大量的粉煤灰后结构组成更加复杂的泵送混凝土极不适应。针对上述问题，系统研究了水灰比、粉煤灰掺量等关键指标对混凝土表层硬度影响规律，并建立泵送混凝土的回弹测强曲线。这对检测泵送混凝土的质量安全具有重要的工程实用价值。

1 试验

1.1 试验原材料

采用P.Ⅱ52.5级水泥；粗骨料是石灰石；细骨料是河砂，中砂，细度模数为2.6；混凝土拌合水采用自来水；外加剂选用某厂生产的高效减水剂，含固量为35%。其中水泥以及粉煤灰的主要化学成分见表1。

1.2 方案

经过前期查阅大量的国内外文献，设计了不同水灰比、不同粉煤灰掺量对泵送混凝土回弹值的影响。详细的实验方案如表2所示。

首先按照设计的配合比成型试样尺寸为150mm×150mm×150mm的试件，试样脱模成型后先在标准养护室养护7d，然后将混凝土试块放在室外进行自然养护，然后自然养护到設计龄期测定其抗压强度和回弹值。

1.3 实验方法

1.3.1 回弹值测定

分别测量设计的14d，28d，60d，90d和180d的回弹值。按照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》进行操作，计算精确至0. lMPa。平均回弹值的计算可表示为。

1.3.2 抗压强度测定

按《普通混凝土力学性能实验方法标准》（GBT50081 - 2002）测量泵送混凝土的抗压强度。

1.3.3 碳化深度测定

在测试完抗压强度后，对试块进行剖开，然后对试块进行碳化深度测定。为了测量的准确性，需要从不同断裂面测量其碳化深度去其平均值，结果精确到0. 5mm。

2 结果与讨论

2.1 水灰比影响

图1表示不同水灰比对泵送混凝土回弹值的影响。从图中能够看出，随着水灰比的降低，泵送混凝土的回弹值增大，比如自然养护至90d时，0.55，0.45，0.35水灰比混凝土的回弹值分别为38. 3MPa，42.3 MPa和44.8MPa.能够计算得到0.45，0.35水灰比混凝土的回弹值相比于0. 55水灰比混凝土的回弹值分别增加了10.4%和16.9%。从图中还能看到，同一水灰比混凝土的回弹值随着龄期的增加，其增长幅度降低。这是因为，水灰比降低，水泥含量会增多，这样就导致了更多的水化产物生成，这些水化产物能够填充在混凝土的孔隙中，导致混凝土密实度增大，当回弹仪弹击混凝土表面时，较少的能量被传播出去，更多的能量则被试块表面反弹返回到弹击锤，最终导致混凝土的回弹值增大。

图2表示不同水灰比对混凝土抗压强度的影响。从图中可以看出泵送混凝土的抗压强度随着水灰比的减小而增大，比如自然养护至28d时，0.55，0.45，0.35水灰比混凝土的抗压强度分别为35. 6MPa，48.7MPa和62.3 MPa，能够计算得到0.45，0.35水灰比混凝土的抗压强度相比于0.55水灰比混凝土的抗压强度分别增加了36.8%和75.0%。

图3表示水灰比为0.55的泵送混凝土在不同龄期下的抗压强度值与回弹值的变化。从图中能够看出随着养护龄期的增加，混凝土的抗压强度值均大于其回弹值。比如，养护至28d时，0.55水灰比混凝土的抗压强度值与回弹值分别为35.6MPa和33.5MPa。

2.2 粉煤灰掺量的影响

图4表示0.55水胶比混凝土不同粉煤灰掺量对回弹值的影响。从图中可以看到，随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的回弹值降低，且随着粉煤灰掺量的增加，混凝土回弹值降低幅度增加。这是由以下两个方面共同决定的，一方面是粉煤灰取代了部分水泥后，水泥与水发生水化反应生成的水化产物降低，导致了混凝土内部因水化产物的减少而形成了更多的孔隙；另一方面是由于粉煤灰的密度小于水泥颗粒的密度，因此粉煤灰能够较多地富集在泵送混凝土的表面，导致泵送混凝土表面粉煤灰的含量高于泵送混凝土内部粉煤灰的含量，这样在测量泵送混凝土的回弹值时，当弹击锤弹击泵送混凝土的表面时，其能量更多的被泵送混凝土表面吸收，这样相对应的返回到回弹仪的能量就降低，因此导致了其回弹值相对较低。

图5表示0.55水胶比混凝土不同粉煤灰掺量对抗压强度的影响。从图中能够看到随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的抗压强度降低。对比图4和图5能够看出，泵送混凝土的回弹值均大于其抗压强度值，如图6所示掺加30%粉煤灰混凝土回弹值和抗压强度的比较。

图7表示粉煤灰不同掺量对泵送混凝土碳化深度的影响。从图中可以看出自然养护到14d之前，粉煤灰不同掺量混凝土碳化深度均为Omm，这是因为混凝土还没有开始发生碳化现象；从图中还能看出随着自然养护龄期的增加，泵送混凝土的碳化深度增大，且随社粉煤灰掺量的增加，泵送混凝土的碳化深度增大，如在28d龄期和180d龄期时，不掺加粉煤灰、掺加30% FA和掺加50010 FA的碳化深度分别为Omm，0. 5mm，l. Omm和2.Omm，3.Omm，3.Omm，4. Omm。

3 泵送混凝土的回弹测强方程

根据测量的泵送混凝土的大量的抗压强度、回弹值以及碳化值，然后利用Linest函数建立了泵送混凝土的回弹测强方程。

其中f_cu，i——第i个测区混凝土抗压强度换算值（ MPa），精确到0.01 MPa；R_m一一测区平均回弹值，精确到0.lMPa；D_m- -测区平均碳化深度值，精确到0.5mm（ mm）。《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》规定地区测强曲线的平均相对误差不应大于±14%，相对标准差不应大于17%。因此采取计算测强曲线的平均相对误差和相对标准差两个指标值的大小来对测强曲线的精度进行验证对比，其中平均相对误差和平均标准差的计算规定如下。平均相對误差：平均标准差：其中f_cu，i一一测得的第i个试件的抗压强度值（ MPa）；f_cu，i一-第i个试件按照回弹回归方程计算得到的抗压强度值；n——试件个数。建立的泵送混凝土回弹曲线的6=±8.4%<±14%，σ= 10. 3%< 17%，r=0.89，（r为相关性系数），这两个指标明显低于地区测强曲线的误差要求，可知该曲线拟合效果较好，建立的泵送混凝土测强曲线满足地区测强曲线的误差要求，其能为泵送混凝土的强度检测气体一定的工程实用价值。

4 结论

（1）水灰比对泵送混凝土的回弹值和抗压强度值具有一定的影响，随着水灰比的减小，泵送混凝土的回弹值和抗压强度值均增大。（2）粉煤灰掺量对混凝土的回弹值影响较大。泵送混凝土的回弹值随着随着粉煤灰掺量的增加而减小。（3）根据测量的泵送混凝土的大量的抗压强度、回弹值以及碳化值，建立了泵送混凝土测强曲线方程：其平均相对误差和相对标准差均满足《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（ JGJ/T 23-2011）的要求。

参考文献：

[1]胡杰，田安国.现代混凝土耐久性现状及原因浅析[J].混凝土，2008，（ 04）：29 - 31.

[2]胡晓鹏，牛荻涛，张永利，粉煤灰混凝土早龄期回弹法测强曲线的试验研究[J].混凝土，2011，（261）：101 - 103.

[3]张豫川，王亚军，王茂杰，等.泵送混凝土回弹测强曲线试验研究[J].混凝土，2013，（07）：144 - 148.

[4]黄旭东.EXCEL在回弹法测定混凝土强度计算应用分析[J].学术论坛，2012，（12）：429.

[5]姚亮，司马军，耿建华，等，基于Excel的回弹法检测混凝土抗压强度计算程序[J].水利与建筑工程学报，2009，7（1）：140 - 142.