短龄期高强混凝土回弹法地区测强曲线试验研究

伍艳霞，李 操

（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广东 广州 510500）

0 引言

混凝土是近代以来使用最为广泛的建筑材料之一，其中高强混凝土凭借其强度高、孔隙率低和抗变形能力强的特性，近年来在土木工程结构中得到了广泛应用［1-4］。包括广东省在内，越来越多的高层建筑设计采用了高强度混凝土，针对高强混凝土强度的测试也成为了工程界的研究重点之一。我国关于高强混凝土早期龄期的抗压强度的检测使用的主要方法是回弹法，回弹法是检测混凝土强度的一个重要方法，检测精度高，操作简便［5］。目前，我国使用的行业标准 JGJ/T 294－2013《高强混凝土强度检测技术规程》是以全国试验数据为基础，对于其在广东地区的适用性还有待验证。本试验通过对广东东莞、中山和广州等 8 个地区的短龄期高强混凝土（C 50、C 60、C 70）进行回弹试验，通过对不同短龄期（1、3、7、14 d）的高强混凝土外表面和内表面硬度的分析验证，拟合适用于广东地区的高强回弹测强曲线，并与全国的测强曲线进行误差分析，提高广东地区高强回弹测强曲线适用性和准确性。

1 试验

1.1 试验仪器

试验采用标称能量为 4.5 J 的 H 450 型高强回弹仪和压力试验机。回弹仪和压力试验机如图 1 所示。

图1 压力机和回弹仪

1.2 试件设计

试验采用本地区的常用高强混凝土材料，根据相关规范和广东地区实际工程需要，制备了一批用于试验的边长为 150 mm 立方体标准试件，对试件浇筑侧面进行回弹测试后，再将立方体标准试件切割成两等份（见图 2～图 4）。具体试件情况如表 1 所示。

图2 切割标准试件

图3 待测混凝土试件

图4 标准试件切割成两等份

表1 高强混凝土试件数量统计

1.3 试验方法

本次试验由短龄期（1～14 d）试件回弹硬度内外差异试验和测强曲线拟合两部分组成。

其中对试件回弹硬度的测试按照现行 JGJ/T 294－2013《高强混凝土强度检测技术规程》，采用 4.5 J 的回弹仪，对浇筑侧面进行回弹测试。试件整理清洁后，将试件浇筑面朝上放置于压力机承压板上，在满足回弹试验的要求后，对试件的一个相对侧面选取 8 个点的有效回弹值并记录［6］。试件的内部硬度测试需要将试件平分切割为两部分，在避开内表面石子的情况下重复上述试件表面的回弹试验方法。

将采集得到的不同龄期的短龄期高强混凝土的回弹值和标准养护条件下 28 d 试件的标准立方体抗压强度值导入 MATLAB，利用回归分析的原理，进行最小二乘法回归分析得出回弹值－抗压强度值关系拟合公式，并对结果进行误差分析。

2 试验结果与分析

2.1 试件内外差异试验

按照 1.3 节所述的试验方法对养护龄期为 1、3、7、14 d 的短龄期高强混凝土标准立方体试件的内外硬度进行了测试，计算得到了每一龄期试件的建筑侧面回弹平均值 N1 和切割面平均值 N2，并计算分析回弹硬度内外差异对测强曲线建立的影响程度。具体测试结果如表 2 所示。

表2 各短龄期高强混凝土内外硬度测试

根据表 2 中的数据可以看出，3 d 龄期试件回弹硬度内外差异最大，差异值超出了10%，反映出试件回弹硬度的内外差异较大，会对高强回弹测强曲线的建立产生不利影响；但是 7 d、14 d 龄期试件回弹硬度内外差异不明显，差异仅为 1 % 和 6 %，＜3 d 龄期的试件统计值，基本不会对高强回弹测强曲线的建立产生干扰影响。因此，通过回弹法检测高强混凝土的短龄期试块，可以确定 7 d、14 d 龄期的试件，其内外硬度差异不大，对混凝土浇筑成型表面进行回弹测试，能够反映混凝土内外硬度的现状，具备建立回弹数值与抗压强度值函数关系的条件。综上所述，由于 3 d 龄期试件内外硬度的差异显著，建议高强回弹测强曲线的适用范围为7～365 d 龄期。

2.2 测强曲线拟合

为建立高强回弹测强曲线，本次试验中采集数据样本超过 1 000 组，其中龄期为 28 d 的样本数为对应短期龄高强混凝土试件在标准养护条件下测得的标准立方体抗压强度值和实测回弹强度，具体数据样本量如表 3 所示。

表3 数据样本量

为保证采集样本数据的可靠性和准确性，需先对每一对数据的标准抗压强度值和回弹值的相关性系数进行检验［7］，计算结果如表 4 所示。根据表 4 的计算结果可知，3、7、14 d 龄期的相关性系数最低为 7 d 的0.738 6，优于 28 d 龄期的 0.790 1，由此说明短龄期试件的样本回弹值的采集结果有较好的相关性，可以应用于高强回弹测强曲线的建立。

表4 抗压强度值与回弹值的线性相关系数随龄期变化

目前，国内外对测强曲线函数的拟合主要采用以下几种函数的模拟：一次函数拟合、幂函数拟合、二次函数拟合、指数函数拟合。本研究选择采用二次函数拟合，拟合公式见式（1）：

依据不同龄期和不同强度的高强混凝土试件的样本数据，在 MATLAB 中应用回归分析原理，根据最小为二乘法按式（1）的二次函数形式拟合高强回弹测强曲线，拟合曲线结果见式（2）：

2.3 测强曲线误差分析

根据 DBJT 13－71－2015《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》的要求，制订高强混凝土地区和专用测强曲线的强度误差值可参考以下规定，即平均相对误差δ不应＞±14.0 %；相对标准差er不应＞17.0 %。平均相对误差δ和相对标准差er见式（3）：

首先对各龄期段高强混凝土试件数据对测强曲线的影响情况作计算，计算结果如表 5 所示。

表5 各龄期段数据对测强曲线的影响情况

表 5 结果表明，短龄期（3～14 d）的情况下，对应的抗压强度值与回弹值对测强曲线的适用性情况均优于测强曲线整体指标；龄期越小对应的抗压强度值与回弹值，对测强曲线的适用性越不理想；14 d 龄期对应的抗压强度值与回弹值，对测强曲线的适用性情况，要优于 28 d 龄期；7 d 龄期对应的数据的适用性情况则与 28 d 龄期相差不大；7、14、28 d 龄期对应的抗压强度值与回弹值，对测强曲线的适用性情况，均优于测强曲线整体指标。

表6 全国测强曲线与试验测强曲线误差分析

依据比对验证结果，可得出结论：对标准立方体抗压强度为 50.0 ～70.0 MPa 的混凝土试块，全国测强曲线与试验测强曲线，平均相对误差均≤±14.0 %，相对标准差均＜15 %，符合现行 JGJ/T 294－2013《高强混凝土强度检测技术规程》附录 D 的规定，且试验测强曲线精度优于全国测强曲线。因此，对抗压强度为50.0～70.0 MPa 的混凝土，建议优先选择试验测强曲线进行回弹法检测。

3 结语

基于采集得到的广东地区高强混凝土试件的实测抗压强度和不同短龄期试件的回弹强度与实测抗压强度，以及对样本数据的测强曲线的拟合和误差分析，得出以下研究结论。

对于采集的广东地区高强混凝土的短龄期试件数据分析可知，7 d、14 d 龄期的试件，其内外硬度差异不大，混凝土浇筑成型表面的回弹实测值具有代表性，建议高强回弹测强曲线的适用范围为 7～365 d 龄期。

短龄期试件的样本回弹值的采集结果具有较好的相关性，可以应用于高强回弹测强曲线的建立。

短龄期试件的测强曲线的评价指标高于整体的评价指标，试验测强曲线对短龄期试件的回弹值有较好的适用性。

基于本试验得到的测强曲线精度优于全国测强曲线的精度，可为地方性测强曲线建立提供参考。Q