高強(qiáng)混凝土-試件強(qiáng)度及檢驗(yàn)

1、高強(qiáng)混凝土-試件強(qiáng)度及檢驗(yàn)            摘要：本文分析了影響高強(qiáng)混凝土試件強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果的主要因素；試件強(qiáng)度與構(gòu)件混凝土 強(qiáng)度的相關(guān)性；提出了構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)中存在的問題和措施。 關(guān)鍵詞：混凝土 試件強(qiáng)度 檢驗(yàn)  1.前言隨著混凝土技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，高強(qiáng)混凝土(以下簡(jiǎn)作HSC)的應(yīng)用已越來越廣。高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(CECS104：99，以下簡(jiǎn)作規(guī)程)已于1999年頒布實(shí)施，必將進(jìn)一步推動(dòng)HSC的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。由于HSC的強(qiáng)度和質(zhì)量要求的提高以及大量摻合料

2、的使用，與普通混凝土相比，無論是試件強(qiáng)度檢驗(yàn)、構(gòu)件強(qiáng)度檢驗(yàn)，尤其是質(zhì)量檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等，均提出了許多新的問題和更高的要求。甚至產(chǎn)生了這樣一種概念：配制和生產(chǎn)HSC已不存在太多困難，而如何準(zhǔn)確測(cè)定評(píng)價(jià)HSC的強(qiáng)度，己成為急需解決的技術(shù)難題。我們?cè)谙嚓P(guān)試驗(yàn)研究和實(shí)際工作中也遇到了許多此類問題。如試件強(qiáng)度遠(yuǎn)低于或遠(yuǎn)高于實(shí)際構(gòu)件混凝土強(qiáng)度；構(gòu)件混凝土強(qiáng)度采用何種無損檢測(cè)方法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)等等。本文主要就此提出相關(guān)問題和建議，以期在推廣應(yīng)用HSC的同時(shí)，更好地把握和確保工程質(zhì)量。2HSC的試件強(qiáng)度檢驗(yàn)21試件尺寸和平整度隨著HSC強(qiáng)度的不斷提高，試驗(yàn)機(jī)量程的限制，以及骨料最大粒徑一般為25mm，因此，在科學(xué)研究

3、和實(shí)際工作中不可避免地采用100×100×100(mm)的立方試件。在普通混凝土中，與標(biāo)準(zhǔn)試件150×150×150(mm)的尺寸換算系數(shù)為0.95。而HSC中一般均小于此值。且隨著強(qiáng)度提高，折算系數(shù)下降。規(guī)程中提出的100mm立方體試件折算成標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件的折算系數(shù)如表1:表1Fcu,10(MPa)KFcu,10(MPa)K550.9576-850.9256-650.9486-950.9166-750.93>960.90問題的關(guān)鍵在于強(qiáng)度提高何以使折算系數(shù)下降。普通混凝土中主要認(rèn)為是大試件存在內(nèi)部缺陷概率高，在HSC中同樣有這一因素，但還存在更重要

4、的因素，其中最主要的是試件平整度。試件強(qiáng)度越低，塑性越大，可調(diào)變形量大，表面平整度對(duì)實(shí)際強(qiáng)度的影響就越小。試件強(qiáng)度越高，材料脆性越大，可調(diào)變形量小，表面不平整度和不平行度對(duì)實(shí)際強(qiáng)度的影響就越大。通常情況下，小試件的表面平整度和平行度均高于大試件。因而許多試驗(yàn)結(jié)果(清華大學(xué)、北京城建集團(tuán)構(gòu)件廠等)表明，其折算系數(shù)比規(guī)程提供的值更低(平均強(qiáng)度Fcu,10=70.4MPa，K實(shí)=090；Fcu,10=60MPa，K實(shí)=0.92)。但我們采用相對(duì)嚴(yán)格平整的大小試件試驗(yàn)結(jié)果表明，C60C80的混凝土強(qiáng)度折算系數(shù)均為0.95。因此，當(dāng)用小試件結(jié)果換算標(biāo)準(zhǔn)尺寸強(qiáng)度時(shí)須注意這一問題。雖然我們還很難定量描述試件

5、不平整度對(duì)強(qiáng)度影響率，但對(duì)HSC強(qiáng)度試件保證足夠的表面平整度和平行度是必需的，必要時(shí)對(duì)試件進(jìn)行磨平拋光，否則將嚴(yán)重降低強(qiáng)度值，亦即要選用優(yōu)質(zhì)的混凝土試模，并做到嚴(yán)格的定期檢驗(yàn)和修正。同樣對(duì)試驗(yàn)機(jī)的承壓板也應(yīng)及時(shí)檢驗(yàn)。此外，試驗(yàn)操作時(shí)的試件偏心受壓對(duì)HSC的影響率比普通混凝土要大，試件尺寸越小，越易引起偏心，使測(cè)試結(jié)果偏低。雖然試件表面不平整度、不平行度和偏心受壓，均使測(cè)試結(jié)果偏小，對(duì)結(jié)構(gòu)物是安全的，但科學(xué)地準(zhǔn)確評(píng)價(jià)HSC的強(qiáng)度，確保測(cè)試結(jié)果與實(shí)際強(qiáng)度的一致性是我們的宗旨。當(dāng)用小試件折算標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度時(shí)更應(yīng)引起重視。2.2試驗(yàn)和養(yǎng)護(hù)條件對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度大于70MPa時(shí)，對(duì)部份試

6、驗(yàn)室所擁有的2000kN試驗(yàn)機(jī)來說，已達(dá)量程的80以上，對(duì)測(cè)試結(jié)果將有一定影響。這僅僅是問題的一部分。由于不同生產(chǎn)廠家，不同構(gòu)造型式的試驗(yàn)機(jī)剛度不盡一致，同量程試驗(yàn)機(jī)對(duì)同一批HSC試件測(cè)試結(jié)果也會(huì)有差異，不同量程試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試結(jié)果差異就更大。如清華大學(xué)的一組試驗(yàn)結(jié)果如表2。表2試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)試件平均強(qiáng)度(MPa)(55組)fcu100mm立方體試件平均強(qiáng)度(55組)fcufcu/fcu長(zhǎng)春產(chǎn)5000kN59.768.60.87長(zhǎng)春產(chǎn)2000kN63.869.40.92無錫產(chǎn)2000kN65.173.10.89芬蘭和日本也用不同試驗(yàn)機(jī)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響做過研究。如芬蘭采用20臺(tái)試驗(yàn)機(jī)對(duì)80MPaHSC試

7、驗(yàn)結(jié)果顯示，強(qiáng)度最低組與最高組之比為75；對(duì)40MPa的混凝土，其比值升高為85。日本也同樣采用20臺(tái)不同試驗(yàn)機(jī)對(duì)100MPa和60MPa的兩批HSC進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明強(qiáng)度最低組與最高組之比值分別為69和76%。所有這些試驗(yàn)資料均說明一個(gè)問題：隨HSC強(qiáng)度等級(jí)的提高，不同試驗(yàn)機(jī)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響變得顯著，而對(duì)低強(qiáng)混凝土的影響相對(duì)就較小，這是試驗(yàn)檢測(cè)中有待研究和引起足夠重視的。養(yǎng)護(hù)條件對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。主要指早期養(yǎng)護(hù)和溫濕度。試件成型后通常經(jīng)24h后脫模。由于大部分試驗(yàn)室(特別是江南)成型時(shí)無恒溫、恒濕條件，春夏秋冬四季溫差和相對(duì)溫度差異較大，試模內(nèi)的24h非旦嚴(yán)重影響HSC的早期強(qiáng)度，也直接影響

8、到28天強(qiáng)度。我們?cè)?0和10，相對(duì)濕度80和75條件下，配制C60HSC，測(cè)得的結(jié)果表明，7天強(qiáng)度相差10，28天強(qiáng)度差7.5。而對(duì)C20C30混凝土的影響很小。這是因?yàn)镠SC的WB小，早期強(qiáng)度發(fā)展快，溫度敏感性大。因此，在配制HSC時(shí)，如無恒溫恒濕條件，則成型后必須立即移入養(yǎng)護(hù)室護(hù)養(yǎng)，如若無此條件，則盡可能縮短在試模內(nèi)的時(shí)間，提前拆模。并且表面覆蓋塑料膜或其它保溫保濕措施，嚴(yán)防水份揮發(fā)影響強(qiáng)度。另一方面，我國(guó)普通混凝土的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件是20±3，相對(duì)濕度90以上或水中養(yǎng)護(hù)。亦即表明相對(duì)溫度90以上養(yǎng)護(hù)與水中養(yǎng)護(hù)對(duì)強(qiáng)度影響不大。對(duì)HSC來說，由于本身非常致密，后期失水或吸入水份的可能

9、性均較小，特別是當(dāng)WB小于0.28時(shí)，試件內(nèi)部處于相對(duì)缺水狀態(tài)，加之HSC自收縮較大，故水中養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生的表層濕脹，易加重試件內(nèi)外的應(yīng)力差，導(dǎo)致試件強(qiáng)度降低。如水中養(yǎng)護(hù)試件經(jīng)24h空氣干燥后，重量幾乎不變，但由于應(yīng)力差減弱，C60HSC的強(qiáng)度提高78，而C25混凝土強(qiáng)度幾乎不變。因?yàn)楦遅C低強(qiáng)混凝土早期失去的往往是自由水，對(duì)強(qiáng)度影響不大，后期繼續(xù)干燥產(chǎn)生的強(qiáng)度提高，通常認(rèn)為是軟化系數(shù)的概念，這一點(diǎn)是有別于HSC的。WB小于0.4時(shí)水中養(yǎng)護(hù)試件，經(jīng)劈裂試驗(yàn)，僅表層20mm左右濕潤(rùn)，內(nèi)部均較干燥。因此，作者認(rèn)為，HSC養(yǎng)護(hù)最佳濕度條件是90以上潮濕空氣(與普通混凝土一致化)或簡(jiǎn)單的塑料膜密封養(yǎng)護(hù)。&#

10、160;   2007-04-21        3HSC試件強(qiáng)度與構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的相關(guān)性前面分析討論的影響試件強(qiáng)度的因素，總的來說是導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏低，這對(duì)安全是有益的。但水化熱問題，自收縮問題及現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)條件問題，情況就比較復(fù)雜。3.1水化熱對(duì)強(qiáng)度的影響通常我們把最小截面尺寸大于1m的構(gòu)件稱之為大體積混凝土，必須采取有效措施控制水化熱引起的內(nèi)外溫差。其主要目的是防止溫差裂縫的產(chǎn)生，而對(duì)溫度升高引起強(qiáng)度的變化問題未加重視。GB5020492和規(guī)程中也未提及。對(duì)截面尺寸大于0.6m的梁板構(gòu)

11、件，在普通混凝土中可以說很少對(duì)水化熱問題引起重視，但對(duì)HSC來說，由于水泥用量的增加，水化熱引起的溫差應(yīng)力和溫度對(duì)強(qiáng)度的影響已顯得十分重要。有資料表明1,當(dāng)水泥用量達(dá)400kgm3時(shí)，0.5m厚的試件中心溫峰可達(dá)45(環(huán)境溫度20)，雖然溫差尚在GB5020492規(guī)范允許范圍內(nèi)，但對(duì)硅酸鹽水泥或普通水泥配制的混凝土而言，足以使28天及后期強(qiáng)度顯著下降。如環(huán)境溫度升高，或水泥用量進(jìn)一步增加，一方面絕對(duì)溫升將顯著提高；另一方面，溫峰出現(xiàn)的時(shí)間更早，高效減水劑的使用也將加劇這一現(xiàn)象，對(duì)混凝土強(qiáng)度造成的危害更大。當(dāng)然，混凝土厚度提高，絕對(duì)溫度也更高，如1.5m厚時(shí)中心溫峰可達(dá)65(水泥400kgm3，

12、環(huán)境溫度20)。因此，必須注意到試件尺寸小受水化熱影響小，從而使試件強(qiáng)度尤其是長(zhǎng)期強(qiáng)度高于實(shí)際構(gòu)件強(qiáng)度，特別對(duì)采用純硅酸鹽水泥或普通水泥配制的HSC或較大構(gòu)件尺寸的混凝土更應(yīng)引起重視。當(dāng)采用較高摻量摻合料時(shí)，特別是摻用粉煤灰(FA)、礦渣(SG)或沸石粉時(shí)，情況則完全相反。因水化熱對(duì)這類混凝土的早期和后期強(qiáng)度均十分有利，試件強(qiáng)度就會(huì)小于構(gòu)件混凝土實(shí)際強(qiáng)度值。但摻硅粉混凝土例外。因此，對(duì)HSC而言，截面最小尺寸超過05m的構(gòu)件就應(yīng)對(duì)水化熱問題引起足夠重視，且不是簡(jiǎn)單的控制溫差，更重要的是控制絕對(duì)溫升。其中最有效的辦法就是摻用適量FA、SG或沸石粉。3.2自收縮對(duì)強(qiáng)度的影響HSC的自收縮值7天可達(dá)

13、100×10-6mm以上,人們普遍關(guān)心的是對(duì)HSC裂縫影響，尤其是早期裂縫，但對(duì)強(qiáng)度的影響研究很少。從某種意義上來說，在鋼筋混凝土構(gòu)件中，自收縮引起的微裂紋(假如存在)在鋼筋等約束條件下，對(duì)抗壓強(qiáng)度影響可能很小，但也正因?yàn)殇摻罴s束使混凝土處于拉應(yīng)力狀態(tài)，對(duì)抗拉強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響。此時(shí)，若以試件劈拉強(qiáng)度或軸拉強(qiáng)度來推算構(gòu)件混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)顯得不安全。因?yàn)樵嚰叽缧『妥杂啥却螅允湛s引起的拉應(yīng)力幾乎可忽略，當(dāng)以抗壓強(qiáng)度折算抗拉強(qiáng)度時(shí)也應(yīng)注意這一問題，但其影響值有多大，有待進(jìn)一步研究。3.3自然養(yǎng)護(hù)條件對(duì)強(qiáng)度的影響濕度條件對(duì)普通混凝土的強(qiáng)度影響非常顯著，對(duì)尺寸相對(duì)較大的構(gòu)件，常出現(xiàn)表層

14、混凝土強(qiáng)度低于內(nèi)部強(qiáng)度的現(xiàn)象。主要是水灰比大，孔隙多，失水過早、過多所致。試件的尺寸相對(duì)較小，若不經(jīng)潮濕養(yǎng)護(hù)，也有可能導(dǎo)致試件強(qiáng)度低于實(shí)際構(gòu)件強(qiáng)度。對(duì)HSC來說，關(guān)鍵是早期潮濕養(yǎng)護(hù)非常重要，而后期因混凝土較致密，很難失水，濕度條件對(duì)強(qiáng)度的影響相對(duì)較小。溫度條件對(duì)普通混凝土強(qiáng)度亦有影響，但遠(yuǎn)不及對(duì)HSC來得顯著。(1)硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥配制的HSC(不摻或摻很少量混合材)，由于水化熱的作用，試件強(qiáng)度往往高于構(gòu)件混凝土實(shí)際強(qiáng)度，表層強(qiáng)度高于內(nèi)部強(qiáng)度，這在夏季施工時(shí)尤為顯著。當(dāng)試件采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(非現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù))時(shí)，試件強(qiáng)度將更加偏高。即使冬季施工，當(dāng)構(gòu)件尺寸較大時(shí)，試件強(qiáng)度仍有可能高于實(shí)際構(gòu)件強(qiáng)

15、度。這是非常值得重視的。(2)摻大量混合材配制的HSC，情況與上述相反。如大量摻入粉煤灰、普通磨細(xì)礦渣或沸石粉配制的HSC，水化熱只要不引起較大的溫差應(yīng)力，它將大大有利于混凝土強(qiáng)度的提高，此時(shí)試件強(qiáng)度低于構(gòu)件實(shí)際強(qiáng)度，內(nèi)部強(qiáng)度則高于表層強(qiáng)度，冬季施工、現(xiàn)場(chǎng)自然養(yǎng)護(hù)時(shí)更顯著。夏季施工時(shí)，若試件采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，則試件強(qiáng)度更低于構(gòu)件實(shí)際強(qiáng)度，可以這樣說，20±3的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件，對(duì)普通水泥和硅酸鹽水泥混凝土是適宜溫度，面對(duì)高摻量混合材配制的HSC，這一“標(biāo)準(zhǔn)”溫度應(yīng)高得多。認(rèn)識(shí)這一點(diǎn)是非常必要的，它從另一個(gè)側(cè)面要求我們?cè)谂渲艸SC時(shí)，盡可能多地?fù)接梅勖夯摇⒌V渣和沸石粉。  

16、  4構(gòu)件混凝土強(qiáng)度評(píng)定(1)回彈法只能評(píng)定C50以下的構(gòu)件混凝土強(qiáng)度。若要采用這一簡(jiǎn)單的方法評(píng)定HSC的強(qiáng)度，就必須建立新的測(cè)強(qiáng)曲線或研制新型的回彈儀。這是一件很迫切的工作。(2)超聲波法、超聲回彈綜合法和拔出法的儀器設(shè)備，理論上對(duì)HSC也是適用的，但由于彈性模量，拉、剪強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的非同步增長(zhǎng)，故需盡快建立相應(yīng)的測(cè)強(qiáng)曲線。上海建科院和同濟(jì)大學(xué)已開展了相關(guān)研究2，但全國(guó)各地差異較大，一方面宜建立地方性測(cè)強(qiáng)曲線，另一方面需要全國(guó)通力合作，建立全國(guó)通用曲線。(3)鉆芯法是最值接的評(píng)定方法，通常也是最可靠的構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測(cè)法。但在HSC中應(yīng)用，鉆機(jī)鉆取芯樣時(shí)必須有非常優(yōu)異的穩(wěn)定性，一旦鉆機(jī)顫動(dòng)，表面出現(xiàn)波紋狀，將使芯樣強(qiáng)度嚴(yán)重降低，類似于C10的混凝土，鉆切加工引起損傷，使強(qiáng)度偏低。因此鉆芯設(shè)備必須有很高的精度。芯樣承壓面的平整光潔度，當(dāng)能滿足普通混凝土要求時(shí)，對(duì)HSC影響可能仍較大，承壓面必須嚴(yán)格平整光潔平行。當(dāng)采用抹平處理時(shí)，必須保證抹平材料強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度接近，偏低或偏高均會(huì)導(dǎo)致試件強(qiáng)度偏低。因此，對(duì)HSC構(gòu)件強(qiáng)度檢測(cè)方法、除鉆芯法尚能應(yīng)用外，其余檢測(cè)方法急需科研院校和儀器設(shè)備生產(chǎn)廠家的聯(lián)合攻關(guān)。5幾點(diǎn)建議(1)HSC的試模必須嚴(yán)格保證足夠的尺寸和平面、直角精度，以確保試件質(zhì)量，必要時(shí)磨平拋光，否則使試件強(qiáng)度偏低。試驗(yàn)操作時(shí)須特別仔細(xì)。(