朱效荣  1970出生,教授、研究员级高级工程师,北京城建集团高级顾问,冀东发展集团首席科学家。
       论文
 
 
闽南地区花岗岩机制砂非泵送混凝土回弹法
 

闽南地区花岗岩机制砂非泵送混凝土回弹法

测强曲线的建立与分析

何信生1,3,张  锦2,3, 严捍东2,3,陈治平2,3

(1.中泰(福建)混凝土发展有限公司,福建 惠安 362121;2.华侨大学土木工程学院,福建 泉州 362021;3.中泰华侨大学研发中心,福建 泉州 362021)

 

摘  要:针对闽南地区花岗岩机制砂配制不同强度等级的非泵送混凝土试块,按照JGJ/T23-2001《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》的标准方法分别测试14d、28d、60d、90d、180d、360d混凝土试块的回弹值、碳化深度值和破损强度值,并选用指定的幂函数模型来拟合回弹、碳化深度和实际抗压强度三者之间的关系。最后通过回归分析建立闽南地区花岗岩机制砂非泵送混凝土回弹法测强曲线,并在现场工程实践中得到了验证。

关键词:机制砂;非泵送混凝土;回弹法;测强曲线;回归分析

Establishment and Analysis on Rebound Method Strength-measuring Curve of the Granite Machine-made Sand Non-pumped Concrete in South Region of Fujian

HE Xinsheng1,3,ZHANG Jin2,3,YAN Handong2,3,CHEN Zhiping2,3

(1.ZhongTai(Fujian)Concrete Development Limited Corporation, Fujian  Huian 362121;2.Civil School,Huaqiao University, Fujian  Quanzhou  362021,3.ZhongTai Huaqiao University Research & Development Center, Fujian  Quanzhou  362021)

Abstract:In view of South Region of Fujian,granite machine-made sand is made to different strength levels of the non-pumped concrete briquettes.According to the standard method of “Technical regulation of rebound method detecting concrete compression strength”(JGJ/T23-2001),the concrete briquettes’rebound value,carbonation depth value and damaged strength value are tested by 14d,28d,60d,90d,180d,360d. The specified power function model is selected to analyse the relation among the rebound, carbonation depth and the actual compressive strength.The final regressive analysis is used to establish on rebound method strength-measuring curve of the granite machine-made sand non-pumped concrete in South Region of Fujian,and the curve has been verified in the scene project practice.

Keywords:machine-made sand;non-pump concrete;rebound method;strength-measuring curve;regressive analysis

 


1  前言

近年来,随着国家基建投资规模的不断扩大,混凝土用砂需求量越来越大,再加上国家对天然砂资源开采的限制,使得天然砂成为一种稀缺资源,有些地方甚至出现无砂可用的现象,造成天然砂价格持续上涨。推广机制砂就成为解决砂源的重要措施而在全国开展。

          

作者简介:何信生(1978-),男,工程师,主要从事机制砂预拌混凝土的生产和管理工作。

基金项目:泉州市科技计划项目基金资助(2010G26)

回弹法是现场检测混凝土强度最常用的无损检测方法之一。该方法使用仪器构造简单、操作快捷方便、测试费用低廉,在工程检测中得到了广泛的应用,被国际学术界公认为混凝土无损检测的基本方法之一[1]。尽管我国建立了统一的混凝土回弹测强曲线,但规范[2]中的回弹测强曲线较适用于天然砂非泵送混凝土,规范中对现有曲线能否适用于机制砂混凝土强度评定没有明确的说明。国内部分学者采用目前应用较为普遍的以石灰岩为原料的机制砂混凝土进行了研究[3-6],研究结果表明:回弹法检测机制砂混凝土抗压强度可以采用全国统一的回弹测强曲线,但得出的强度偏差较大;并且采用全国统一的回弹测强曲线明显不如地区测强曲线和专用测强曲线更加精确可靠。因此,全国各个地区应当根据地方特点,因地制宜,建立适合地区要求的机制砂混凝土回弹法测强曲线。闽南地区花岗岩储量丰富,花岗岩机制砂的开发利用很好的解决了天然砂资源短缺的问题和满足建筑用砂的需求,并逐渐成为闽南地区用砂的主要来源之一。为了探讨闽南地区用回弹法花岗岩机制砂混凝土的规律和特点,有必要建立适应该地区的花岗岩机制砂回弹法测强曲线,为该地区混凝土检测提供依据。

2  试验概况

2.1  试验原材料的选用

(1)水泥:采用福建闽福P·O42.5R普通硅酸盐水泥,烧失量2.49%,3d抗折强度5.6MPa,28d抗折强度8.7MPa;3d抗压强度30.5MPa,28d抗压强度47.0MPa。

(2)细集料:花岗岩石加工的机制砂,级配属Ⅱ区,为中砂。细度模数3.0,堆积密度1430kg/m3,总压碎指标值26.3%,泥块含量0.5%,MB值0.5,石粉含量 4.8%。

(3)粗集料:粒径为5mm~31.5mm的花岗岩碎石。堆积密度1470kg/m3, 压碎指标值15.0%,含泥量0.5%,泥块含量0.1%。

(4)外加剂为复配型引气、缓凝萘系高效减水剂。

(5)掺合料:粉煤灰(代号F);磨细矿渣微粉(代号KF)。

2.2  混凝土配合比

试验所用非泵送混凝土的配合比如表1所示。


表1  非泵送混凝土配合比

强度

坍落度

(mm)

原材料配合比用量(kg/m3

水泥

机制砂

碎石

外加剂

F

KF

砂率(%)

C20

C25

C30

C35

C40

C45

80±20

80±20

80±20

80±20

100±30

100±30

173

180

213

237

279

309

166

165

170

170

170

175

880

848

803

769

729

671

1074

1079

1065

1061

1050

1050

4.16

4.90

5.81

6.27

7.78

8.55

52

56

64

57

63

71

35

52

65

75

80

95

45.0

44.0

43.0

42.0

41.0

39.0


2.3  测试仪器的选用

(1)回弹仪:选用天津建筑仪器厂生产的HT-225A型混凝土回弹仪,其标准能量为2.207J,示值系统为指针直读式的中型回弹仪。

(2)压力机:TYE-2000B型压力试验机。

3  试验过程

3.1  试块制作

试验采用150mm×150mm×150mm立方体试块。试验龄期分别确定为14d、28d、60d、90d、180d、360d,每一龄期,每一强度等级都由六个试块组成。非泵送混凝土按C20、C25、C30、C35、C40、C45等六个强度等级共制作216个试块,每种强度等级试块在同一天内成型。成型后的第二天,将试块拆模后采用自然养护,先放置在水池养护7d,然后按“品”字形堆放在不受日晒雨淋处,并使试块的底面朝下,表面向上,4个侧面都能接触空气。

3.2  试块测试

(1)测量回弹值时,将到达龄期的试块表面杂质扫干净,把试块放置于压力机的上、下承压板之间,选用试块的一对相应侧面回弹,回弹仪的轴线与试块侧面保持垂直。用压力机加30kN~80kN的预压力固定试块,在试块的每个对测试面取均匀的8个测点,从测得的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值,剩下的10个回弹值取平均值,即得该试块的平均回弹值R,计算精确至0.1。

(2)回弹值测试完成后,先卸载,将试块回弹值面放置在压力机上、下承压板间加压,以每秒6±4KN的速度连续均匀加压直至试块破坏为止,得到试块的破坏荷载值,将其除以试块的受压面积,计算试块的实际抗压强度值 , 精确至0.1MPa。

(3)按《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23—2001)[2]规定的方法进行碳化深度测试,碳化测量精度精确到0.5mm。

4  试验数据处理和测强曲线的建立

对不同龄期,不同强度等级所进行的216个试块的回弹值、抗压强度数据处理计算,得到每个试块的平均值。依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23—2001)[2]中的要求:

(1)测强曲线的回归方程式,应按每一试件求得回弹平均值与实测抗压强度值,采用最小二乘法原理计算,回归方程采用关系式:  = dRm10nL ,式中, 为试块实测抗压强度值,MPa;R为回弹平均值;L为碳化深度,mm;d为常数项;m、n为回归系数。

(2)计算回归方程式的强度平均相对误差 (%)和强度相对标准差 (%)。

                      (1)

                    (2)

试中: 为第i个立方体试件的抗压强度实测值(MPa); 为第i个立方体试件按回归方程计算的强度换算值(MPa),n为试件个数。经对不合格数据的剔除,各龄期回弹法测强曲线方程如表2所示。


表2  非泵送混凝土回弹法测强曲线方程

龄期

非泵送混凝土回弹法测强曲线方程

相关系数

(r)

平均相对误差

(&)

相对标准差

(er

14d

 = 0.008814R2.341045100.014917L

0.9329

7.3%

10.9%

28d

 = 0.002793R2.626582100.005511L

0.9201

9.2%

10.9%

60d

 = 0.010391R2.29672310(-0.015462L)

0.8858

11.8%

14.2%

90d

 = 0.041933R1.92194110(-0.021056L)

0.8732

10.7%

13.0%

180d

 = 0.099176R1.64465510(-0.019712L)

0.8487

11.0%

13.4%

360d

 = 0.423989R1.29066410(-0.026385L)

0.8810

9.2%

11.8%

14d~360d

 = 0.071626R1.74978010(-0.020213L)

0.8872

11.6%

14.8%


针对规范《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23—2001)要求,地区测强曲线的抗压强度平均相对误差(&)不应大于±14.0%、相对标准差(er)不应大于17.0%。由表2可知,各龄期曲线的平均相对误差(&)和相对标准差(er)均满足规范要求。

5  对试验建立的测强曲线进行验证

为了进一步验证测强曲线的精度及适用情况。将闽南地区实际工程施工现场的一批强度编号分别为:C25、C30、C35、C40、C45的花岗岩机制砂非泵送混凝土试件(龄期在60d以内)进行回弹值和抗压强度实测值的检测,并分别用试验所建立的花岗岩机制砂非泵送混凝土回弹法测强曲线、红水河河段石灰岩机制砂混凝土回弹法测强曲线、全国统一回弹法测强曲线对各个试件抗压强度值进行推定,红水河河段针对21~187d,强度等级C15~C65做研究得出[4]:石灰岩机制砂混凝土回弹法测强曲线:  = 0.1236R1.574e-0.081L。结果见表3和图1。

由表3可知,用闽南地区花岗岩机制砂回弹法测强曲线检测强度的平均相对误差(&)为±8.6%,相对标准差(er)为11.7%,均满足规范要求。另外,对于花岗岩机制砂非泵送混凝土而言,采用闽南地区花岗岩机制砂回弹法测强曲线比采用红水河河段石灰岩机制砂回弹法测强曲线和全国统一回弹法测强曲线推定混凝土强度误差更小,精度更高。

由图1可知:

(1)闽南地区测强曲线、红水河河段测强曲线与全国统一测强曲线大致都成线性关系,且三条曲线几乎平行;实测强度曲线为一条不规则的曲线,首尾波动比较大,中间趋于平稳。

(2)当回弹值在34.5~39.5之间时,闽南地区测强曲线与实测强度曲线很靠近,检测时采用闽南地区测强曲线误差小,精度较好;而红水河河段测强曲线和全国统一测强曲线与实测强度曲线成“平行式”偏离,偏离远,检测误差较大。当回弹值在39.5~41.5之间时,红水河河段测强曲线和全国统一测强曲线相对较靠近实测强度曲线,检测时采用这两条测强曲线误差小,精度较好。当回弹值小于34.5或大于41.5时,由于实测强度曲线上下波动较大,因此采用任何一条曲线检测时都应该慎加考虑。


表 3  闽南地区、红水河河段与全国统一回弹法测强曲线推定强度结果对比

强度等级

回弹

值R

碳化

深度

L

(mm)

试件荷载N(KN)

试件抗压强度值 (MPa)

闽南地区花岗岩机

制砂非泵送混凝土

回弹法侧强曲线

红水河河段石灰岩

机制砂混凝土回弹

法侧强曲线

全国统一回弹法

侧强曲线

强度换算值

(MPa)

(%)

强度换

算值

(MPa)

(%)

强度换

算值

(MPa)

(%)

非泵

C25

34.2

0

634.3

28.2

34.6

-18.5

32.1

-12.1

30.3

-6.9

34.4

0

577.7

25.7

35.0

-26.6

32.4

-20.7

30.7

-16.3

34.4

0

650.2

28.9

35.0

-17.4

32.4

-10.8

30.7

-5.9

非泵

C30

34.5

0

816.8

36.3

35.1

3.4

32.5

11.7

30.9

17.5

36.5

0

887.2

39.4

38.8

1.5

35.6

10.7

34.6

13.9

34.2

0

868.3

38.6

34.6

11.6

32.1

20.2

30.3

27.4

非泵

C35

39.6

0

942.2

41.9

44.7

-6.3

40.4

3.7

40.7

2.9

40.0

0

982.7

43.7

45.5

-4.0

41.1

6.3

41.6

5.0

40.7

0

963.6

42.8

46.9

-8.7

42.2

1.4

43.1

-0.7

非泵

C40

43.1

0

1153.5

51.3

51.9

-1.2

46.2

11.0

48.3

6.2

42.4

0

1133.6

50.4

50.4

0

45.0

12.0

46.7

7.9

41.7

0

1158.6

51.5

49.0

5.1

43.9

17.3

45.2

13.9

非泵

C45

41.2

0

988.6

43.9

47.9

-8.4

43.0

2.1

44.1

-0.5

39.1

0

962.0

42.8

43.8

-2.3

39.6

8.1

39.7

7.8

42.5

0

981.2

43.6

50.6

-13.8

45.2

-3.5

47.0

-7.2

平均相对误差&(%)

±8.6

±10.1

±9.3

相对标准差er (%)

11.7

12.1

12.1

 


图1  实测强度曲线、闽南地区测强曲线、红水河河段测强曲线与全国统一测强曲线之间的关系

6  结论

(1)通过大量的实验数据回归分析,建立了闽南地区花岗岩机制砂非泵送混凝土回弹法测强曲线方程:  = 0.071626R1.74978010(-0.020213L),平均相对误差(&)为11.6%,相对标准差(er)为14.8%,均满足规范要求。进一步用试验建立的测强曲线验证了现场实际工程的混凝土试件,精度均能满足规范要求。

(2)本试验在龄期360d内进行测试研究,适用于强度等级为C20~C45的闽南地区花岗岩机制砂非泵送混凝土回弹法推定强度。

(3)当回弹值在34.5~39.5之间时,采用闽南地区测强曲线误差小,精度较好;当回弹值小于34.5或大于41.5时,采用此曲线检测时应该慎加考虑。

(4)采用相应的花岗岩机制砂混凝土回弹法测强曲线比采用石灰岩机制砂混凝土回弹法测强曲线和全国统一回弹法测强曲线更能准确的推定混凝土强度,检测精度高且误差小。因此通过试验建立闽南地区花岗岩机制砂非泵送混凝土回弹法测强曲线具有较大的实用价值。

参考文献:

[1]《新编混凝土无损检测技术》编写组.新编混凝土无损检测技术[M].北京:中国环境科学出版社,2002.

[2] 中华人民共和国行业标准.回弹法检测混凝土抗压强度技术规程(JGJ/T23-2001)[S].北京,2001.

[3] 邱  平.混凝土强度检测用专用或地区测强曲线(3)[J].施工技术,2006,35(10):90~91.

[4] 谢峥,石灰岩人工砂石料常态混凝土测强曲线的研究,红水河,Vol.23,No.3,2004,pp59-62.

[5] 邹启贤1,喻世涛2,贺图升2,徐 鹏3 .回弹法用机制砂混凝土测强曲线的试验研究及应用[J].国外建材科技,2008,29(2):8~11.

[6] 高金焕. 机制砂混凝土回弹测强曲线的制定初探[J].山西建筑,2007,33 (5):162~163.


 

 
 

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