鐵路工程用混凝土強度檢驗評定方法的研究

姚潔瓊

（中鐵十九局集團第一工程有限公司，遼寧 遼陽 111000）

1 引言

混凝土的抗壓強度評定對工程構件或結構都有重要的影響?；炷僚浜媳?、運輸時間、養(yǎng)護工藝等均會對混凝土的質量造成影響。此外，混凝土的質量和性能在施工使用的過程中也會有所變化。例如，在混凝土的水化硬化過程中混凝土極易有溫度裂縫出現(xiàn)；混凝土結構也容易因澆筑后振搗不密實而有孔隙出現(xiàn)，導致其密實性和承載力受到影響。不管是混凝土結構的耐久性還是安全性等，混凝土的質量和性能問題都會對其造成較大的影響。因此，必須準確檢驗評定混凝土的強度質量以確保其安全性?；炷两Y構的質量以及服役狀態(tài)主要由其抗壓強度決定。

當前，多使用回彈法以及鉆芯法對混凝土抗壓強度進行檢測，混凝土抗壓強度的檢測方法在鑒定結構或擴建加固等均發(fā)揮著重要的作用?；诮Y構破損程度，無損檢測可分為非破損或半破損兩種。非破損檢測常使用回彈法，半破損檢測常采用鉆芯法。鉆孔灌注樁或大型建筑混凝土結構常使用鉆芯法檢測抗壓強度，其檢測施工比回彈法更加簡便，主要是以鉆芯取樣的方式對結構強度進行檢測，相比之下，鉆芯法有著更高的可信度以及更為直觀的檢測結果。采用鉆芯法對混凝土強度進行檢測時，除了材料因素之外，其檢測結果還與較多因素有聯(lián)系，如：取芯尺寸以及質量等。

2 試驗方案

本文以鐵路工程中常用的混凝土原材料為研究對象，具體如表1所示。

表1 原材料性能指標類型

以上述原材料進行混凝土的配制，混凝土配合比如表2所示，并將其制備成如圖1所示的長方體混凝土結構。

表2 研究用混凝土配合比

圖1 鉆芯取樣檢測用混凝土結構

選出28d、56d以及90d的混凝土樣品，并在其清潔、平整的兩個平行側面上設置九個測區(qū)，共18個測區(qū)。兩個測區(qū)間保持在2m以下的距離，且距離構件的端部和邊緣應小于0.5m，測區(qū)總面積應在0.04m2以下。在對回彈值進行測試之后，應在相應的測區(qū)內開展鉆芯取樣工作。在具體施工時，應根據(jù)混凝土的結構圖，配合以鋼筋檢測儀避免損傷到混凝土中預埋的鋼筋以及管道等。在平穩(wěn)的安放好鉆芯機之后，應固定鉆機并選擇100mm內徑的鉆頭進行取樣。

將所得的芯樣加工成抗壓強度測試件，在對其外觀進行檢查時需要確保其沒有裂縫以及缺陷。采用鋼卷尺測量芯樣高度，精度應保持在1mm以內。芯樣的高度應保持在0.95d到1.05d的范圍內。芯樣的端面平整度應控制在0.1mm或者0.05mm。

為對混凝土抗壓強度與其加工質量間的聯(lián)系進行研究，針對同一齡期和結構的混凝土中取出的芯樣開展進行不同平整度的處理，得到平整度在0.1mm以下和0.05mm以下的樣品各30組。

3 試驗結果

3.1 抗壓強度測試結果

對不同齡期下不同強度等級的混凝土以鉆芯法測量其抗壓強度，通過對比平整度在0.1m以下和0.05mm以下的芯樣可得如下圖2所示結果。圖中所示結果為30個芯樣強度換算的平均值，限于篇幅，本文僅列出部分內容。

圖2 鉆芯法測得的各組混凝土強度換算值

從結果可知，混凝土的抗壓強度隨著不斷增加的齡期表現(xiàn)出不斷增大的趨勢，但對于有著較高強度等級的混凝土而言，齡期從56d增長到90d時的抗壓強度增長幅度較小。C30和C40強度等級的混凝土無論在何種齡期下，相比于0.1mm以下平整度的芯樣，0.05mm以下平整度的芯樣有著更高的抗壓強度換算值，而標準養(yǎng)護試件的抗壓強度則與平整度在0.1mm以下的芯樣基本一致。表明低等級的混凝土平整度在0.1mm以下時可較好地反映出混凝土真實的強度。而在C45強度等級以上的混凝土，比起0.05mm以下平整度的試件的抗壓強度，0.1mm以下平整度的試件有著更低的抗壓強度換算值，并且在越長的齡期和強度等級下有著越大的差距。如混凝土在標準養(yǎng)護條件下的抗壓強度，在三個齡期下比平整度在0.1mm以下的混凝土的抗壓強度分別低6.3mpa、7.0mpa以及12.3mpa，且比0.05mm以下平整度的混凝土抗壓強度要低7.6mpa、8.7mpa以及11.8mpa。可知，從抗壓強度的測試結果而言，芯樣處理過后的平整度有著較大的影響。0.05mm以下平整度的芯樣有著與標準養(yǎng)護強度的芯樣接近的抗壓強度換算值。

混凝土受壓破壞首先開始于骨料和砂漿的界面微裂縫，該位置是應力集中最為嚴重的地方。在眾多混凝土的芯樣試件中表面平整度較差的位置是最容易產生局部應力集中的地方，該種情況下測試得到的強度值往往偏低。故在對混凝土強度進行鉆芯法測試時，尤其是50Mpa以上強度的混凝土，應確保其芯樣有著0.05mm以下的平整度。

以鉆芯法確定混凝土抗壓強度換算值并推算混凝土強度時，可通過如下方法進行確定： （1）混凝土試件抗壓強度最小值大于85%抗壓強度標準值時，可將其推定值確定為鉆芯法測得數(shù)據(jù)的平均值； （2）當所測得的混凝土試件抗壓強度最小值在85%的抗壓強度標準值以下時，可將混凝土的強度推定值確定為最小值。

根據(jù)上述方法進行推定可知，各組芯樣試件無論在何種平整度下均有著比85%混凝土抗壓強度標準值要大的抗壓強度。每組30個芯樣強度標準差均在5mpa以下，表明芯樣有著較為穩(wěn)定的質量，僅存在較小的離散性。并且0.05mm平整度以下的芯樣比起0.1mm平整度以下的芯樣有著更小的強度標準差，說明其均勻性更佳，以0.05mm平整度處理芯樣是可行的。

3.2 影響因素分析

試件幾何尺寸對于混凝土的抗壓強度測試結果而言也是較為重要的影響因素。下表3對國內外研究機構在尺寸芯樣不同時進行試驗所得到的強度結果進行了統(tǒng)計，從表中可以看出所得結果并不統(tǒng)一，測試結果一方面與芯樣強度分散性有所聯(lián)系，另一方面其與試件制備時所用的原材料也有聯(lián)系。為避免芯樣尺寸對試驗結果造成的影響，在滿足混凝土結構基本要求的條件下，本文建議以100mm直徑、1.0高與直徑比的芯樣開展強度測試。

表3 小芯樣測試混凝土強度的研究結果

4 結語

（1）混凝土的強度測試受芯樣試件平整度的影響較大。C50Mpa以上的混凝土在平整度小于0.1mm時的芯樣強度換算值比標準養(yǎng)護強度下的低，該差值在越大強度等級的混凝土中有越明顯的表現(xiàn)。標準養(yǎng)護強度狀態(tài)下的混凝土試件與0.05mm平整度以下試件的抗壓強度接近，且標準差更小。為使鉆芯法所得的結果有著更高的準確性，應確保芯樣試件的平整度在0.05mm以下。

（2）在檢測混凝土強度時，鉆芯法所用芯樣應為直徑100mm，1.0高徑比的尺寸，以避免測試結果可能受到尺寸效應影響。