導語：高強混凝土試件管理論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文分析了影響高強混凝土試件強度檢測結果的主要因素；試件強度與構件混凝土強度的相關性；提出了構件混凝土強度檢驗中存在的問題和措施。

關鍵詞：混凝土試件強度檢驗

1.前言

隨著混凝土技術的進步和發(fā)展，高強混凝土(以下簡作HSC)的應用已越來越廣?！陡邚娀炷两Y構技術規(guī)程》(CECS104：99，以下簡作《規(guī)程》)已于1999年頒布實施，必將進一步推動HSC的設計和應用。由于HSC的強度和質量要求的提高以及大量摻合料的使用，與普通混凝土相比，無論是試件強度檢驗、構件強度檢驗，尤其是質量檢驗驗收標準等，均提出了許多新的問題和更高的要求。甚至產生了這樣一種概念：配制和生產HSC已不存在太多困難，而如何準確測定評價HSC的強度，己成為急需解決的技術難題。我們在相關試驗研究和實際工作中也遇到了許多此類問題。如試件強度遠低于或遠高于實際構件混凝土強度；構件混凝土強度采用何種無損檢測方法準確評價等等。本文主要就此提出相關問題和建議，以期在推廣應用HSC的同時，更好地把握和確保工程質量。

2．HSC的試件強度檢驗

2．1試件尺寸和平整度

隨著HSC強度的不斷提高，試驗機量程的限制，以及骨料最大粒徑一般為25mm，因此，在科學研究和實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，與標準試件150×150×150(mm)的尺寸換算系數為0.95。而HSC中一般均小于此值。且隨著強度提高，折算系數下降?！兑?guī)程》中提出的100mm立方體試件折算成標準尺寸試件的折算系數如表1:

表1

Fcu,10(MPa)KFcu,10(MPa)K

≤550.9576--850.92

56--650.9486--950.91

66--750.93>960.90

問題的關鍵在于強度提高何以使折算系數下降。普通混凝土中主要認為是大試件存在內部缺陷概率高，在HSC中同樣有這一因素，但還存在更重要的因素，其中最主要的是試件平整度。試件強度越低，塑性越大，可調變形量大，表面平整度對實際強度的影響就越小。試件強度越高，材料脆性越大，可調變形量小，表面不平整度和不平行度對實際強度的影響就越大。通常情況下，小試件的表面平整度和平行度均高于大試件。因而許多試驗結果(清華大學、北京城建集團構件廠等)表明，其折算系數比《規(guī)程》提供的值更低(平均強度Fcu,10=70.4MPa，K實=090；Fcu,10=60MPa，K實=0.92)。但我們采用相對嚴格平整的大小試件試驗結果表明，C60～C80的混凝土強度折算系數均為0.95。因此，當用小試件結果換算標準尺寸強度時須注意這一問題。雖然我們還很難定量描述試件不平整度對強度影響率，但對HSC強度試件保證足夠的表面平整度和平行度是必需的，必要時對試件進行磨平拋光，否則將嚴重降低強度值，亦即要選用優(yōu)質的混凝土試模，并做到嚴格的定期檢驗和修正。同樣對試驗機的承壓板也應及時檢驗。

此外，試驗操作時的試件偏心受壓對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，使測試結果偏低。雖然試件表面不平整度、不平行度和偏心受壓，均使測試結果偏小，對結構物是安全的，但科學地準確評價HSC的強度，確保測試結果與實際強度的一致性是我們的宗旨。當用小試件折算標準試件強度時更應引起重視。

2.2試驗和養(yǎng)護條件對測試結果的影響

當標準試件的抗壓強度大于70MPa時，對部份試驗室所擁有的2000kN試驗機來說，已達量程的80％以上，對測試結果將有一定影響。這僅僅是問題的一部分。由于不同生產廠家，不同構造型式的試驗機剛度不盡一致，同量程試驗機對同一批HSC試件測試結果也會有差異，不同量程試驗機的測試結果差異就更大。如清華大學的一組試驗結果如表2。

表2

試驗機標準試件平均強度(MPa)(55組)fcu100mm立方體試件平均強度(55組)f′cufcu/f′cu

長春產5000kN59.768.60.87

長春產2000kN63.869.40.92

無錫產2000kN65.173.10.89

芬蘭和日本也用不同試驗機對測試結果的影響做過研究。如芬蘭采用20臺試驗機對80MPaHSC試驗結果顯示，強度最低組與最高組之比為75％；對40MPa的混凝土，其比值升高為85％。日本也同樣采用20臺不同試驗機對100MPa和60MPa的兩批HSC進行試驗，結果表明強度最低組與最高組之比值分別為69％和76%。所有這些試驗資料均說明一個問題：隨HSC強度等級的提高，不同試驗機對測試結果的影響變得顯著，而對低強混凝土的影響相對就較小，這是試驗檢測中有待研究和引起足夠重視的。

養(yǎng)護條件對測試結果的影響。主要指早期養(yǎng)護和溫濕度。試件成型后通常經24h后脫模。由于大部分試驗室(特別是江南)成型時無恒溫、恒濕條件，春夏秋冬四季溫差和相對溫度差異較大，試模內的24h非旦嚴重影響HSC的早期強度，也直接影響到28天強度。我們在20℃和10℃，相對濕度80％和75％條件下，配制C60HSC，測得的結果表明，7天強度相差10％，28天強度差7.5％。而對C20～C30混凝土的影響很小。這是因為HSC的W／B小，早期強度發(fā)展快，溫度敏感性大。因此，在配制HSC時，如無恒溫恒濕條件，則成型后必須立即移入養(yǎng)護室護養(yǎng)，如若無此條件，則盡可能縮短在試模內的時間，提前拆模。并且表面覆蓋塑料膜或其它保溫保濕措施，嚴防水份揮發(fā)影響強度。

另一方面，我國普通混凝土的標準養(yǎng)護條件是20±3℃，相對濕度90％以上或水中養(yǎng)護。亦即表明相對溫度90％以上養(yǎng)護與水中養(yǎng)護對強度影響不大。對HSC來說，由于本身非常致密，后期失水或吸入水份的可能性均較小，特別是當W／B小于0.28時，試件內部處于相對缺水狀態(tài)，加之HSC自收縮較大，故水中養(yǎng)護產生的表層濕脹，易加重試件內外的應力差，導致試件強度降低。如水中養(yǎng)護試件經24h空氣干燥后，重量幾乎不變，但由于應力差減弱，C60HSC的強度提高78％，而C25混凝土強度幾乎不變。因為高W／C低強混凝土早期失去的往往是自由水，對強度影響不大，后期繼續(xù)干燥產生的強度提高，通常認為是軟化系數的概念，這一點是有別于HSC的。W／B小于0.4時水中養(yǎng)護試件，經劈裂試驗，僅表層20mm左右濕潤，內部均較干燥。因此，作者認為，HSC養(yǎng)護最佳濕度條件是90％以上潮濕空氣(與普通混凝土一致化)或簡單的塑料膜密封養(yǎng)護。

3HSC試件強度與構件混凝土強度的相關性

前面分析討論的影響試件強度的因素，總的來說是導致試驗結果偏低，這對安全是有益的。但水化熱問題，自收縮問題及現場養(yǎng)護條件問題，情況就比較復雜。

3.1水化熱對強度的影響

通常我們把最小截面尺寸大于1m的構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外溫差。其主要目的是防止溫差裂縫的產生，而對溫度升高引起強度的變化問題未加重視。GB5020492和《規(guī)程》中也未提及。對截面尺寸大于0.6m的梁板構件，在普通混凝土中可以說很少對水化熱問題引起重視，但對HSC來說，由于水泥用量的增加，水化熱引起的溫差應力和溫度對強度的影響已顯得十分重要。有資料表明［1］,當水泥用量達400kg／m3時，0.5m厚的試件中心溫峰可達45℃(環(huán)境溫度20℃)，雖然溫差尚在GB5020492規(guī)范允許范圍內，但對硅酸鹽水泥或普通水泥配制的混凝土而言，足以使28天及后期強度顯著下降。如環(huán)境溫度升高，或水泥用量進一步增加，一方面絕對溫升將顯著提高；另一方面，溫峰出現的時間更早，高效減水劑的使用也將加劇這一現象，對混凝土強度造成的危害更大。當然，混凝土厚度提高，絕對溫度也更高，如1.5m厚時中心溫峰可達65℃(水泥400kg／m3，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，從而使試件強度尤其是長期強度高于實際構件強度，特別對采用純硅酸鹽水泥或普通水泥配制的HSC或較大構件尺寸的混凝土更應引起重視。

當采用較高摻量摻合料時，特別是摻用粉煤灰(FA)、礦渣(SG)或沸石粉時，情況則完全相反。因水化熱對這類混凝土的早期和后期強度均十分有利，試件強度就會小于構件混凝土實際強度值。但摻硅粉混凝土例外。因此，對HSC而言，截面最小尺寸超過05m的構件就應對水化熱問題引起足夠重視，且不是簡單的控制溫差，更重要的是控制絕對溫升。其中最有效的辦法就是摻用適量FA、SG或沸石粉。

3.2自收縮對強度的影響

HSC的自收縮值7天可達100×10-6mm以上,人們普遍關心的是對HSC裂縫影響，尤其是早期裂縫，但對強度的影響研究很少。從某種意義上來說，在鋼筋混凝土構件中，自收縮引起的微裂紋(假如存在)在鋼筋等約束條件下，對抗壓強度影響可能很小，但也正因為鋼筋約束使混凝土處于拉應力狀態(tài)，對抗拉強度產生較大影響。此時，若以試件劈拉強度或軸拉強度來推算構件混凝土抗拉強度時，就會顯得不安全。因為試件尺寸小和自由度大，自收縮引起的拉應力幾乎可忽略，當以抗壓強度折算抗拉強度時也應注意這一問題，但其影響值有多大，有待進一步研究。

3.3自然養(yǎng)護條件對強度的影響

濕度條件對普通混凝土的強度影響非常顯著，對尺寸相對較大的構件，常出現表層混凝土強度低于內部強度的現象。主要是水灰比大，孔隙多，失水過早、過多所致。試件的尺寸相對較小，若不經潮濕養(yǎng)護，也有可能導致試件強度低于實際構件強度。對HSC來說，關鍵是早期潮濕養(yǎng)護非常重要，而后期因混凝土較致密，很難失水，濕度條件對強度的影響相對較小。

溫度條件對普通混凝土強度亦有影響，但遠不及對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，試件強度往往高于構件混凝土實際強度，表層強度高于內部強度，這在夏季施工時尤為顯著。當試件采用標準養(yǎng)護(非現場養(yǎng)護)時，試件強度將更加偏高。即使冬季施工，當構件尺寸較大時，試件強度仍有可能高于實際構件強度。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、普通磨細礦渣或沸石粉配制的HSC，水化熱只要不引起較大的溫差應力，它將大大有利于混凝土強度的提高，此時試件強度低于構件實際強度，內部強度則高于表層強度，冬季施工、現場自然養(yǎng)護時更顯著。夏季施工時，若試件采用標準養(yǎng)護，則試件強度更低于構件實際強度，可以這樣說，20±3℃的標準養(yǎng)護條件，對普通水泥和硅酸鹽水泥混凝土是適宜溫度，面對高摻量混合材配制的HSC，這一“標準”溫度應高得多。認識這一點是非常必要的，它從另一個側面要求我們在配制HSC時，盡可能多地摻用粉煤灰、礦渣和沸石粉。

4構件混凝土強度評定

(1)回彈法只能評定C50以下的構件混凝土強度。若要采用這一簡單的方法評定HSC的強度，就必須建立新的測強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備，理論上對HSC也是適用的，但由于彈性模量，拉、剪強度與抗壓強度的非同步增長，故需盡快建立相應的測強曲線。上海建科院和同濟大學已開展了相關研究〔2〕，但全國各地差異較大，一方面宜建立地方性測強曲線，另一方面需要全國通力合作，建立全國通用曲線。

(3)鉆芯法是最值接的評定方法，通常也是最可靠的構件混凝土強度檢測法。但在HSC中應用，鉆機鉆取芯樣時必須有非常優(yōu)異的穩(wěn)定性，一旦鉆機顫動，表面出現波紋狀，將使芯樣強度嚴重降低，類似于＜C10的混凝土，鉆切加工引起損傷，使強度偏低。因此鉆芯設備必須有很高的精度。芯樣承壓面的平整光潔度，當能滿足普通混凝土要求時，對HSC影響可能仍較大，承壓面必須嚴格平整光潔平行。當采用抹平處理時，必須保證抹平材料強度與混凝土強度接近，偏低或偏高均會導致試件強度偏低。因此，對HSC構件強度檢測方法、除鉆芯法尚能應用外，其余檢測方法急需科研院校和儀器設備生產廠家的聯合攻關。

5幾點建議

(1)HSC的試模必須嚴格保證足夠的尺寸和平面、直角精度，以確保試件質量，必要時磨平拋光，否則使試件強度偏低。試驗操作時須特別仔細。

(2)試驗機必須保證足夠的剛度，盡可能采用較大量程的試驗機，以免使測試結果偏大。

(3)加強早期保濕養(yǎng)護或提早拆模，防止早期失水。盡可能采用潮濕養(yǎng)護。

(4)對不摻混合材的HSC，試件強度可能高于實際強度，特別是構件尺寸≥50cm或夏季施工時更要注意其強度修正。

(5)對高摻量混合材HSC，試件強度往往低于構件強度。冬季施工或采用標準養(yǎng)護時更應引起重視。

(6)對構件尺寸大于50cm的HSC，不但要控制溫差，也要特別重視絕對溫度對強度的影響。應盡可能多摻混合材降低水泥用量。

(7)回彈法不適于評定C50以上混凝土的強度。建議研制新型回彈儀，建立新的地方和全國測強曲線。超聲波法和拔出法及綜合法的應用，也需建立新的測強曲線。

(8)鉆芯法評定構件混凝土強度時，要求芯樣具有更高的光潔度和平整度。抹平材料應具有相應的強度值。