[提 要] 本文通過工程實(shí)例,論述了結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度檢測(cè)過程中齡期的影響,總結(jié)了一些處理經(jīng)驗(yàn)。
[關(guān)鍵詞] 混凝土強(qiáng)度;無損檢測(cè);齡期
1 前言
由于混凝土強(qiáng)度對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)安全具有重要意義,當(dāng)混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定結(jié)果不合格或者有爭議的時(shí)候,依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》( GB 50204 -2002)中的規(guī)定,可采用非破損或局部破損的檢測(cè)方法,對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件中的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè),并作為處理依據(jù)。但是,由于混凝土試塊的養(yǎng)護(hù)條件以及齡期等和結(jié)構(gòu)實(shí)體不同,而進(jìn)行結(jié)構(gòu)實(shí)體檢測(cè)的混凝土,通常是在混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊檢驗(yàn)以后進(jìn)行的,其齡期都超過28天,因此在結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度檢測(cè)中,有必要考慮齡期的影響。
2 混凝土強(qiáng)度與齡期的關(guān)系
混凝土的強(qiáng)度增長源于其水泥的水化反應(yīng),由于混凝土中的水泥的水化反應(yīng)是一個(gè)較為長期的過程,因此在一定時(shí)間范圍內(nèi),混凝土強(qiáng)度隨齡期的增長而增長。通常認(rèn)為,混凝土強(qiáng)度R與齡期t之間近似存在下列的關(guān)系:
上式中, k是系數(shù),對(duì)于不同的原材料(主要是水泥品種)取值不同。
實(shí)際上式⑴只是一個(gè)概念公式,不是一個(gè)確切的計(jì)算公式,即如果已知某個(gè)齡期時(shí)的混凝土強(qiáng)度,直接通過上式推算不同齡期下的混凝土強(qiáng)度則誤差相當(dāng)大,且當(dāng)混凝土達(dá)到一定齡期后,由于水泥水化基本完成,混凝土強(qiáng)度基本上不再隨齡期增長。一般認(rèn)為,對(duì)于未摻加粉煤灰等活性摻合料的普通混凝土,混凝土強(qiáng)度在齡期28d的時(shí)候基本趨于穩(wěn)定,因此工程界均以28d齡期、溫度20℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的混凝土強(qiáng)度作為其材料強(qiáng)度取值的標(biāo)準(zhǔn),混凝土強(qiáng)度等級(jí)的定義也是以上述強(qiáng)度作為基準(zhǔn)的。實(shí)際上,隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展,活性摻合料、外加劑等新組分的應(yīng)用逐漸加強(qiáng),現(xiàn)在某些商品混凝土或者高性能混凝土的強(qiáng)度已經(jīng)突破這個(gè)規(guī)律,例如,對(duì)于摻加了粉煤灰的混凝土,其后期強(qiáng)度增長潛力巨大,甚至其60d齡期的強(qiáng)度可以達(dá)到28d強(qiáng)度的115倍左右。
同時(shí),對(duì)于結(jié)構(gòu)實(shí)體的混凝土,其養(yǎng)護(hù)溫度、濕度、體量等與標(biāo)準(zhǔn)試塊均不同,標(biāo)準(zhǔn)試塊的強(qiáng)度值不一定能代表結(jié)構(gòu)實(shí)體的混凝土強(qiáng)度,為此,現(xiàn)行的施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范《GB 50204- 2002》中特別規(guī)定了同條件養(yǎng)護(hù)試件作為結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度的檢驗(yàn)。
因此,對(duì)于結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度的檢測(cè),必須了解所檢混凝土的齡期、養(yǎng)護(hù)條件等,才能使檢測(cè)結(jié)果更符合實(shí)際情況。
3 從工程實(shí)例看混凝土齡期的影響
3．1 結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的等效養(yǎng)護(hù)齡期
依據(jù)施工驗(yàn)收規(guī)范《GB 50204 - 2002》附錄D的相關(guān)條文,同條件養(yǎng)護(hù)試件的等效養(yǎng)護(hù)齡期可根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁睾宛B(yǎng)護(hù)條件,取累計(jì)達(dá)到600℃·d時(shí)對(duì)應(yīng)的齡期,其中600℃·d的取值是參照標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件養(yǎng)護(hù)溫度為20℃、齡期為28d時(shí)的養(yǎng)護(hù)齡期為560℃·d確定的。這樣規(guī)定的目的是使得結(jié)構(gòu)實(shí)體同條件養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度值與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度值具有可比性。同理,對(duì)于未留置同條件養(yǎng)護(hù)試件的結(jié)構(gòu)實(shí)體進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)時(shí),應(yīng)注意等效養(yǎng)護(hù)齡期(也稱之為成熟度)的影響。
福州市某工程采用鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ),混凝土由施工單位現(xiàn)場(chǎng)自拌澆注,由于標(biāo)準(zhǔn)試塊抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果波動(dòng)超過15% ,無代表值,委托我站采用鉆芯法進(jìn)行結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度檢測(cè)。我站在混凝土齡期30d的時(shí)候進(jìn)場(chǎng),抽取2個(gè)基礎(chǔ)承臺(tái),每個(gè)承臺(tái)各鉆取了1組3個(gè)Φ100mm的芯樣,當(dāng)天就加工成高徑比為1: 1的標(biāo)準(zhǔn)芯樣,在室溫下浸泡48h后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn),其結(jié)果見表1。數(shù)據(jù)表明,所鉆2組芯樣混凝土強(qiáng)度換算值的平均值分別為18．0MPa、19．7MPa,其芯樣混凝土強(qiáng)度換算值的代表值(即最小值)分別為15．3MPa、16．6MPa,均低于C25的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)。
經(jīng)調(diào)查,由于混凝土澆筑施工的日期為1月份,正是福州市平均氣溫最低的季節(jié),日均溫度僅為8℃～10℃,最低氣溫尚未達(dá)到0℃,因此不影響混凝土澆筑施工,但施工單位僅采用常溫水養(yǎng)護(hù),未采用溫水養(yǎng)護(hù),因此根據(jù)日平均溫度統(tǒng)計(jì),檢測(cè)時(shí),混凝土齡期雖然已經(jīng)超過28d,但其等效的養(yǎng)護(hù)齡期按日平均溫度逐日累計(jì)僅達(dá)到約300℃·d,而經(jīng)過上述分析,決定在結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土等效養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到600℃·d時(shí)(約55d)再次對(duì)同樣的承臺(tái)構(gòu)件進(jìn)行鉆芯檢測(cè),其檢測(cè)結(jié)果見表1。表1的數(shù)據(jù)表明,在結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土等效養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到600℃·d時(shí),其芯樣混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的代表值均超過25MPa,該檢測(cè)結(jié)果較真實(shí)地反映了結(jié)構(gòu)實(shí)體的強(qiáng)度狀況,具有代表性。
上述檢測(cè)實(shí)例表明,在結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中,應(yīng)注意等效養(yǎng)護(hù)齡期。
3．2 不同齡期混凝土強(qiáng)度的增長
某220kV變電所主控聯(lián)合樓為二層現(xiàn)澆鋼筋砼框架結(jié)構(gòu),建筑面積約1200m2 ,混凝土采用現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械攪拌澆注,其二層框架柱混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25,由于部分二層框架柱角部及局部側(cè)面存在表面起砂等缺陷,為了解其混凝土強(qiáng)度狀況,施工單位于混凝土齡期為19d時(shí)委托我站抽取3根觀感最差的二層柱進(jìn)行鉆芯檢測(cè),結(jié)果見表2,由于當(dāng)時(shí)混凝土齡期僅19d,無法得出結(jié)論,為進(jìn)一步了解其混凝土強(qiáng)度狀況,混凝土齡期29d時(shí)施工單位第二次委托我站對(duì)全部二層框架柱采用超聲回彈綜合法進(jìn)行檢測(cè),共計(jì)檢測(cè)了29根二層框架柱,其砼強(qiáng)度推定值為17．2MPa～36．4MPa,其中8根柱現(xiàn)齡期砼強(qiáng)度推定值低于25．0MPa,其中第一次鉆芯檢測(cè)的3根構(gòu)件的超聲回彈綜合法檢測(cè)結(jié)果見表2。該檢測(cè)結(jié)果在和施工單位、建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位以及監(jiān)理單位等有關(guān)部門會(huì)同評(píng)議時(shí)引起了爭議,爭議的主要焦點(diǎn)在于,從19d的鉆芯結(jié)果和29d的超聲回彈綜合法檢測(cè)結(jié)果看,強(qiáng)度增長幅度較大。
但進(jìn)一步的分析表明, 19d齡期下的鉆芯法檢測(cè)結(jié)果基本上是29d構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定值的70%左右,還是符合混凝土強(qiáng)度發(fā)展的一般規(guī)律的。為了進(jìn)一步驗(yàn)證超聲回彈綜合法檢測(cè)結(jié)果,最后在該3個(gè)構(gòu)件上再次進(jìn)行了鉆芯驗(yàn)證,結(jié)果見表2。數(shù)據(jù)表明,鉆芯檢測(cè)結(jié)果和超聲回彈綜合法檢測(cè)結(jié)果基本吻合。
上述檢測(cè)實(shí)例表明,由于影響混凝土強(qiáng)度和齡期之間關(guān)系的因素很多,因此,很難得出一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算公式能將齡期不到28d或者等效養(yǎng)護(hù)齡期不足600℃·d的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果換算成標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期下的混凝土抗壓強(qiáng)度值。這也是為什么采用非破損方法測(cè)得的結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度結(jié)果無法和混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行直接對(duì)比的原因。因此,在檢測(cè)中應(yīng)認(rèn)識(shí)到,檢測(cè)結(jié)果所反映的均為檢測(cè)齡期下的混凝土強(qiáng)度,當(dāng)齡期變化時(shí),混凝土的強(qiáng)度也會(huì)隨著變化。
值得一提的是,對(duì)于商品混凝土公司這樣的大量的、商品化生產(chǎn)預(yù)拌混凝土的企業(yè),由于其水泥、砂、石、外加劑等原材料相對(duì)比較穩(wěn)定,配合比的控制也比較規(guī)范,從生產(chǎn)質(zhì)量控制角度考慮,可以結(jié)合自身生產(chǎn)狀況,針對(duì)不同品種、不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土,建立各自的混凝土強(qiáng)度- 齡期關(guān)系曲線,以作為處理質(zhì)量問題時(shí)參考。
3．3 長齡期下的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)
無論回彈法還是超聲回彈綜合法等非破損強(qiáng)度檢測(cè)方法,都必須事先建立換算曲線,通過換算曲線進(jìn)行強(qiáng)度的換算。大多數(shù)換算曲線由于數(shù)據(jù)采集的困難,一般都沒有長齡期下的數(shù)據(jù),因此,現(xiàn)有的《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ /T 23 - 2001)以及《超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 02: 2005)等均規(guī)定了統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線適用的齡期,如回彈法統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線適用于14d～1000d,最長大約3年,超聲回彈綜合法統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線的適用齡期是7d～2000d,最長大約6年。因此在既有建筑的檢測(cè)鑒定中,必須了解建筑的施工年月,如果齡期超出測(cè)強(qiáng)曲線的適用范圍,則應(yīng)該選擇合適的測(cè)強(qiáng)曲線或者采用鉆芯法等其它檢測(cè)手段進(jìn)行修正,否則會(huì)帶來很大的誤差。
某框架結(jié)構(gòu)住宅樓于1994年施工,由于資金困難等原因,主體框架建至六層樓面后停工,構(gòu)件均未粉刷, 2006年4月為進(jìn)行續(xù)建,需要了解其結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度狀況。由于工程面積較大,需要檢測(cè)的構(gòu)件數(shù)量很多,因此決定采用非破損的方法:超聲回彈綜合法以及回彈法進(jìn)行檢測(cè)?？紤]到混凝土的齡期超過10年,構(gòu)件表面狀態(tài)、內(nèi)部含水率等都發(fā)生了很大變化,當(dāng)采用回彈法、超聲回彈綜合法等非破損方法檢測(cè)其結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度時(shí),回彈值、超聲聲速值、碳化深度等物理參量與混凝土強(qiáng)度之間的換算關(guān)系和短齡期下的混凝土有很大差異,因此按照規(guī)范的要求,鉆取若干芯樣進(jìn)行修正,結(jié)果見表3。
從表3數(shù)據(jù)看,對(duì)于長齡期的混凝土,其修正系數(shù)均大大低于110,因此,如果不采取修正的措施,將對(duì)檢測(cè)結(jié)果帶來很大的偏差,影響后續(xù)工程的開展,甚至帶來結(jié)構(gòu)的安全隱患。
4 總結(jié)
通過上述工程實(shí)例,可以看出,由于混凝土強(qiáng)度隨齡期的增長是在不斷變化的,同時(shí),對(duì)于回彈法以及超聲回彈綜合法等非破損檢測(cè)方法,由于是通過回彈值、超聲聲速以及碳化深度等間接的物理指標(biāo)、根據(jù)事先建立的換算曲線進(jìn)行混凝土強(qiáng)度換算的,因此更要注意結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土的齡期問題。總的來說,在運(yùn)用非破損或者半破損方法檢測(cè)結(jié)構(gòu)實(shí)體的混凝土強(qiáng)度時(shí),應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面的問題:
?、艑?duì)于新建、在建工程,由于混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)結(jié)果不合格或者有爭議的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度檢測(cè)的情況,應(yīng)該根據(jù)施工季節(jié)以及混凝土養(yǎng)護(hù)情況,盡量選擇混凝土等效養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到或超過600℃·d的時(shí)候進(jìn)行檢測(cè),使得檢測(cè)結(jié)果能反映結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土的真實(shí)質(zhì)量狀況。
⑵對(duì)于需要在混凝土齡期未達(dá)到28d進(jìn)行結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度檢測(cè)的情況,其檢測(cè)結(jié)果僅能供有關(guān)單位處理工程質(zhì)量異議時(shí)的參考。
?、菍?duì)于長齡期混凝土,在有條件的情況下,可建立長齡期混凝土測(cè)強(qiáng)專用曲線,否則,應(yīng)根據(jù)規(guī)范的要求,采用鉆芯法進(jìn)行修正,否則會(huì)給強(qiáng)度換算值帶來很大偏差,造成誤判或漏判,對(duì)后續(xù)的工程處理帶來安全隱患或者增加不必要的加固處理開支。
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