摘 要:從高強(qiáng)混凝土的試件強(qiáng)度檢驗(yàn)、試件強(qiáng)度與構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的相關(guān)性、構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的評(píng)定、高強(qiáng)混凝土的質(zhì)量控制等幾個(gè)方面,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,提出了構(gòu)件混凝土質(zhì)量控制措施。
關(guān)鍵詞:高強(qiáng)混凝土;強(qiáng)度檢驗(yàn);相關(guān)性;試件平整度;養(yǎng)護(hù)條件。
中圖分類號(hào): TU 502 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
引言
隨著混凝土技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用已越來(lái)越廣泛。CECS 104: 99《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》)已于1999年頒布實(shí)施,進(jìn)一步推動(dòng)了高強(qiáng)混凝土的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。由于對(duì)高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度和質(zhì)量要求的提高以及摻合料的大量使用,與普通混凝土相比,無(wú)論是對(duì)高強(qiáng)混凝土的試件強(qiáng)度檢驗(yàn)、構(gòu)件強(qiáng)度檢驗(yàn),還是質(zhì)量檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等,均提出了更高的要求。因此,如何準(zhǔn)確測(cè)定和評(píng)價(jià)高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
1 高強(qiáng)混凝土的試件強(qiáng)度檢驗(yàn)
1. 1 試件尺寸和平整度
隨著高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的不斷提高,受試驗(yàn)機(jī)量程的限制,在科學(xué)研究和實(shí)際工作中將不可避免地
采用尺寸為100 mm ×100 mm ×100 mm的立方體試件。對(duì)于普通混凝土,該立方體試件與150 mm ×150 mm ×150 mm標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件的換算系數(shù)為0. 95,而高強(qiáng)混凝土一般小于此值。并且隨著強(qiáng)度的提高,折算系數(shù)降低?！兑?guī)程》提出100 mm ×100 mm ×100 mm的立方體試件折算成標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件的折算。系數(shù)見(jiàn)表1。
表1中隨著強(qiáng)度提高而折算系數(shù)降低的原因,對(duì)于普通混凝土,主要是大試件存在內(nèi)部缺陷的概率高,高強(qiáng)混凝土同樣有這一因素,但最主要的影響因素是試件平整度。試件強(qiáng)度越低,其塑性越大,可調(diào)變形量越大,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)變形量越小,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,有些試驗(yàn)結(jié)果顯示的折算系數(shù)比《規(guī)程》中的值更低。例如,平均強(qiáng)度Fcu, 0 = 70. 4MPa, K實(shí)=0. 90; Fcu, 0 = 60 MPa, K實(shí)= 0. 92。但我們采用平整度相對(duì)嚴(yán)格的大、小試件的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明, C 60～C 80混凝土的強(qiáng)度折算系數(shù)均為0. 95。因此,當(dāng)用小試件的強(qiáng)度結(jié)果換算標(biāo)準(zhǔn)尺寸強(qiáng)度時(shí)須注意這一問(wèn)題。雖然目前還很難定量描述試件不平整度對(duì)強(qiáng)度的影響率,但保證高強(qiáng)混凝土試件的表面平整度和平行度是非常重要的,否則將嚴(yán)重降低強(qiáng)度值。對(duì)試驗(yàn)機(jī)的承壓板和混凝土試模,也應(yīng)定期檢驗(yàn)。此外,試驗(yàn)操作時(shí)的試件偏心受壓對(duì)高強(qiáng)混凝土的影響也要比普通混凝土大,試件尺寸越小,越易引起偏心,易使測(cè)試結(jié)果偏低。
1. 2 養(yǎng)護(hù)條件對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響
我們?cè)谑覝?0 ℃和10 ℃、相對(duì)濕度80 %和75 %條件下配制C 60高強(qiáng)混凝土,測(cè)試結(jié)果表明,7 d強(qiáng)度相差10 %, 28 d強(qiáng)度相差7. 5 %,而對(duì)C 20～C 30混凝土的影響很小。這是因?yàn)楦邚?qiáng)混凝土的W /B 小,早期強(qiáng)度發(fā)展快,對(duì)溫度比較敏感。因此,在配制高強(qiáng)混凝土?xí)r,若無(wú)恒溫恒濕條件,則成型后必須立即移入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù);若無(wú)養(yǎng)護(hù)室,則應(yīng)盡可能縮短在試模內(nèi)的時(shí)間,提前拆模,并且在試體表面覆蓋塑料膜或采取其他保溫保濕措施,嚴(yán)防水分揮發(fā)。對(duì)高強(qiáng)混凝土來(lái)講,由于其本身非常致密,后期失水或吸入水分的可能性均較小,特別是當(dāng)W /B <0. 28時(shí),試件內(nèi)部處于相對(duì)缺水狀態(tài),加之高強(qiáng)混凝土自收縮較大,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。例如,水中養(yǎng)護(hù)試件經(jīng)24 h空氣干燥后, C 60高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度提高7 %～8 % ,而C 25混凝土的強(qiáng)度幾乎不變。這是因?yàn)閺?qiáng)度等級(jí)較低的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)干燥強(qiáng)度提高,這一點(diǎn)有別于高強(qiáng)混凝土。如W /B < 0. 4的水中養(yǎng)護(hù)試件,經(jīng)劈裂試驗(yàn),僅表層20 mm左右濕潤(rùn),內(nèi)部均較干燥。因此,我們認(rèn)為,高強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)的最佳濕度條件是90 %以上的潮濕空氣,以與普通混凝土試件的養(yǎng)護(hù)條件保持一致。
2 試件強(qiáng)度與構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的相關(guān)性
2. 1 水化熱對(duì)強(qiáng)度的影響
對(duì)于截面最小尺寸> 1 m 的大體積混凝土構(gòu)件,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,但通常對(duì)由于溫度升高而引起的強(qiáng)度變化未予重視, GB50204—2002《混凝土結(jié)構(gòu)施工及驗(yàn)收規(guī)范》中也未涉及。對(duì)于截面最小尺寸> 0. 6 m的梁板構(gòu)件,在普通混凝土中很少對(duì)水化熱問(wèn)題引起重視,但對(duì)高強(qiáng)混凝土來(lái)講,由于水泥用量的增加,水化熱引起的溫差應(yīng)力以及溫度對(duì)強(qiáng)度的影響已顯得十分重要。有資料表明,當(dāng)水泥用量達(dá)400 kg/m3 時(shí), 0. 5 m厚的試件的中心溫峰可達(dá)45 ℃ (環(huán)境溫度20 ℃時(shí)) ,雖然溫差尚在GB 50204—2002《混凝土結(jié)構(gòu)施工及驗(yàn)收規(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 d及后期強(qiáng)度顯著降低。如果環(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,對(duì)混凝土強(qiáng)度造成的危害更大。高效減水劑的使用將加劇這一現(xiàn)象。因此,必須注意到試件尺寸小所受水化熱的影響小,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)度的現(xiàn)象,特別是對(duì)采用硅酸鹽水泥或普通水泥配制高強(qiáng)混凝土或混凝土構(gòu)件尺寸較大時(shí)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、礦渣粉或沸石粉時(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)件混凝土的實(shí)際強(qiáng)度值。但摻硅粉混凝土例外。因此,對(duì)高強(qiáng)混凝土而言,構(gòu)件截面最小尺寸> 0. 5 m時(shí)就應(yīng)對(duì)水化熱問(wèn)題引起足夠重視,不僅要控制溫差,更重要的是控制絕對(duì)溫升,最有效的辦法是摻用適量的粉煤灰、礦渣粉或沸石粉。
2. 2 自收縮對(duì)強(qiáng)度的影響
高強(qiáng)混凝土的自收縮值7 d可達(dá)100 ×10- 6mm以上,但人們普遍關(guān)心的是對(duì)高強(qiáng)混凝土裂縫(尤其是早期裂縫)的影響,而對(duì)強(qiáng)度影響的研究很少。從某種意義上講,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)度的影響可能很小,但也正因?yàn)殇摻罴s束而使混凝土處于拉應(yīng)力狀態(tài),會(huì)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(lái)推算構(gòu)件混凝土的抗拉強(qiáng)度就顯得不安全。因?yàn)樵嚰叽缧『妥杂啥却?自收縮引起的拉應(yīng)力幾乎可以忽略,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(wèn)題。
2. 3 自然養(yǎng)護(hù)條件對(duì)強(qiáng)度的影響
濕度條件對(duì)普通混凝土強(qiáng)度的影響非常顯著,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、孔隙多及失水過(guò)早、過(guò)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)高強(qiáng)混凝土來(lái)講,早期的潮濕養(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)普通混凝土的強(qiáng)度也有影響,但遠(yuǎn)不及高強(qiáng)混凝土顯著。
(1)硅酸鹽水泥或普通水泥配制的高強(qiáng)混凝土。
(不摻混合材或摻量很少) ,由于水化熱的作用,試件強(qiáng)度往往高于構(gòu)件混凝土的實(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)度更為偏高。即使是冬季施工,當(dāng)構(gòu)件尺寸較大時(shí),試件強(qiáng)度仍有可能高于構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度。
(2)摻大量混合材配制的高強(qiáng)混凝土情況則相反。
如大量摻入粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉或沸石粉配制的高強(qiáng)混凝土,只要水化熱不引起較大的溫差應(yīng)力,將有利于混凝土強(qiáng)度的提高。此時(shí)試件強(qiáng)度低于構(gòu)件的實(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)度更是低于構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度?？梢赃@樣講,溫度(20 ±2) ℃的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件,對(duì)于普通水泥和硅酸鹽水泥混凝土是適宜的,而對(duì)高摻量混合材配制的高強(qiáng)混凝土,這一溫度應(yīng)高得多。
3 構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的評(píng)定
回彈法只能評(píng)定C 50以下的構(gòu)件混凝土強(qiáng)度。若要采用這一方法評(píng)定高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度,就必須建立新的測(cè)強(qiáng)曲線或研制新型的回彈儀。超聲波法、超聲回彈綜合法和拔出法采用的儀器設(shè)備,理論上對(duì)高強(qiáng)混凝土也是適用的,但由于彈性模量及拉、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。上海建筑科學(xué)研究院和同濟(jì)大學(xué)已開(kāi)展了相關(guān)研究,但由于全國(guó)各地的差異較大,一方面宜建立地方性的測(cè)強(qiáng)曲線,另一方面應(yīng)建立全國(guó)性的通用曲線。鉆芯法是最直接的強(qiáng)度評(píng)定方法,通常也是最可靠的構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法。但應(yīng)用于高強(qiáng)混凝土中,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。因此,鉆芯設(shè)備必須有很高的精度。當(dāng)芯樣承壓面的平整光潔度能滿足普通混凝土要求時(shí),對(duì)高強(qiáng)混凝土的影響可能仍較大,必須保證承壓面平整、光潔、平行。采取抹平處理時(shí),必須保證抹平材料的強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度接近,若偏低或偏高均會(huì)導(dǎo)致試件強(qiáng)度偏低。目前,對(duì)于高強(qiáng)混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度檢測(cè)方法,除鉆芯法尚能應(yīng)用之外,其余檢測(cè)方法急需科研院校和儀器設(shè)備生產(chǎn)廠家聯(lián)合攻關(guān)。
4 高強(qiáng)混凝土的質(zhì)量控制
4. 1 原材料的選擇與應(yīng)用
(1)指定專人定期檢查、測(cè)定各種原材料的質(zhì)量,特別是原材料進(jìn)料、儲(chǔ)存、計(jì)量應(yīng)全方位監(jiān)控。
(2)配制C 60級(jí)高強(qiáng)混凝土不需要特殊的材料,但必須對(duì)本地區(qū)所能得到的所有原材料進(jìn)行優(yōu)選,除應(yīng)有優(yōu)良的性能指標(biāo)外,還必須保證質(zhì)量穩(wěn)定,即在一定時(shí)期內(nèi)(至少在施工期內(nèi))主要性能沒(méi)有太大的波動(dòng)。
(3)強(qiáng)度等級(jí)C 80或C 80以上的高強(qiáng)混凝土,在水泥水化時(shí)不可避免地會(huì)在內(nèi)部形成細(xì)微的毛細(xì)
孔。為確?；炷翉?qiáng)度,必須采取措施將毛細(xì)孔填滿,以增加混凝土的密實(shí)性。因此,需要在混凝土配比中摻加超細(xì)活性顆粒,使其在水泥漿微細(xì)空隙中水化,減少和填充毛細(xì)孔,達(dá)到增強(qiáng)和增密的作用。
(4)高強(qiáng)混凝土要求低水灰比、高坍落度,這就需要摻加高性能的外加劑。目前,混凝土外加劑的
品種較多,但高性能復(fù)合型外加劑在國(guó)內(nèi)尚不多見(jiàn),故應(yīng)通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)確定。
4. 2 混凝土配比方案優(yōu)選
(1)高強(qiáng)混凝土正式生產(chǎn)前應(yīng)進(jìn)行試配,選擇不同的配比和投料順序,確定優(yōu)選方案。
(2)試配必須嚴(yán)格模擬實(shí)際生產(chǎn)條件,在原材料發(fā)生變動(dòng)時(shí)應(yīng)再次試配。
(3)攪拌必須均勻,采用強(qiáng)制式攪拌機(jī),較普通混凝土的攪拌時(shí)間增加50 %。
4. 3 工時(shí)質(zhì)量控制
在試驗(yàn)室配制符合質(zhì)量要求的高強(qiáng)混凝土比較容易,而在整個(gè)施工過(guò)程中穩(wěn)定質(zhì)量水平則較為困難。一些在通常情況下不太敏感的因素,在低水灰比情況下會(huì)變得相當(dāng)敏感,這就要求在整個(gè)施工過(guò)程中必須注意各種因素的影響,并且根據(jù)其變化隨時(shí)調(diào)整配合比和各種工藝參數(shù)。
(1)嚴(yán)格控制水灰比。骨料的含水量應(yīng)在用水量中扣除,每天需測(cè)定骨料含水量,每次配料時(shí)應(yīng)測(cè)定砂子的含水量,嚴(yán)禁額外加水。
(2)探測(cè)混凝土拌合物溫度,必要時(shí)測(cè)定混凝土水化熱,以控制溫升。
(3)合理安排工藝和工序,計(jì)算各階段所需時(shí)間,合理地縮短從混凝土攪拌到澆搗完畢的時(shí)間。
(4)對(duì)操作人員進(jìn)行技術(shù)交底,完善各項(xiàng)記錄。
5 幾點(diǎn)建議
(1)高強(qiáng)混凝土的試模必須嚴(yán)格保證其尺寸和平面、直角精度,以確保試件質(zhì)量,必要時(shí)可將試件
磨平拋光,否則會(huì)使試件強(qiáng)度偏低。試驗(yàn)操作時(shí)須特別仔細(xì)。
(2)試驗(yàn)機(jī)必須有足夠的剛度,應(yīng)盡可能采用較大量程的試驗(yàn)機(jī),以免使測(cè)試結(jié)果偏大。
(3)加強(qiáng)早期保濕養(yǎng)護(hù)或提早拆模,防止早期失水。應(yīng)盡可能采用潮濕養(yǎng)護(hù)。
(4)對(duì)于不摻混合材的高強(qiáng)混凝土,試件強(qiáng)度?？赡芨哂趯?shí)際強(qiáng)度,特別是構(gòu)件最小尺寸≥50 cm或夏季施工時(shí)更要注意其強(qiáng)度修正。
(5)對(duì)混合材摻量高的高強(qiáng)混凝土,試件強(qiáng)度往往低于構(gòu)件強(qiáng)度,冬季施工或采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時(shí)更
應(yīng)引起重視。
(6)對(duì)構(gòu)件最小尺寸≥50 cm的高強(qiáng)混凝土,不但要控制溫差,還要特別重視絕對(duì)溫升對(duì)強(qiáng)度的影
響。應(yīng)盡可能多摻混合材,降低水泥用量。
(7)回彈法不適于評(píng)定C 50以上混凝土的強(qiáng)度。建議研制新型回彈儀,建立新的地方性和全國(guó)
性的測(cè)強(qiáng)曲線。超聲波法、拔出法及綜合法的應(yīng)用,也需建立新的測(cè)強(qiáng)曲線。
(8)采用鉆芯法評(píng)定構(gòu)件混凝土強(qiáng)度時(shí),要求芯樣具有更高的光潔度和平整度,抹平材料應(yīng)具有
相應(yīng)的強(qiáng)度值。
作者
張雷(1974 - ) ,男,河南平頂山人,工程師, 2006年1月畢業(yè)于西南科技大學(xué)土木工程專業(yè),現(xiàn)攻讀重慶大學(xué)土木工程與建筑材料專業(yè)工程碩士學(xué)位,從事建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)工作。
