高強(qiáng)混凝土的試件強(qiáng)度及檢驗(yàn)

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摘要：本文分析了影響高強(qiáng)混凝土試件強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果的主要因素；試件強(qiáng)度與構(gòu)件混凝土 強(qiáng)度的相關(guān)性；提出了構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)中存在的問題和措施。

關(guān)鍵詞：混凝土 試件強(qiáng)度 檢驗(yàn)

1.前言

　　隨著混凝土技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，高強(qiáng)混凝土(以下簡(jiǎn)作HSC)的應(yīng)用已越來越廣?！陡邚?qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS104：99，以下簡(jiǎn)作《規(guī)程》)已于1999年頒布實(shí)施，必將進(jìn)一步推動(dòng)HSC的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。由于HSC的強(qiáng)度和質(zhì)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(qiáng)度檢驗(yàn)、構(gòu)件強(qiáng)度檢驗(yàn)，尤其是質(zhì)量檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等，均提出了許多新的問題和更高的要求。甚至產(chǎn)生了這樣一種概念：配制和生產(chǎn)HSC已不存在太多困難，而如何準(zhǔn)確測(cè)定評(píng)價(jià)HSC的強(qiáng)度，己成為急需解決的技術(shù)難題。我們?cè)谙嚓P(guān)試驗(yàn)研究和實(shí)際工作中也遇到了許多此類問題。如試件強(qiáng)度遠(yuǎn)低于或遠(yuǎn)高于實(shí)際構(gòu)件混凝土強(qiáng)度；構(gòu)件混凝土強(qiáng)度采用何種無損檢測(cè)方法準(zhǔn)確評(píng)價(jià)等等。本文主要就此提出相關(guān)問題和建議，以期在推廣應(yīng)用HSC的同時(shí)，更好地把握和確保工程質(zhì)量。

2．HSC的試件強(qiáng)度檢驗(yàn)

2．1　試件尺寸和平整度

　　隨著HSC強(qiáng)度的不斷提高，試驗(yàn)機(jī)量程的限制，以及骨料最大粒徑一般為25mm，因此，在科學(xué)研究和實(shí)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(biāo)準(zhǔn)試件150×150×150(mm)的尺寸換算系數(shù)為0.95。而HSC中一般均小于此值。且隨著強(qiáng)度提高，折算系數(shù)下降?！兑?guī)程》中提出的100mm立方體試件折算成標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件的折算系數(shù)如表1:
表1
Fcu,10(MPa)　K　Fcu,10(MPa)　K
≤55　0.95　76--85　0.92
56--65　0.94　86--95　0.91
66--75　0.93　>96　0.90

　　問題的關(guān)鍵在于強(qiáng)度提高何以使折算系數(shù)下降。普通混凝土中主要認(rèn)為是大試件存在內(nèi)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(qiáng)度越低，塑性越大，可調(diào)變形量大，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。因而許多試驗(yàn)結(jié)果(清華大學(xué)、北京城建集團(tuán)構(gòu)件廠等)表明，其折算系數(shù)比《規(guī)程》提供的值更低(平均強(qiáng)度Fcu,10=70.4MPa，K實(shí)=0　90；Fcu,10=60MPa，K實(shí)=0.92)。但我們采用相對(duì)嚴(yán)格平整的大小試件試驗(yàn)結(jié)果表明，C60～C80的混凝土強(qiáng)度折算系數(shù)均為0.95。因此，當(dāng)用小試件結(jié)果換算標(biāo)準(zhǔn)尺寸強(qiáng)度時(shí)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(duì)強(qiáng)度影響率，但對(duì)HSC強(qiáng)度試件保證足夠的表面平整度和平行度是必需的，必要時(shí)對(duì)試件進(jìn)行磨平拋光，否則將嚴(yán)重降低強(qiáng)度值，亦即要選用優(yōu)質(zhì)的混凝土試模，并做到嚴(yán)格的定期檢驗(yàn)和修正。同樣對(duì)試驗(yàn)機(jī)的承壓板也應(yīng)及時(shí)檢驗(yàn)。

　　此外，試驗(yàn)操作時(shí)的試件偏心受壓對(duì)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(cè)試結(jié)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(cè)試結(jié)果偏小，對(duì)結(jié)構(gòu)物是安全的，但科學(xué)地準(zhǔn)確評(píng)價(jià)HSC的強(qiáng)度，確保測(cè)試結(jié)果與實(shí)際強(qiáng)度的一致性是我們的宗旨。當(dāng)用小試件折算標(biāo)準(zhǔn)試件強(qiáng)度時(shí)更應(yīng)引起重視。

2.2　試驗(yàn)和養(yǎng)護(hù)條件對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

　　當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度大于70MPa時(shí)，對(duì)部份試驗(yàn)室所擁有的2000kN試驗(yàn)機(jī)來說，已達(dá)量程的80％以上，對(duì)測(cè)試結(jié)果將有一定影響。這僅僅是問題的一部分。由于不同生產(chǎn)廠家，不同構(gòu)造型式的試驗(yàn)機(jī)剛度不盡一致，同量程試驗(yàn)機(jī)對(duì)同一批HSC試件測(cè)試結(jié)果也會(huì)有差異，不同量程試驗(yàn)機(jī)的測(cè)試結(jié)果差異就更大。如清華大學(xué)的一組試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2
試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)試件平均強(qiáng)度(MPa)(55組)fcu　100mm立方體試件　平均強(qiáng)度(55組)f′cu　fcu/f′cu
長春產(chǎn)5000kN　59.7　68.6　0.87
長春產(chǎn)2000kN　63.8　69.4　0.92
無錫產(chǎn)2000kN　65.1　73.1　0.89

　　芬蘭和日本也用不同試驗(yàn)機(jī)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響做過研究。如芬蘭采用20臺(tái)試驗(yàn)機(jī)對(duì)80MPa　HSC試驗(yàn)結(jié)果顯示，強(qiáng)度最低組與最高組之比為75％；對(duì)40MPa的混凝土，其比值升高為85％。日本也同樣采用20臺(tái)不同試驗(yàn)機(jī)對(duì)100MPa和60MPa的兩批HSC進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明強(qiáng)度最低組與最高組之比值分別為69％和76%。所有這些試驗(yàn)資料均說明一個(gè)問題：隨HSC強(qiáng)度等級(jí)的提高，不同試驗(yàn)機(jī)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響變得顯著，而對(duì)低強(qiáng)混凝土的影響相對(duì)就較小，這是試驗(yàn)檢測(cè)中有待研究和引起足夠重視的。

　　養(yǎng)護(hù)條件對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。主要指早期養(yǎng)護(hù)和溫濕度。試件成型后通常經(jīng)24h后脫模。由于大部分試驗(yàn)室(特別是江南)成型時(shí)無恒溫、恒濕條件，春夏秋冬四季溫差和相對(duì)溫度差異較大，試模內(nèi)的24h非旦嚴(yán)重影響HSC的早期強(qiáng)度，也直接影響到28天強(qiáng)度。我們?cè)?0℃和10℃，相對(duì)濕度80％和75％條件下，配制C60　HSC，測(cè)得的結(jié)果表明，7天強(qiáng)度相差10％，28天強(qiáng)度差7.5％。而對(duì)C20～C30混凝土的影響很小。這是因?yàn)镠SC的W／B小，早期強(qiáng)度發(fā)展快，溫度敏感性大。因此，在配制HSC時(shí)，如無恒溫恒濕條件，則成型后必須立即移入養(yǎng)護(hù)室護(hù)養(yǎng)，如若無此條件，則盡可能縮短在試模內(nèi)的時(shí)間，提前拆模。并且表面覆蓋塑料膜或其它保溫保濕措施，嚴(yán)防水份揮發(fā)影響強(qiáng)度。

　　另一方面，我國普通混凝土的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件是20±3℃，相對(duì)濕度90％以上或水中養(yǎng)護(hù)。亦即表明相對(duì)溫度90％以上養(yǎng)護(hù)與水中養(yǎng)護(hù)對(duì)強(qiáng)度影響不大。對(duì)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(dāng)W／B小于0.28時(shí)，試件內(nèi)部處于相對(duì)缺水狀態(tài)，加之HSC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。如水中養(yǎng)護(hù)試件經(jīng)24h空氣干燥后，重量幾乎不變，但由于應(yīng)力差減弱，C60HSC的強(qiáng)度提高78％，而C25混凝土強(qiáng)度幾乎不變。因?yàn)楦遅／C低強(qiáng)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)干燥產(chǎn)生的強(qiáng)度提高，通常認(rèn)為是軟化系數(shù)的概念，這一點(diǎn)是有別于HSC的。W／B小于0.4時(shí)水中養(yǎng)護(hù)試件，經(jīng)劈裂試驗(yàn)，僅表層20mm左右濕潤，內(nèi)部均較干燥。因此，作者認(rèn)為，HSC養(yǎng)護(hù)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(jiǎn)單的塑料膜密封養(yǎng)護(hù)。

3　HSC試件強(qiáng)度與構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的相關(guān)性

　　前面分析討論的影響試件強(qiáng)度的因素，總的來說是導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏低，這對(duì)安全是有益的。但水化熱問題，自收縮問題及現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)條件問題，情況就比較復(fù)雜。

3.1　水化熱對(duì)強(qiáng)度的影響

　　通常我們把最小截面尺寸大于1m的構(gòu)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(nèi)外溫差。其主要目的是防止溫差裂縫的產(chǎn)生，而對(duì)溫度升高引起強(qiáng)度的變化問題未加重視