[提要] 本文分析了影響高強(qiáng)混凝土試件強(qiáng)度檢測結(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)度檢驗中存在的問題和措施。

  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(以下簡作 HSC)的應(yīng)用已越來越廣。 《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS104：99，以下簡作《規(guī)程》)已于1999年頒布實施， 必將進(jìn)一步推動 HSC的設(shè)計和應(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、構(gòu)件強(qiáng)度檢驗，尤其是質(zhì)量檢 驗驗收標(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)確測定評價HSC的強(qiáng)度，己成為急需解決 的技術(shù)難題。我們在相關(guān)試驗研究和實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方法準(zhǔn)確評 價等等。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，更好地把 握和確保工程質(zhì)量。

  2．HSC的試件強(qiáng)度檢驗

  2．1試件尺寸和平整度

 隨著HSC強(qiáng)度的不斷提高，試驗機(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，表面平整度對實際強(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 平行度對實際強(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=090； Fcu,10=60MPa，K實=0.92)。但我們采用相對嚴(yán)格平整的大小試件試驗結(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(qiáng)度影響率，但對 HSC強(qiáng)度試件保 證足夠的表面平整度和平行度是必需的，必要時對試件進(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)格的定期檢驗和修正。同樣對試驗機(jī)的承壓板 也應(yīng)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(jié)果偏低。雖然試件表面不平整度、不平行度和偏心受壓，均使測試結(jié)果偏小，對結(jié)構(gòu)物是安全的，但科學(xué)地準(zhǔn)確評價HSC的強(qiáng)度，確保測試結(jié)果與實際強(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)度時更應(yīng)引起重視。

 2.2 試驗和養(yǎng)護(hù)條件對測試結(jié)果的影響

 當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度大于70MPa時，對部份試驗室所擁有的2000kN試驗機(jī)來說， 已達(dá)量程的80％以上，對測試結(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)造型式的試驗機(jī)剛度不盡一致，同量程試驗機(jī)對同一批HSC試件測 試結(jié)果也會有差異，不同量程試驗機(jī)的測試結(jié)果差異就更大。如清華大學(xué)的一組試驗結(jié)果如表2。

表2
試驗機(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機(jī)對測試結(jié)果的影響做過研究。如芬蘭采用20臺試驗機(jī)對80MPa HSC試驗結(jié)果顯示，強(qiáng)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(jī)對100MPa和60MPa的兩批HSC 進(jìn)行試驗，結(jié)果表明強(qiáng)度最低組與最高組之比值分別為69％和76%。所有這些試驗資料 均說明一個問題：隨 HSC強(qiáng)度等級的提高，不同試驗機(jī)對測試結(jié)果的影響變得顯著， 而對低強(qiáng)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(hù)條件對測試結(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(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。我們在20℃和10℃，相對濕度80％和75％條件下，配制C60 HSC，測得的 結(jié)果表明，7天強(qiáng)度相差10％，28天強(qiáng)度差7.5％。而對C20～C30混凝土的影響很小。 這是因為HSC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，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℃，相對濕度90％以上或水中 養(yǎng)護(hù)。亦即表明相對溫度90％以上養(yǎng)護(hù)與水中養(yǎng)護(hù)對強(qiáng)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(dāng)W／B小于0.28時， 試件內(nèi)部處于相對缺水狀態(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78％，而C25混凝土強(qiáng)度幾乎不 變。因為高 W／C低強(qiáng)混凝土早期失去的往往是自由水，對強(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，這一點是有別于HSC的。W／B小于0.4 時水中養(yǎng)護(hù)試件，經(jīng)劈裂試驗，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)致試驗結(jié)果偏低，這對安全 是有益的。但水化熱問題，自收縮問題及現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)條件問題，情況就比較復(fù)雜。

  3.1　水化熱對強(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，而對溫度升高引起強(qiáng) 度的變化問題未加重視。GB5020492和《規(guī)程》中也未提及。對截面尺寸大于0.6m 的梁板構(gòu)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(yīng)力和溫度對強(qiáng)度的影響已顯得十分重要。有 資料表明［1］,當(dāng)水泥用量達(dá)400kg／m3時，0.5m厚的試件中心溫峰可達(dá)45℃(環(huán) 境溫度20℃)，雖然溫差尚在 GB5020492規(guī)范允許范圍內(nèi)，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(qiáng)度顯著下降。如環(huán)境溫度升高，或水泥用量進(jìn)一步增加，一方面絕對溫升將顯著提高；另一方面，溫峰出現(xiàn)的時間更早，高效減水劑 的使用也將加劇這一現(xiàn)象，對混凝土強(qiáng)度造成的危害更大。當(dāng)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(dá)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(qiáng)度尤其是長期強(qiáng)度高于 實際構(gòu)件強(qiáng)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(gòu)件尺寸的混 凝土更應(yīng)引起重視。

 當(dāng)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(qiáng)度均十分有利，試件強(qiáng)度就會小 于構(gòu)件混凝土實際強(qiáng)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05m的構(gòu)件就應(yīng)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(qiáng)度的影響

 HSC的自收縮值7天可達(dá)100×10-6mm以上,人們普遍關(guān)心的是對HSC裂縫影響，尤其是早期裂縫，但對強(qiáng)度的影響研究很少。從某種意義上來說，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，對抗壓強(qiáng)度影響可能很小，但也正因為鋼筋約束使混凝土處于拉應(yīng)力狀態(tài)，對抗拉強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響。此時，若以試件劈拉強(qiáng)度或軸拉強(qiáng)度來推算構(gòu)件混凝土抗拉強(qiáng)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(yīng)力幾乎可忽略，當(dāng)以抗壓強(qiáng)度折算抗拉強(qiáng)度 時也應(yīng)注意這一問題，但其影響值有多大，有待進(jìn)一步研究。

　3.3自然養(yǎng)護(hù)條件對強(qiáng)度的影響

 濕度條件對普通混凝土的強(qiáng)度影響非常顯著，對尺寸相對較大的構(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，失水過早、過多所致。 試件的尺寸相對較小，若不經(jīng)潮濕養(yǎng)護(hù)，也有可能導(dǎo)致試件強(qiáng)度低于實際構(gòu)件強(qiáng)度。 對 HSC來說，關(guān)鍵是早期潮濕養(yǎng)護(hù)非常重要，而后期因混凝土較致密，很難失水，濕 度條件對強(qiáng)度的影響相對較小。

　 溫度條件對普通混凝土強(qiáng)度亦有影響，但遠(yuǎn)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(qiáng)度往往高于構(gòu)件混凝土實際強(qiáng)度，表層強(qiáng)度高于內(nèi)部強(qiáng)度，這在夏季施工時尤為顯著。當(dāng)試件采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(非現(xiàn)場養(yǎng)護(hù))時，試件強(qiáng)度將更加偏高。即使冬季施工，當(dāng)構(gòu)件尺寸較大時，試件強(qiáng)度仍有可能高于實際構(gòu)件強(qiáng)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(xì)礦渣或沸石粉配制的HSC，水化熱只要不引起較大的溫差應(yīng)力，它將大大有利于混凝土強(qiáng)度的提高，此時試件強(qiáng)度低于構(gòu)件實際強(qiáng)度，內(nèi)部強(qiáng)度則高于表層強(qiáng)度，冬季施工、現(xiàn)場自然養(yǎng)護(hù)時更顯著。夏季施工時，若試件采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，則試件強(qiáng)度更低于構(gòu)件實際強(qiáng)度，可以這樣說，20±3℃的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)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(biāo)準(zhǔn)”溫度應(yīng)高得多。認(rèn)識這一點 是非常必要的，它從另一個側(cè)面要求我們在配制 HSC時，盡可能多地?fù)接梅勖夯?、礦渣和沸石粉。

 4　構(gòu)件混凝土強(qiáng)度評定

 (1)回彈法只能評定C50以下的構(gòu)件混凝土強(qiáng)度。若要采用這一簡單的方法評定HSC的強(qiáng)度，就必須建立新的測強(qiáng)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(shè)備，理論上對HSC也是適用的，但由于彈性模量，拉、剪強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的非同步增長，故需盡快建立相應(yīng)的測強(qiáng)曲線。上海建科院和同濟(jì)大學(xué)已開展了相關(guān)研究〔2〕，但全國各地差異較大，一方面 宜建立地方性測強(qiáng)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(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測法。但在 HSC中應(yīng)用，鉆機(jī)鉆取芯樣時必須有非常優(yōu)異的穩(wěn)定性，一旦鉆機(jī)顫動，表面出現(xiàn)波 紋狀，將使芯樣強(qiáng)度嚴(yán)重降低，類似于＜C10的混凝土，鉆切加工引起損傷，使強(qiáng)度 偏低。因此鉆芯設(shè)備必須有很高的精度。芯樣承壓面的平整光潔度，當(dāng)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(yán)格平整光潔平行。當(dāng)采用抹平處 理時，必須保證抹平材料強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度接近，偏低或偏高均會導(dǎo)致試件強(qiáng)度偏低。 因此，對 HSC構(gòu)件強(qiáng)度檢測方法、除鉆芯法尚能應(yīng)用外，其余檢測方法急需科研院校 和儀器設(shè)備生產(chǎn)廠家的聯(lián)合攻關(guān)。

  5　幾點建議

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

 (2)試驗機(jī)必須保證足夠的剛度，盡可能采用較大量程的試驗機(jī)，以免使測試結(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。盡可能采用潮濕養(yǎng)護(hù)。

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

 (5)對高摻量混合材HSC，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)時更應(yīng)引起重視。
　　(6)對構(gòu)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(qiáng)度的影響。應(yīng)盡可能多摻混合材降低水泥用量。

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

　 (8)鉆芯法評定構(gòu)件混凝土強(qiáng)度時，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。
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