| 标题 | 建立回弹法检测河北省南水北调水工混凝土专用测强曲线的几点做法 |
| 范文 | 王铁强等 摘 要：针对河北省南水北调工程特点，通过对河北省南水北调工程所使用的材料、施工配合比、气候影响、成型工艺等因素开展了研究，在既有的理论基础上，通过试验分析，并结合河北省南水北调工程所用泵送与非泵送混凝土的实际选用情况，分别用成型不同强度等级试块回弹，对数据进行拟合得到相应的泵送混凝土与非泵送混凝土的测强曲线，并用钻芯取样修正，以得到行业专用的回弹法测强曲线。 关键词：回弹法；混凝土强度；测强曲线 1.问题的提出 回弹法检测混凝土强度是经典的检测方法之一，其原理是用混凝土的表面硬度来间接推算混凝土的内部强度，而混凝土的表面硬度与其内部强度是存在很好的相关性的。由于我国地域辽阔，气候千差万别，混凝土材料种类繁多，施工和管理水平也参差不齐，导致使用全国统一测强曲线检测出的混凝土抗压强度与实际强度存在较大偏差。为了提高检测精度，《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T23-2011中提倡“各地区可以根据各地的气候和原材料特点，因地制宜地制定和采用专用测强曲线和地区测强曲线”，在《水工混凝土试验规程》SL352-2006中第7.1.4条也明确提出：“在推定混凝土强度时，宜优先采用专用混凝土强度公式”。 河北省南水北调工程是国家南水北调中线干线工程的重要组成部分，其与全国各地混凝土在使用的原材料、成型工艺、气候特点等方面存有较大差异，因此使用全国统一测强曲线对河北省南水北调工程进行混凝土强度检测势必会造成检测精度偏低，给建设、施工、监理、政府监督等部门对工程进行检测、评定带来困惑，也为相关部门领导判断和决策增加不确定性。目前，河北省针对水工混凝土检测尚未建立专用的回弹测强曲线，为此，结合河北省南水北调已建和在建工程，建立南水北调水工混凝土专用的测强曲线，从而更好地服务与工程建设，提高混凝土的检测精度是非常必要的。 2.方案设计与研究 结合南水北调工程河北段所用水工混凝土的实际特点，通过对具有代表性的标段所使用的泵送和非泵送混凝土所制作的混凝土试块进行回弹法检测混凝土抗压试验强度的研究，并通过进一步的修正和完善，最终提出一套科学和适合南水北调工程河北省段的泵送和非泵送混凝土专用回弹测强曲线。 2.1混凝土试验用原材料要求 用于成型混凝土的各种原材料必须经过检验符合现行国家及行业标准要求，其中，水泥采用鹿泉鼎鑫、河北曲寨、邢台咏宁水泥厂生产的P·O42.5等级水泥，水泥各项物理技术指标符合《通用硅酸盐水泥》GB175-2007标准要求。粉煤灰采用华能上安电厂有限责任公司生产的Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰各项技术性能均符合《水工混凝土掺用粉煤灰技术规范》DL/T5055-2007中Ⅱ级灰的标准要求。粗细骨料按照《水工混凝土试验规程》SL352-2006检验合格，并应当符合《水工混凝土施工规范》DL/T5144-2001标准要求。外加剂采用GK-3000（液体）聚羧酸高效减水剂、GK-9A（膏状）引气剂，相应指标符合《水工混凝土外加剂技术规程》DL/T5100-1999、《混凝土外加剂》GB8076-2008对外加剂的标准要求。拌合及养护用水采用符合国家标准的自来水。 2.2试验用仪器设备及内容方法 混凝土回弹仪采用中型回弹仪，其弹击锤脱钩的瞬间，系统标准能量为2.207J。压力试验机、搅拌机等均经过河北省技术监督有关部门的检定并在标准状态，泵送混凝土和非泵送混凝土每一强度等级分别制作三组，一组有3块试块共9块试块，分别按7d、28d、60d、90d龄期进行回弹值和碳化深度值量测，所用到的全部试块全部采用150mm×150mm×150mm的标准立方体试块，并进行了相应的养护措施。考虑到南水北调工程常用泵送与非泵送混凝土的实际应用情况，分别做强度为C20、C25、C30、C40、C50五种等级的混凝土试块。 从南水北调工程河北段具有代表性施工标段的5种强度等级泵送和非泵送混凝土各制作3片试验墙，每片试验墙按7d、28d、60d、90d龄期各制作一组，共计60组芯样。试验墙的尺寸为1500mm×600mm×1200mm，采用钢模浇筑，为素混凝土结构。所钻取芯样的尺寸为高径比为1，高度和直径均为100mm的标准圆柱体芯样。 通过对C20、C25、C30、C40、C50五种强度等级7d、28d、60d、90d龄期的混凝土试块和实体结构进行了回弹测试，对测试的数据进行相应的处理，并采用格拉布斯检验法进行检验对数据中的异常值进行剔除，再分别对测试数据进行相关的分析，并按照最小二乘法原理应用Excel建立起相应的回归分析模型进行拟合进而求出本课题所需要的测强曲线，同时应用Origin专业绘图和数据处理软件进行相应的绘图。 2.3回弹数据的分析处理 对于回弹数据的检验和判断，采用格拉布斯（Grubbs）检验法进行相应的处理，该检验法的具体操作步骤如下： 对于测试所获得的回弹值 ， ， ， ，计算统计量 ，在确定好检出水平 ，然后通过查格拉布斯临界值检验表查得对应 ， 的临界值 ，相应的计算公式如下： 式中， 为样本的最大测试值， 和 分别为样本的平均值和标准值，这里有： 当计算得到的 时，可判定最大值 为异常 值，否则判断没有异常值。 2.3.2下侧情形检验法 下侧情形的检验法同上侧情形的检验法计算方法基本相 同，将 代替统计量 ，即有： 式中， 为样本的最小值，其余参数同上。 2.3.3双侧情形检验法 对于双侧情形的检验分别计算统计量 和 的值，通过检出水平 ，从格拉布斯临界值检验表中查得 ， 的临界值 。若 ， ，可判定 为异常值；若 ， ，可判定 为异常值，如果都不具备则认为不存在异常值。 2.3.4数据的检验结果 对泵送混凝土和非泵送混凝土各制作了60组试块，通过格拉布斯临界值检验法对相应的泵送混凝土、非泵送混凝土进行检验处理，剔除了异常值，并根据相应的规定将强度误差在15%以上的抗压强度值去除。剩余数据应用于相应曲线的拟合。对检测到的大量回弹值应用线性回归模型进行最小二乘线性拟合，从而求得回弹值与混凝土强度之间的相关关系，推定混凝土的强度值。 3.回弹测强曲线的建立 回弹法制定混凝土测强曲线，是在混凝土回弹的基础上，通过对检测回来的大量回弹值和碳化深度值应用数学归纳法及回归分析的理论建立回弹值、碳化深度值和混凝土强度之间的相关函数关系，从而确定混凝土的测强曲线。我们知道混凝土抗压强度与回弹值之间有良好的相关关系，并且通过对线性模型、幂函数模型、指数函数模型三种回归分析模型进行拟合精度的分析得到的函数曲线，直观的看出幂函数模型回归精度较高。根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T23-2011推荐的回归模型： 式中， 为混凝土试块的抗压强度值； 为混凝土试块的回弹值； 为混凝土试块的碳化深度值； 为所要求的待定系数，采用最小二乘法进行计算。 将模型参数两边分别取对数，可得对数方程： 可将上式进行简化，得到一个二元线性回归方程，即 根据测得的泵送混凝土回弹数据，分别计算Lnf、LnR、L11、L12等数据，并求得： 由公式 ，可求出 从而求得回归方程 为了将其简化，求自然对数的反对数，即 经过系数的相应变换后，得到泵送混凝土回归分析方程模型： 同理，根据测得的非泵送混凝土回弹数据，得到非泵送混凝土回归分析方程模型： 对泵送混凝土和非泵送混凝土的回弹测强曲线得出以后，还应用钻芯法进行校验，通过对混凝土钻芯试验得出的泵送混凝土与非泵送混凝土芯样数据与相应规程曲线强的对比分析，得出了泵送混凝土与非泵送混凝土相应测强曲线的修正系数分别为1.053320和1.061059。将测强曲线乘以相应的修正系数分别得到泵送混凝土专用测强曲线： 和非泵送混凝土专用测强曲线 通过验证，可知修正后的测强曲线强度与实际的芯样实际强度的比值的平均值接近1。因此，可以认为所求得的修正后的泵送与非泵送混凝土测强曲线是较为合适的测强曲线。 4.结论 对于混凝土强度的回弹法检测，由于受人为因素和外部环境的影响，使测得的相关数据存在较大的误差。在既有的理论基础上，结合南水北调工程河北段所用泵送与非泵送混凝土的实际选用情况，均制作了60组C20、C25、C30、C40、C50五种强度等级的标准混凝土试块，通过试验测定其7d、28d、60d、90d龄期的回弹值、碳化深度值和相应的抗压强度值。并对泵送混凝土和非泵送混凝土制作的混凝土实体试验墙进行钻芯取样试验，分别钻取了标准芯样用于对测强曲线的修正。对于试验得到的相关数据，通过格拉布斯检验法和相应标准进行判断，对异常数据进行剔除处理。运用最小二乘法对测得的试验数据进行拟合，得到了相应的泵送混凝土与非泵送混凝土的测强曲线；通过相应的钻芯试验对得到的测强曲线进行修正，最后得到适合南水北调工程河北段应用的专用测强曲线。 【作者简介】王铁强（1976-），毕业于河海大学，现就职于河北省水利科学研究院，高级工程师。 【文章编号】1627-6868（2013）09-0005-3 |
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