回弹法检测第Ⅳ类水泥基灌浆材料抗压强度试验研究

陈大川,郭虹位

(湖南大学,湖南 长沙 410082)

随着地铁施工的进行，各城市均产生过大量的地铁隧道周围房屋破损的情况，为了保证破损房屋的安全，常采用第Ⅳ类水泥基灌浆料进行加固。为了及时掌握加固混凝土强度，采用回弹的方法可靠、便捷、方便及时调整工程进度，然而目前没有相关规范对回弹法检测灌浆料进行指导，因此相关的试验研究很有必要。

根据我国现行标准《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2015)，对第Ⅳ类水泥基灌浆材料采用尺寸为100 mm×100 mm×100 mm立方体试块抗压强度作为评定强度。除此方法外，若试块有问题或现场强度有怀疑时，目前没有合适的现场原位检测技术对灌浆材料浇筑构件进行强度评定。回弹法作为广泛使用的现场原位无损检测技术，操作简便，评定结果可靠，但现行没有针对第Ⅳ类灌浆料的回弹法检测规范，现行混凝土回弹法检测抗压强度的规范已经不适用，故研究回弹法检测第Ⅳ类水泥基灌浆材料很有必要。

1 试件制作及回弹仪选取

1.1 试件制作

试验选用湖南地区常用的某品牌灌浆料，试件共制作128组，设计强度为C60、C80的立方体试件各72组，每组试件包括3个100 mm×100 mm×100 mm立方体试块。用于不同龄期(3、7、14、28 d)、不同强度的回弹、抗压试验的立方体试块各16组。为了贴近工程实际与运用，所有试件在相同条件下采用自然养护，试验温度(20±2)℃。

1.2 回弹仪选择

根据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2011)、 《高强混凝土强度检测技术规程》(JGJ/T294-2013)等国家现行标准，普通混凝土回弹仪适用于设计强度C10～C50的混凝土，高强混凝土回弹仪适用于C50～C100的设计强度区间。根据此次试验的具体情况，C60、C80灌浆料全龄期强度较高，参考相关规范标准，采用ZC3-A型(系统标准能量为2.207 J)普通混凝土回弹仪以及HT450-A型高强混凝土回弹仪(系统标准能量为4.5 J)同时采集试验数据。

2 竖向压力及碳化深度对回弹值影响

2.1 竖向压力对试件回弹值的影响

试件回弹值采集过程中，需要压力试验机提供60～100 kN的竖向压力，不同的压力可能会对试件的回弹值造成影响，因此选择2组龄期3 d的C60设计强度的试块2组，在试件承受不同竖向压力下情况下，研究竖向压力对回弹值的影响。试验结果如图1、图2所示，图1为试件在不同竖向压力下普通回弹仪回弹值对比图，图2为试件在不同竖向压力下高强回弹仪回弹值对比图。

图1 普通混凝土回弹仪回弹值对比图

图2 高强混凝土回弹仪回弹值对比图

根据图1、图2所示，试件在不同竖向压力下普通回弹仪和高强回弹仪回弹值变化均较小，误差在可控范围内，所以竖向压力对试件回弹值的影响忽略不计。

2.2 碳化深度对回弹值的影响

本次试验所用的混凝土试块最长龄期为28 d，时间较短。目前，碳化深度极小，对混凝土表面强度的影响几乎可以忽略，因此不考虑碳化对混凝土表面强度的影响。

3 试验数据测取

3.1 回弹数据测取

参照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T 23-2011)，将试块的两侧非浇筑面置于压力试验机的垫板中心下方，调整试块和垫板位置，保证试块与垫板接触面平整清洁，使其受力均匀。对试块进行加载，速率不高于0.6 MPa/s，压力控制在60～100 kN，在试块保持压力下，采用符合规定的回弹仪按照标准的操作规范在试块的两个侧面分别弹击8个点，点位布置如图3所示。对试块卸载，将弹击面作为上下承压面，使用另外一只回弹仪按照相同方法在剩余的未测区回弹值的侧面测取回弹值。

图3 回弹测点布置图

3.2 抗压强度测取

回弹值测取完成后，根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081)，将试块加载直至破坏，按式(1)计算试块的抗压强度值fcu，计算结果精确到0.1 MPa。

(1)

式中：fcu为混凝土立方体试件抗压强度，MPa；F为试件破坏荷载，N；A为试件承压面积，mm2。

3.3 试验数据处理

抗压强度数据换算之后对每小组的抗压强度求平均值，当最大值和最小值与中间值的误差在15%范围内时，取平均值；当有一个最大或最小值与中间值的差超出中间值的15%时，取中间值作为评定值；当最大值与最小值和中间值的差均超过15%，该组试验数据作废。

回弹值应从每个试块的16个回弹值中分别剔除3个最大值和3个最小值，余下的10个值求平均值得到试块的平均回弹值，计算结果精确到0.1 MPa。每组3个试块回弹值取平均值，若抗压强度数据无效则该组回弹数据同时作废。

4 回弹测强曲线建立

4.1 测强曲线的建立

试验共采集128组数据，剔除无效和异常数据，以回弹值为x轴，实测抗压强度为y轴，根据最小二乘法，采用线性函数、幂函数、指数函数、抛物线函数对其进行拟合，并计算相关性系数、平均相对误差(%)和相对标准差(%)对拟合曲线进行评定。

(a) 幂函数式-ZC3-A

从表1、表2可以看出，普通混凝土回弹仪的4个数据拟合公式和高强混凝土回弹仪的4个数据拟合公式均有较高的相关性系数，其中幂函数拟合曲线相对其他3种曲线相关性较高，略低于二次抛物线拟合曲线，普通混凝土回弹仪幂函数拟合曲线平均相对误差、相对标准差均低于其余3条曲线，高强混凝土回弹仪幂函数拟合曲线的平均相对误差、相对标准差也低于其余3条，所以幂函数式拟合曲线拟合效果最佳。普通回弹仪幂函数拟合曲线相关性系数高于高强混凝土幂函数拟合曲线相关性系数，并且从散点分布图可以看出，普通回弹仪回弹数据更加集中在拟合曲线周围，高强回弹仪数据较为分散，因此建议采用普通回弹仪幂函数拟合曲线，简化后如式(2)所示。

(a) 幂函数式-HT450-A

表1 回弹值-抗压强度拟合曲线相关参数(ZC3-A)Table 1 Resilience value-compressive strength fitting curve related parameter(ZC3-A)函数形式表达式相关性系数R2平均相对误差δ/%相对标准差еr/%幂函数式fccu=0.076 6 R1.769 60.693 19.4311.91线性函数式fccu=2.241 6 R-36.6580.688 29.5312.03指数函数式fccu=8.627 7 e0.044 9 R0.685 49.5512.07抛物线函数式fccu=-0.038 8 R2+4.913 2 R-88.9570.690 79.5111.99

表2 回弹值-抗压强度拟合曲线相关参数(HT450-A)Table 2 Resilience value-compressive strength fitting curve related parameters(HT450-A)函数形式表达式相关性系数R2平均相对误差δ/%相对标准差еr/%幂函数式fccu=0.143 7 R1.671 90.662 310.0613.73线性函数式fccu=2.448 2 R-30.2950.660 610.1613.89指数函数式fccu=9.593 2 e0.049 6 R0.647 910.2114.14抛物线函数式fccu=-0.063 2 R2+6.724 7 R-101.780.672 010.3813.76

(2)

4.2 测强曲线的验证

在长沙某地铁隧道周围建筑加固项目中，采用与试验同品牌的灌浆料进行混凝土加大截面加固。为验证此次试验建立的测强曲线的准确性，通过上述建议的幂函数拟合曲线，采用回弹法对灌浆料强度进行推定，并利用加固墙体的不同龄期(3、7、14、28 d)的同条件养护的100 mm×100 mm×100 mm立方体试块平均抗压强度来检验采用回弹法推定的强度值的准确性，每个龄期试验2组试块，取抗压强度平均值，对比结果如表3所示。

表3 测强曲线精度检验Table 3 Strength curve accuracy test龄期/d回弹平均值回弹法推定抗压强度/MPa试块抗压强度平均值/MPa误差/%335.141.838.78.01739.351.155.07.091442.057.560.34.642848.173.175.63.31

根据试验结果，最大误差为8.01%，最小3.31%，故该幂函数拟合曲线公式具有较高的精度和使用价值。

5 结语

此次试验是对灌浆料强度无损检测的研究，扩大回弹法的适用范围，为相关规范的编制提供依据，通过试验，得到以下结论：

a.研究试块在不同竖向压力条件下对回弹值的影响，证明了在60～100 kN内，试块所受竖向压力对回弹值的影响可以忽略不计。