[提 要] 本文通過工程實例,論述了結構實體混凝土強度檢測過程中齡期的影響,總結了一些處理經(jīng)驗。
[關鍵詞] 混凝土強度;無損檢測;齡期
1 前言
由于混凝土強度對于建筑結構安全具有重要意義,當混凝土標準試塊強度檢驗評定結果不合格或者有爭議的時候,依據(jù)《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》( GB 50204 -2002)中的規(guī)定,可采用非破損或局部破損的檢測方法,對結構構件中的混凝土強度進行檢測,并作為處理依據(jù)。但是,由于混凝土試塊的養(yǎng)護條件以及齡期等和結構實體不同,而進行結構實體檢測的混凝土,通常是在混凝土標準試塊檢驗以后進行的,其齡期都超過28天,因此在結構實體強度檢測中,有必要考慮齡期的影響。
2 混凝土強度與齡期的關系
混凝土的強度增長源于其水泥的水化反應,由于混凝土中的水泥的水化反應是一個較為長期的過程,因此在一定時間范圍內(nèi),混凝土強度隨齡期的增長而增長。通常認為,混凝土強度R與齡期t之間近似存在下列的關系:
上式中, k是系數(shù),對于不同的原材料(主要是水泥品種)取值不同。
實際上式⑴只是一個概念公式,不是一個確切的計算公式,即如果已知某個齡期時的混凝土強度,直接通過上式推算不同齡期下的混凝土強度則誤差相當大,且當混凝土達到一定齡期后,由于水泥水化基本完成,混凝土強度基本上不再隨齡期增長。一般認為,對于未摻加粉煤灰等活性摻合料的普通混凝土,混凝土強度在齡期28d的時候基本趨于穩(wěn)定,因此工程界均以28d齡期、溫度20℃標準養(yǎng)護下的混凝土強度作為其材料強度取值的標準,混凝土強度等級的定義也是以上述強度作為基準的。實際上,隨著混凝土技術的不斷發(fā)展,活性摻合料、外加劑等新組分的應用逐漸加強,現(xiàn)在某些商品混凝土或者高性能混凝土的強度已經(jīng)突破這個規(guī)律,例如,對于摻加了粉煤灰的混凝土,其后期強度增長潛力巨大,甚至其60d齡期的強度可以達到28d強度的115倍左右。
同時,對于結構實體的混凝土,其養(yǎng)護溫度、濕度、體量等與標準試塊均不同,標準試塊的強度值不一定能代表結構實體的混凝土強度,為此,現(xiàn)行的施工質(zhì)量驗收規(guī)范《GB 50204- 2002》中特別規(guī)定了同條件養(yǎng)護試件作為結構實體強度的檢驗。
因此,對于結構實體混凝土強度的檢測,必須了解所檢混凝土的齡期、養(yǎng)護條件等,才能使檢測結果更符合實際情況。
3 從工程實例看混凝土齡期的影響
3．1 結構實體混凝土強度檢測中的等效養(yǎng)護齡期
依據(jù)施工驗收規(guī)范《GB 50204 - 2002》附錄D的相關條文,同條件養(yǎng)護試件的等效養(yǎng)護齡期可根據(jù)當?shù)氐臍鉁睾宛B(yǎng)護條件,取累計達到600℃·d時對應的齡期,其中600℃·d的取值是參照標準養(yǎng)護試件養(yǎng)護溫度為20℃、齡期為28d時的養(yǎng)護齡期為560℃·d確定的。這樣規(guī)定的目的是使得結構實體同條件養(yǎng)護試件的強度值與標準養(yǎng)護試件的強度值具有可比性。同理,對于未留置同條件養(yǎng)護試件的結構實體進行強度檢測時,應注意等效養(yǎng)護齡期(也稱之為成熟度)的影響。
福州市某工程采用鋼筋混凝土獨立基礎,混凝土由施工單位現(xiàn)場自拌澆注,由于標準試塊抗壓強度檢驗結果波動超過15% ,無代表值,委托我站采用鉆芯法進行結構實體混凝土強度檢測。我站在混凝土齡期30d的時候進場,抽取2個基礎承臺,每個承臺各鉆取了1組3個Φ100mm的芯樣,當天就加工成高徑比為1: 1的標準芯樣,在室溫下浸泡48h后進行抗壓強度檢驗,其結果見表1。數(shù)據(jù)表明,所鉆2組芯樣混凝土強度換算值的平均值分別為18．0MPa、19．7MPa,其芯樣混凝土強度換算值的代表值(即最小值)分別為15．3MPa、16．6MPa,均低于C25的設計強度等級。
經(jīng)調(diào)查,由于混凝土澆筑施工的日期為1月份,正是福州市平均氣溫最低的季節(jié),日均溫度僅為8℃～10℃,最低氣溫尚未達到0℃,因此不影響混凝土澆筑施工,但施工單位僅采用常溫水養(yǎng)護,未采用溫水養(yǎng)護,因此根據(jù)日平均溫度統(tǒng)計,檢測時,混凝土齡期雖然已經(jīng)超過28d,但其等效的養(yǎng)護齡期按日平均溫度逐日累計僅達到約300℃·d,而經(jīng)過上述分析,決定在結構實體混凝土等效養(yǎng)護齡期達到600℃·d時(約55d)再次對同樣的承臺構件進行鉆芯檢測,其檢測結果見表1。表1的數(shù)據(jù)表明,在結構實體混凝土等效養(yǎng)護齡期達到600℃·d時,其芯樣混凝土抗壓強度換算值的代表值均超過25MPa,該檢測結果較真實地反映了結構實體的強度狀況,具有代表性。
上述檢測實例表明,在結構實體混凝土強度檢測中,應注意等效養(yǎng)護齡期。
3．2 不同齡期混凝土強度的增長
某220kV變電所主控聯(lián)合樓為二層現(xiàn)澆鋼筋砼框架結構,建筑面積約1200m2 ,混凝土采用現(xiàn)場機械攪拌澆注,其二層框架柱混凝土設計強度等級為C25,由于部分二層框架柱角部及局部側面存在表面起砂等缺陷,為了解其混凝土強度狀況,施工單位于混凝土齡期為19d時委托我站抽取3根觀感最差的二層柱進行鉆芯檢測,結果見表2,由于當時混凝土齡期僅19d,無法得出結論,為進一步了解其混凝土強度狀況,混凝土齡期29d時施工單位第二次委托我站對全部二層框架柱采用超聲回彈綜合法進行檢測,共計檢測了29根二層框架柱,其砼強度推定值為17．2MPa～36．4MPa,其中8根柱現(xiàn)齡期砼強度推定值低于25．0MPa,其中第一次鉆芯檢測的3根構件的超聲回彈綜合法檢測結果見表2。該檢測結果在和施工單位、建設單位、設計單位以及監(jiān)理單位等有關部門會同評議時引起了爭議,爭議的主要焦點在于,從19d的鉆芯結果和29d的超聲回彈綜合法檢測結果看,強度增長幅度較大。
但進一步的分析表明, 19d齡期下的鉆芯法檢測結果基本上是29d構件混凝土強度推定值的70%左右,還是符合混凝土強度發(fā)展的一般規(guī)律的。為了進一步驗證超聲回彈綜合法檢測結果,最后在該3個構件上再次進行了鉆芯驗證,結果見表2。數(shù)據(jù)表明,鉆芯檢測結果和超聲回彈綜合法檢測結果基本吻合。
上述檢測實例表明,由于影響混凝土強度和齡期之間關系的因素很多,因此,很難得出一個統(tǒng)一的計算公式能將齡期不到28d或者等效養(yǎng)護齡期不足600℃·d的混凝土強度檢測結果換算成標準養(yǎng)護齡期下的混凝土抗壓強度值。這也是為什么采用非破損方法測得的結構實體混凝土強度結果無法和混凝土設計強度等級進行直接對比的原因。因此,在檢測中應認識到,檢測結果所反映的均為檢測齡期下的混凝土強度,當齡期變化時,混凝土的強度也會隨著變化。
值得一提的是,對于商品混凝土公司這樣的大量的、商品化生產(chǎn)預拌混凝土的企業(yè),由于其水泥、砂、石、外加劑等原材料相對比較穩(wěn)定,配合比的控制也比較規(guī)范,從生產(chǎn)質(zhì)量控制角度考慮,可以結合自身生產(chǎn)狀況,針對不同品種、不同強度等級的混凝土,建立各自的混凝土強度- 齡期關系曲線,以作為處理質(zhì)量問題時參考。
3．3 長齡期下的混凝土強度檢測
無論回彈法還是超聲回彈綜合法等非破損強度檢測方法,都必須事先建立換算曲線,通過換算曲線進行強度的換算。大多數(shù)換算曲線由于數(shù)據(jù)采集的困難,一般都沒有長齡期下的數(shù)據(jù),因此,現(xiàn)有的《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規(guī)程》(JGJ /T 23 - 2001)以及《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規(guī)程》(CECS 02: 2005)等均規(guī)定了統(tǒng)一測強曲線適用的齡期,如回彈法統(tǒng)一測強曲線適用于14d～1000d,最長大約3年,超聲回彈綜合法統(tǒng)一測強曲線的適用齡期是7d～2000d,最長大約6年。因此在既有建筑的檢測鑒定中,必須了解建筑的施工年月,如果齡期超出測強曲線的適用范圍,則應該選擇合適的測強曲線或者采用鉆芯法等其它檢測手段進行修正,否則會帶來很大的誤差。
某框架結構住宅樓于1994年施工,由于資金困難等原因,主體框架建至六層樓面后停工,構件均未粉刷, 2006年4月為進行續(xù)建,需要了解其結構實體混凝土強度狀況。由于工程面積較大,需要檢測的構件數(shù)量很多,因此決定采用非破損的方法:超聲回彈綜合法以及回彈法進行檢測?？紤]到混凝土的齡期超過10年,構件表面狀態(tài)、內(nèi)部含水率等都發(fā)生了很大變化,當采用回彈法、超聲回彈綜合法等非破損方法檢測其結構實體強度時,回彈值、超聲聲速值、碳化深度等物理參量與混凝土強度之間的換算關系和短齡期下的混凝土有很大差異,因此按照規(guī)范的要求,鉆取若干芯樣進行修正,結果見表3。
從表3數(shù)據(jù)看,對于長齡期的混凝土,其修正系數(shù)均大大低于110,因此,如果不采取修正的措施,將對檢測結果帶來很大的偏差,影響后續(xù)工程的開展,甚至帶來結構的安全隱患。
4 總結
通過上述工程實例,可以看出,由于混凝土強度隨齡期的增長是在不斷變化的,同時,對于回彈法以及超聲回彈綜合法等非破損檢測方法,由于是通過回彈值、超聲聲速以及碳化深度等間接的物理指標、根據(jù)事先建立的換算曲線進行混凝土強度換算的,因此更要注意結構實體混凝土的齡期問題?？偟膩碚f,在運用非破損或者半破損方法檢測結構實體的混凝土強度時,應該注意以下幾個方面的問題:
⑴對于新建、在建工程,由于混凝土標準試塊抗壓強度檢驗結果不合格或者有爭議的情況下進行結構實體混凝土強度檢測的情況,應該根據(jù)施工季節(jié)以及混凝土養(yǎng)護情況,盡量選擇混凝土等效養(yǎng)護齡期達到或超過600℃·d的時候進行檢測,使得檢測結果能反映結構實體混凝土的真實質(zhì)量狀況。
?、茖τ谛枰诨炷笼g期未達到28d進行結構實體強度檢測的情況,其檢測結果僅能供有關單位處理工程質(zhì)量異議時的參考。
?、菍τ陂L齡期混凝土,在有條件的情況下,可建立長齡期混凝土測強專用曲線,否則,應根據(jù)規(guī)范的要求,采用鉆芯法進行修正,否則會給強度換算值帶來很大偏差,造成誤判或漏判,對后續(xù)的工程處理帶來安全隱患或者增加不必要的加固處理開支。
參考文獻
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