混凝土空心板梁回弹强度与试块强度的试验研究

宗 健

(兴化市金桥工程有限公司,江苏 兴化 225700)

在桥梁、港口、船闸等交通工程中，混凝土强度现场检测以回弹法为主。多年实践经验表明，标养试块抗压强度、同养试块抗压强度都达到设计要求，而回弹强度却偏小，这是由于回弹强度换算无地区和专用测强曲线，一般都依据统一测强曲线进行换算，换算后的回弹强度偏低，因此回弹法检测混凝土构件强度存在一定的误差，对先张法空心板梁来讲，其误差相对较大。本文从空心板梁C40、C50两种设计强度分析研究标养试块强度、同养试块强度、回弹强度随龄期增长发展规律，提出它们的历时变化曲线表达式，为正确指导检测混凝土构件强度提供参考。

1 试验组织及方案

1.1 原材料

水泥：江苏磊达股份有限公司生产的P·Ⅱ52.5级水泥

江砂：安徽芜湖Ⅱ区中砂

碎石：江苏六合5-25碎石

外加剂：南京辽源混凝土外加剂厂生产的BC-400型高效减水剂

水：车路河河水，Ⅰ类水质

1.2 空心板梁混凝土配合比

空心板梁混凝土配合比见表1。

表1空心板梁混凝土配合比
Table1Hollowplategirderconcretemix

设计强度 配合比 水/Kg 水泥/kg 江砂/kg 碎石/kg 外加剂/kg 砂率/% 水灰比 坍落度/mmC40 148 419 621 1206 5.02 34 0.35 140^160 C50 148 474 570 1211 5.68 32 0.31 140^160

1.3 试验方案

(1)在预制构件厂对16 mC40空心板梁、20 mC50空心板梁组织强度检测，研究对象为2011年10月、2012年10月生产的空心板梁，混凝土为预制厂自有扬州中建建设机械有限公司JS1000型拌和楼搅拌，试块成型采用人工捣实，空心板梁成型采用插入式振捣棒；回弹仪采用山东省乐陵市回弹仪厂生产的ZC3-A中型回弹仪，回弹强度采用JGJ/T 23-2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》统一测强曲线，按附录A换算[1]；试块为立方体标准试块，压力机采用无锡新路达仪器设备有限公司生产的TYA-2000型压力机。

(2)空心板梁试验龄期分别为7 d、14 d、28 d、45 d、60 d、90 d。每一龄期16 mC40空心板梁12片、标养试块36组、同养试块36组，试块小计72组，每组3块，计216块；每一龄期20 mC50空心板梁20片、标养试块60组、同养试块60组，试块小计120组，每组3块，计360块。

(3)试验环境：标养试块24 h拆模后放在标准养护室养护，标养环境为温度20 ℃，湿度95%；同养试块24 h拆模后放在空心板梁上与其一起养护，同养试块及空心板梁拆模后6 d内洒水养护，同养为室外自然温度，自然温度见表2。

表2室外自然温度
Table2Outdoortemperature

时间 2011年2012年10月 11月12月10月11月12月 室外平均温度/℃ 18 11 4 17 10 4

(4)试验方法：空心板梁回弹按JGJ/T 23-2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》，检测部位为侧面梁高1/3～2/3处；混凝土试块抗压按JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行；混凝土试块回弹在压力机加载至80～100 kN时，在两个相对侧面水平方向各测8点回弹值，每个试块可得16个回弹值[2]，然后按JGJ/T 23-2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》进行数据取舍、换算，每组试块得到3个回弹换算值，再按JTG E30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》T0553-2005取其代表值[3]。

2 试验结果及分析

2.1 试验结果

对各龄期的试验数据整理，16 mC40空心板梁试验结果见表3，20 mC50空心板梁试验结果见表4。

2.2 试验结果分析

由表3、表4数据可见，试块回弹后抗压强度与试块直接抗压强度结果相近，试块回弹后再抗压对抗压强度影响不大；以标准差、变异系数作为判断参考量，同养试块回弹强度90 d收敛，其余试验项目60 d收敛。

(1)根据表3、表4对各试验项目运用对数进行回归拟合，得到各试验项目强度随龄期的变化方程[4]，见表5。

表3 16 m C40空心板梁试验结果
Table3Thetestresultsof16mC40hollowplategirder

龄期 强度 试验项目 标养试块回弹/18组 标养试块 回弹后抗压/18组 标养试块 直接抗压 /18组 同养试块 回弹/18组 同养试块 回弹后抗压/18组 同养试块 直接抗压/18组 板梁回弹 /12片 均值/MPa 12.6 34.3 33.9 15.9 41.2 40.6 20.4 7 d 标准差/MPa 5.52 4.77 4.93 5.48 4.65 4.71 5.02 变异系数 0.438 1 0.139 1 0.145 4 0.344 7 0.112 9 0.116 0 0.246 1 均值/MPa 24.9 46.0 45.7 26.5 48.9 49.3 32.5 14 d 标准差/MPa 5.34 4.81 4.86 5.36 4.71 4.80 4.93 变异系数 0.214 5 0.104 6 0.106 3 0.202 3 0.096 3 0.097 4 0.151 7 均值/MPa 32.5 53.8 53.6 34.8 55.0 54.4 38.7 28 d 标准差/MPa 4.97 4.65 4.74 5.25 4.56 4.55 4.87 变异系数 0.152 9 0.086 4 0.088 4 0.150 9 0.082 9 0.083 6 0.125 8 均值/MPa 38.3 57.0 57.3 37.5 57.1 56.4 42.4 45 d 标准差/MPa 4.85 4.57 4.60 5.19 4.44 4.40 3.88 变异系数 0.126 6 0.080 2 0.080 3 0.138 4 0.077 8 0.078 0 0.091 5 均值/MPa 41.8 59.4 59.2 40.3 58.5 58.4 45.7 60 d 标准差/MPa 4.86 4.48 4.51 4.97 4.37 4.27 3.16 变异系数 0.116 3 0.075 4 0.076 2 0.123 3 0.074 7 0.073 1 0.069 1 均值/MPa 42.3 59.8 60.1 43.0 59.2 59.0 45.9 90 d 标准差/MPa 4.73 4.42 4.45 4.83 4.28 4.30 3.07 变异系数 0.111 8 0.073 9 0.074 0 0.112 3 0.072 3 0.072 9 0.066 9

表4 20 mC50空心板梁试验结果
Table4Thetestresultsof20mC50hollowplategirder

龄期强度试验项目 标养试块回弹/30组 标养试块 回弹后抗压/30组 标养试块 直接抗压 /30组 同养试块 回弹/30组 同养试块 回弹后抗压/30组 同养试块 直接抗压/30组 板梁回弹 /20片 均值/MPa 15.6 44.4 44.0 20.3 50.7 50.9 25.8 7 d 标准差/MPa 5.37 4.28 4.46 5.29 4.45 4.54 4.93 变异系数 0.344 2 0.096 4 0.101 4 0.260 6 0.087 8 0.089 2 0.191 1 均值/MPa 27.2 57.3 57.7 35.4 60.8 60.5 41.2 14 d 标准差/MPa 5.42 4.35 4.29 5.23 4.51 4.47 4.84 变异系数 0.199 3 0.075 9 0.074 4 0.147 7 0.074 2 0.073 9 0.117 5 均值/MPa 38.6 68.4 68.0 44.1 67.9 67.5 49.7 28 d 标准差/MPa 5.28 4.16 4.27 5.38 4.43 4.35 4.70 变异系数 0.136 8 0.060 8 0.062 8 0.122 0 0.065 2 0.064 4 0.094 6 均值/MPa 46.4 74.6 74.2 48.2 73.3 72.5 54.5 45 d 标准差/MPa 5.07 3.94 4.03 5.22 4.18 4.13 3.99 变异系数 0.109 3 0.052 8 0.054 3 0.108 3 0.057 0 0.057 0 0.073 2 均值/MPa 50.4 78.5 78.3 50.8 76.0 75.9 57.2 60 d 标准差/MPa 4.95 3.87 3.85 5.03 3.98 4.09 3.28 变异系数 0.098 2 0.049 3 0.049 2 0.099 0 0.052 4 0.053 9 0.057 3 均值/MPa 50.7 78.7 78.4 52.3 76.3 76.0 57.1 90 d 标准差/MPa 4.83 3.69 3.80 4.92 3.95 4.01 3.25 变异系数 0.095 3 0.046 9 0.048 5 0.094 1 0.051 8 0.052 8 0.056 9

表5试验项目强度(Y/MPa)随龄期(X/d)的变化曲线
Table5Testitemstrength(Y/MPa)withage(X/d)curves

试验项目强度 强度等级 C40 C50拟合变化方程 相关系数R2 拟合变化方程 相关系数R2 标养试块回弹 Y=11.919ln(X)-8.2947 0.967 3 Y=14.659ln(X)-11.4890.974 4 标养试块回弹后抗压 Y=10.081ln(X)+17.58 0.939 4 Y=14.074ln(X)+19.3250.966 0 标养试块直接抗压 Y=10.329ln(X)+16.656 0.944 1 Y=13.998ln(X)+19.365 0.964 0 同养试块回弹 Y=10.449ln(X)-2.3849 0.972 2 Y=12.381ln(X)-0.0749 0.942 4 同养试块回弹后抗压 Y=7.1308ln(X)+29.169 0.945 4 Y=10.417ln(X)+32.224 0.967 8 同养试块直接抗压 Y=7.1331ln(X)+28.862 0.941 4 Y=10.245ln(X)+32.524 0.971 7 板梁回弹 Y=9.996ln(X)+3.7504 0.946 8 Y=12.373ln(X)+5.6848 0.928 8

(2)由表3、表4数据可计算出试验项目在各龄期的强度差值，见表6。

(3)由表6可见,标养试块强度与同养试块强度在28 d接近相等，早期7 d、14 d同养试块强度较高，后期45 d、60 d、90 d标养试块强度较高；7 d、14 d标养试块抗压强度与空心板梁回弹强度差值最小，45 d、60 d、90 d同养试块抗压强度与空心板梁回弹强度差值最小。由于同养试块与空心板梁一起养护，同养试块强度能代表空心板梁的实际强度，而回弹法检测空心板梁根据统一测强曲线方程换算的回弹强度偏低，回弹强度并不能代表空心板梁的实际强度，空心板梁实际强度与回弹强度同龄期差值C40

3 推算空心板梁强度的应用及误差分析

表5、表6是在泰州市兴化金桥预制构件厂生产的空心板梁强度统计的基础上，分析得到的推算表，因此两表同样适用于温湿度与泰州市相差不大的地区空心板梁强度的推算，如：位于泰州市周边的南通、盐城、扬州、淮安、以及与扬州淮安邻近的安徽天长等。下面通过两个例子来说明推算的应用及误差大小。

表6空心板梁试验项目在各龄期的强度差值(MPa)
Table6Hollowplatebeamtestprojectintheintensitydifferenceofeachinstar(MPa)

龄期 比较项目 标养试块抗压 -标养试块回弹 同养试块抗压 -同养试块回弹 标养试块抗压 -同养试块抗压 标养试块抗压 -板梁回弹 同养试块抗压-板梁回弹 C40 C50 C40 C50 C40 C50 C40 C50 C40 C50 7 d 21.3 28.4 24.7 30.6 -6.7 -6.9 13.5 18.2 20.2 25.1 14 d 20.8 30.5 22.8 25.1 -3.6 -2.8 13.2 16.5 16.8 19.3 28 d 21.1 29.4 19.6 23.4 -0.8 0.5 14.9 18.3 15.7 17.8 45 d 19.0 27.8 18.9 24.3 0.9 1.7 14.9 19.7 14.0 18.0 60 d 17.4 27.9 18.1 25.1 0.8 2.4 13.5 21.1 12.7 18.7 90 d 17.8 27.7 16.0 23.7 1.1 2.4 14.2 21.3 13.1 18.9

3.1 空心板梁强度的推算值与实际值的比较

例1 2013年10月10日生产的兴化市戴南镇连心桥2-2#16 mC40空心板梁，龄期60 d时实际测得标养试块强度56.4 MPa、同养试块强度55.2 MPa、板梁回弹强度41.5 MPa。用表5、表6推算强度及比较误差大小。

由表5推算：标养试块强度Y=10.329ln(X)+16.656=10.329ln(60)+16.656=58.9 MPa

同养试块强度Y=7.133 1ln(X)+28.862=7.133 1ln(60)+28.862=58.1 MPa

板梁回弹强度Y=9.996ln(X)+3.7504=

9.996ln(60)+3.750 4=44.7 MPa

由表6换算：实际测得标养试块强度 56.4 MPa

同养试块强度 56.4-0.8=55.6 MPa

板梁回弹强度 56.4-13.5=42.9 MPa

将以上推算值进行整理，并与实际值比较，结果见表7。

表7 2-2#16 mC40空心板梁60 d强度推算值与实际值的比较
Table7 60d2-2#16mC40hollowplatebeamintensitycalculatedvalueandactualvalue

比较项目实际值/MPa 推算值/ MPa 表5绝对误差/MPa 相对误差/% 换算值/MPa 表6绝对误差/MPa 相对误差/%同养试块强度 55.2 58.1 2.9 5.3 55.6 0.4 0.7 标养试块强度 56.4 58.9 2.5 4.4 ─ ─ ─ 板梁回弹强度 41.5 44.7 3.2 7.7 42.9 1.4 3.4

例2 2013年9月20日生产的兴化市333省道盐靖高速跨线桥18-16#20 mC50空心板梁，龄期7 d时实际测得标养试块强度49.6 MPa、同养试块强度56.3 MPa，板梁回弹强度31.9 MPa。用表5、表6推算强度及比较误差大小。

由表5推算：标养试块强度Y=13.998ln(X)+19.365=13.998ln(7)+19.365=46.6 MPa

同养试块强度Y=10.245ln(X)+32.524=10.245ln(7)+32.524=52.5 MPa

板梁回弹强度Y=12.373ln(X)+5.6848=12.373ln(7)+5.6848=29.8 MPa

由表6换算：实际测得标养试块强度 49.6 MPa

同养试块强度 49.6+6.9=56.5 MPa

板梁回弹强度 49.6-18.2=31.4 MPa

将以上推算值进行整理，并与实际值比较，结果见表8。

3.2 误差分析

表7中误差最大的是用表5推算的板梁回弹强度，绝对误差3.2 MPa、相对误差7.7%；最小的误差是用表6换算的同养试块强度，绝对误差0.4 MPa、相对误差0.7%。表8中误差最大的是用表5推算的同养试块强度，绝对误差3.8 MPa、相对误差6.7%；最小的误差是用表6换算的同养试块强度，绝对误差0.2 MPa、相对误差0.4%。

表8 18-16#20 mC50空心板梁7 d强度推算值与实际值的比较
Table8 7d18-16#20mC50hollowplatebeamintensitycalculatedvalueandactualvalue

比较项目实际值/MPa 推算值/ MPa 表5绝对误差/MPa 相对误差/% 换算值/MPa 表6绝对误差/MPa 相对误差/% 同养试块强度 56.3 52.5 -3.8 -6.7 56.5 0.2 0.4标养试块强度 49.6 46.6 -3.0 -6.0 ─ ─ ─板梁回弹强度 31.9 29.8 -2.1 -6.6 31.4 -0.5 -1.6

表5是强度与龄期的对数拟合公式，表6是强度统计平均值的差值表，它们都是总体样本水平的反映，两者推算都存在一定的误差。通过表7、表8可知，表5的推算强度相对误差较大，表6的换算强度相对误差较小，以上两例的最大相对误差7.7%，这说明表5、表6能够满足预测空心板梁强度的要求。

4 结论

本文通过C40、C50先张法空心板梁回弹强度、混凝土试块抗压及回弹强度统计数据的试验研究，获得各试验项目强度随龄期的变化曲线方程，得出它们的变化规律及相互之间的换算表，为空心板梁构件检测提供重要参考，主要结论如下：

(1)同养试块强度与标养试块强度在28 d时可以相互代替，同养试块回弹强度90 d收敛，其余试验项目强度60 d收敛。

(2)空心板梁实际构件强度大于按统一测强曲线方程换算的回弹强度，它们之间存在较大偏差。此偏差随龄期的增长先减小后增大。因此，根据统一测强曲线方程换算的回弹强度并不能代表空心板梁的实际强度，回弹法检测只能作为空心板梁混凝土强度检测的辅助方法。同样试块回弹强度也不能代表试块抗压强度。

(3)回弹强度、抗压强度随龄期的增大服从自然对数函数关系，各试验项目强度可以按龄期通过表5公式推算，也可根据某龄期强度通过表6进行换算。

参考文献：

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ/T 23-2011.回弹法检测抗压强度技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[2] 中国建筑科学研究院.CECS 02：2005.超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程[S].北京：中国计划出版社，2005：10-22.

[3] 交通部公路科学研究厅.JTG E30-2005.公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].北京：人民交通出版社，2005：61-96.

[4] 盛骤，谢式千，潘承毅.概率论与数理统计[M].4版.北京：高等教育出版社，2010：224-383.