公路高性能混凝土结构实体强度检测研究

姚利郎

（山西省交通建设工程监理总公司，山西 太原 030012）

1 概述

现阶段公路桥隧混凝土工程中，混凝土的质量检测主要有标准养护试件法、回弹检测和钻芯取样等方法，混凝土质量评定标准采用试件标准养护法。标准养护试验主要评价混凝土材料特定条件（温度、湿度固定）下可以达到的能力，回弹检测、钻芯检测主要针对混凝土结构实体质量。从实际使用情况看，回弹法适用于龄期14～1 000 d，抗压强度10～60 MPa的普通混凝土，精度较低，钻芯法对结构会造成一定损伤，且在钢筋密集的混凝土结构实施中困难较大，多在混凝土试件强度评定有问题时用作验证。工程上我们更关注混凝土由材料转化为结构的实体质量，混凝土结构实体质量受制于混凝土组成材料、配合比、施工过程及所在环境的温度、湿度、风力等条件影响。国家标准GB 50204—2015[1]混凝土结构工程施工质量验收规范，增加用同条件养护方法检测混凝土结构的实体强度。考虑公路混凝土结构施工环境的特殊性，本文以某项目罗圈堡大桥C50梁板预制工程为背景，进行标准养护试验和同条件养护等效龄期系列试验。通过统计分析，对比用标准养护试件评定混凝土质量的代表性，确定同条件试验方法评定公路混凝土结构实体质量的有效性，为行业规范修订提供试验依据。

2 试验方案

2.1 设计要求

罗圈堡大桥中心桩号K101+885，上部结构采用8孔35 m先简支后连续预应力混凝土箱梁，桥梁全长287 m。上部结构预制梁采用C50混凝土，混凝土中总碱含量不大于1.8 kg/m3，氯离子总量不得超过胶凝材料总量0.06%。预制梁在浇筑混凝土过程中，应随机取样制作标准养护和实体检测及施工用混凝土强度、弹性模量试件，应从构件不同部位分别进行取样，实体强度及施工试件应随梁体或在同条件下振动成型、养护，28 d标准试件按标准养护办理。

2.2 原材料主要技术指标

水泥：山西吉港冠宇 P.O52.5，比表面积352 kg/m2，3 d 抗压强度 32.8 MPa，28 d 抗压强度56.0 MPa，碱含量0.44%，氯离子含量0.029%；细集料：混合砂刘家豪机制砂占58%，麻镇天然砂占42%，组合后细度模数2.81，含泥量3.0%；粗集料：刘家豪碎石掺配组成5～20 mm连续级配，压碎值19.8%，针片状5.6%；外加剂：山西ART-1聚羧酸高性能减水剂，减水率30%；粉煤灰：内蒙准大电厂Ⅰ级，活性指数78.9%。

2.3 配合比及主要性能指标

设计配合比：mc∶mf∶ms∶mg∶mw∶ma=369∶81∶705∶1 103∶162∶5.85，水胶比（W/B）0.36，表观密度2 440 kg/m3，塌落度160～200 mm，强度R7=54.3 MPa，R28=63.1 MPa，弹性模量 Ec28=5.13×104MPa，混凝土中总碱含量1.689 kg/m3，氯离子占胶凝材料总量0.037%。

2.4 试验技术条件

a）试件制作及养护 标准养护试件在拌合站取样，每片梁制作150×150×150立方体试件3组，脱模后进入标准养护室养生28 d，用于混凝土质量评定；同条件试件在预制场梁板施工过程随机取样制作150×150×150立方体试件2～3组，一组用于同条件等效龄期试验，另外1～2组用于混凝土预应力张拉条件控制。试验件现场养生放置于箱梁侧面，随梁板养护。梁板张拉调运后，等效龄期试件，移至附近试样架自然养生，集中管理，以免丢损。

b）日平均温度确定 考虑天气实时动态变化的无规律性，方便与历史查询统一，同条件养护试件的日平均温度取当地气象台站公布的日最高温度与最低温度的平均值。平均温度为0℃及以下的龄期不计入。

c）等效龄期 实体强度检测试件的等效养护龄期，取混凝土的成熟度达到600℃·d，所对应的龄期。水泥胶体的固化和混凝土强度的增长很大程度上取决于养护环境的热工效应，表现为时间-温度曲线下的积分面积（累积温度），即成熟度，其量纲为（℃·d）。标准养护的温度为20℃，龄期是28 d，故成熟度是560℃·d。同条件养护反映的结构实际环境受到大气温度和养护条件的限制，难以保证20℃的恒温条件，从热工效应的角度，如能保证接近560的成熟度，则热工对强度增长的影响基本可以“等效”。试验取成熟度为600的相应龄期为等效养护龄期。

d）等效龄期的范围 试验确定等效龄期为混凝土成熟度600±10℃·d，对应龄期，且等效养护龄期时间，不应小于14 d，超过60 d。由于气温变化的无规律以及求平均值等原因，要恰好达到600℃·d时试验是很困难的，以数值范围控制。14 d以内的龄期尚处于强度的早期快速增长阶段，强度值尚不稳定，离差大而缺乏代表性，故等效养护龄期不得小于14 d。同条件试件的比表面积（混凝土表面积与体积之比）很大，养护后期失水严重，强度可能不升反降，到90 d后比较明显，试验统计分析，确定等效养护龄期不宜超过60℃·d。北方地区的秋冬季节，由于持续降温，同条件养护试件往往在成熟度未达600℃·d时就已达到等效养护龄期的限值60℃·d，因而发生验收龄期的困难。这里600℃·d的成熟度必须保证，因为成熟度（积温）对强度的发展具有更重要的影响，龄期或成熟度对混凝土强度增长的影响是先快后慢，先强后弱。到28 d龄期或600℃·d的成熟度时，实际上已进入强度增长停滞期，即使有些误差，对强度值的影响也不会太大。

e）同条件试件强度的代表性 同条件养护试件与结构实体的混凝土具有几乎完全一致的原材料质量、配合比组成、搅拌运输工艺以及养护条件，温度差异引起热工效应的影响已由成熟度所反映的等效养护龄期考虑。同条件养护试件与结构实体的最大差别在于比表面积，即混凝土表面积与其体积的比值，试件的比表面积大得多，同条件养护试件的强度一般均小于其所代表的结构混凝土实际的强度。试验表明，比表面积不同，湿度差异引起的影响大约为4%～6%，用同条件试件代表实体强度偏于安全的。

f）质量控制 每片梁出场吊装前，需用回弹法验证实体强度，达到设计强度90%后方可放行，本项目回弹检测龄期为7～10 d。

3 试验结果与分析

3.1 日平均气温

试验采用中国天气网，考虑气温的动态变化，每天上午采集前一天的确定当地最高、最低气温，计算平均值，作为混凝土成熟度计算温度。统计时间从罗圈堡大桥第一片箱梁预制开始时间2016年5月14日，连续记录至最后一片梁成熟度达到600℃·d的时间2016年10月20日。平均气温曲线见图1。

图1 预制场气温变化曲线

3.2 积温曲线图

箱梁预制场的连续累积温度曲线，统计区间2016-05-14—2016-10-20的积温曲线见图2。

图2 预制场积温曲线

3.3 抗压分布曲线图

罗圈堡大桥箱梁试件（标准养护、同条件养护）抗压强度分布见图3。

图3 罗圈堡桥箱梁抗压强度分布曲线

3.4 试件强度统计分析

箱梁混凝土试件分标准养护和同条件养护两种，标准养护每片梁制件3组，养护龄期28 d，同条件试件每片梁制件1组，养护龄期为混凝土成熟度达到600℃·d对应龄期，统计情况见表1。

表1 试验强度结果统计表

3.5 实体强度检测

箱梁吊装上桥前实体强度检测，采用回弹法，根据试验强度及工序安排，箱梁成品一般5 d张拉，7 d出场，从实际回弹值统计，一般都大于48，48的推定强度即60 MPa[2]，现行混凝土回弹检测规程JGJ/T23—2011，大于48都记作强度60，说明回弹检测对该强度等级混凝土检测没有实际意义。

4 试验结论

通过以上分析可得到以下结论：

a）该混凝土配合比在现有施工条件下，用作C50混凝土强度冗余较大，按现行规范完全满足C55设计技术要求。

b）同条件等效养护龄期混凝土强度，比标准养护强度低约3.2%，属于同一强度水平，说明用标准试件强度评定混凝土结构实体强度有效可行。

c）同条件等效龄期混凝土强度，可以用作混凝土结构实体强度的一种检验方法，其强度值除以0.88后，按现行验评标准有关规定进行评定，对公路高性能混凝土结构偏于保守。

d）对公路工程常用的C50C55混凝土结构，用回弹法检测，其推定强度常常超出检验规程条件范围，加之公路高强度等级混凝土梁板结构经常位于深沟高墩上，回弹法按规定龄期范围检测常受到较大的制约。