回弹法在蒸养混凝土预制构件早期强度中的试验研究

刘 嘉

上海浦公检测技术股份有限公司

1 前言

近年来，国家在工程建设领域大力推广装配式混凝土预制构件的使用，预制构件厂的产量也随之增长。在混凝土预制构件的生产中，由于组合钢模具的成本较高，生产企业难以大量持有，从而提高混凝土的早期强度、将混凝土预制构件的拆模时间提前、加快模具的周转速率、降低模具的分摊成本成为很多预制构件生产企业提高效益的关键[1]。蒸养作为一种可以快速提高混凝土早期强度的方法得到了广泛的应用。作为早期强度的检验方法，钻芯检测法对于混凝土预制构件会产生破坏，影响其结构安全，并会造成资源浪费；回弹法因其方法简便快速且不破坏构件的特点更适用于混凝土预制构件早期强度的检验。本文通过试验研究了回弹法在蒸养混凝土预制构件早期强度中的应用。

2 准备阶段

2.1 原材料

为保证此次试验的代表性，本次试验所使用的混凝土原材料均为预制构件厂日常生产所采用的品种和厂家，具体的原材料信息为：水泥强度等级为P.Ⅱ52.5，品牌：铜陵海螺；矿粉等级为S95，品牌：宝田；黄砂为中砂，细度模数2.3，产地：安徽芜湖；碎石级配为5mm～25mm，产地：安徽南陵；外加剂品种为：高效聚羧酸减水剂，型号为LWC-A30，厂家：江苏力威驰：拌和用水为自来水。

2.2 配合比

本次试验选用预制构件厂日常生产常用于蒸养的两个强度等级（C30和C35）作为试验用配合比，设计坍落度为100±30mm，具体的配比用量见表1。

表1 配合比设计用量

2.3 试验设备

采用舟山市博远科技开发有限公司生产的型号为BY2002HT 的数显回弹仪，回弹仪在使用前需在洛氏硬度为HRC60±2 的钢砧上进行率定，率定值在80±2 范围内；使用无锡东仪制造科技有限公司生产的型号为DY-3008DFX、精确度为1级的全自动压力试验机；60个的150mm×150mm×150mm试模及坍落度桶、捣棒等。

并在试验前确定所有的设备在检定有效期内且功能正常，可以使用。

3 试验阶段

3.1 蒸汽养护条件

本次试验采用的蒸养条件和预制构件厂日常生产中所设置的过程保持一致：设置升温速度为12℃/h，恒温温度为50℃，恒温时间为5h，降温速度为8℃/h。蒸养的温度设置及过程符合DGJ 08—2069—2016《装配整体式混凝土结构预制构件制作与质量检验规程》中对于蒸汽养护的要求。

3.2 试块制作

试验过程严格按照日产生产的顺序进行，并提前完成模具的拼装和钢筋的绑扎，将准备好的试模提前清理干净刷好脱模剂。试块的制作应与构件的生产同步进行，严格控制混凝土的坍落度和和易性，保持试验过程中混凝土的稳定性。开始制作试块，现场实测坍落度为100mm，使用流水线自带的振动功能振捣成型，试块制作完成后应将成型面抹平并与构件放置在一起进入流水线下一道工序。

本次试验每一种配合比制作的试块数量为30块，共制作60个试块，同一配合比的试块应一次性完成。

3.3 回弹强度检测

试块制作结束后，流水线先进入预养护窑养护4小时，然后进入养护窑开始蒸汽养护。按照2.1 中蒸养过程结束后将试块取出，拆模，搬至试验间。试验前将试块表面清理干净，将浇筑面向上放置在压力试验机中心，操作压力试验机设置60kN的数值，使其将试块夹紧，准备进行回弹。

本次试验中采用上海市地方标准DG/T J08—2020—2007《结构混凝土抗压强度检测技术规程》中回弹法的要求进行检测，试验过程中结合本次试验的特点对于具体操作的过程进行了必要的改进。回弹测区的布置：选择试块相对应的两个面，每个面使用黑色记号笔画出对角线，分割出的四个区域，每个区域为一个测区。测试角度的选择：预制构件因其吊装、堆放及运输的特殊性一般都采取的是水平角度回弹，这样不仅检验方便，而且后期数据的处理和计算中不需要考角度修正的影响。所以本次试验中为了保持与实际操作中的一致性也宜采用水平角度回弹。

使用回弹仪，按照布置好的测点进行回弹，每个测点回弹一次且间距须不小于30mm，回弹过程中试块不应有移动（如有气孔应避开），每个试块对应的两面共回弹16个点为一组，回弹过程中需要两人配合完成，一人回弹操作，一人记录数据。

3.4 试块抗压强度检测

回弹完成后操作压力机卸荷，将试块取出，操作压力机，按照GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》中的加荷速度的要求（每秒钟0.3MPa～0.5MPa）进行抗压强度的检验，记录试验结果fcu（MPa）。

将所有的试块均按照以上的方法分别进行处理并将数据整理、记录。

4 数据分析

4.1 回弹结果的处理

回弹代表值R的计算：将每组记录的16 个回弹值去掉3 个较大值和3个较小值，取剩余10个有效值的算数平均值；碳化深度值dm：因试块成型及养护的时间较短，混凝土没有产生碳化反应，经试验验证应取0。本次试验中强度的换算值选用地方标准中的测强曲线计算公式，分别计算出每一个试块的强度换算值。

表2 回弹代表值（R）-强度换算值（fcuc，MPa）-试块抗压强度值（fcu，MPa）对照表

将得到的回弹代表值（R）、试块抗压强度值（fcu）和强度换算值（fcuc）进行统计，制成表格进行比对（见表2）。

通过图表中统计的数据可以看出，使用回弹法计算混凝土预制构件的实体强度时用地方标准中的测强曲线公式计算出的强度换算值明显较同条件蒸养试块的抗压强度值有着比较大的差距，其中大部分试块的强度换算值甚至没有达到DGJ 08—2069—2016《装配整体式混凝土结构预制构件制作与质量检验规程》中对于混凝土预制构件起吊强度（15MPa）的要求强度。

分析其主要的原因为蒸汽养护提高了混凝土的初终凝速度，加快了水泥的水化的进程，使其强度的增长加快，从而使得混凝土的早期强度有了非常明显的提高，而这样的提高已不再适用于地方标准中测强曲线公式制定时的条件。

4.2 回归分析

通过对比本次试验的数据可以看出，回弹强度的代表值与试块的强度值之间存在着一定的关联性。为了使用的方便，拟采用回归分析的方法来对数据进行处理，进而得出经验公式。

将本次试验中得到的回弹强度代表值（R）和试块强度值（fcu）进行回归分析，得出公式：

回归分析曲线见图1。

图1

5 结果验证

在生产中选择C30 和C35 两个强度等级各6 个蒸养构件进行回弹检测，将获取的回弹值分别使用地标曲线公式和经验公式计算。回弹完成后对构件进行现场取芯，将芯样进行试压。通过计算可以得出，使用经验公式计算的强度平均相对误差为2.20%相对标准差为2.47%；使用地标曲线公式计算的强度平均相对误差为42.2%相对标准差为44.9%。通过对比可以看出，使用经验公式计算出的强度精确度较高，可以比较合理的反应蒸养条件下预制构件的早期强度。

表3 回弹值、经验计算值（MPa）和地标计算值（MPa）的比较表

6 结论

在预制构件厂实际的生产过程中，每天的构件产量较大，批次较多。本次试验主要的目的就是要找到一个经验公式，可以快速的通过使用回弹法检测出的代来表值推定蒸养条件下混凝土预制构件实际的强度值，从而判断构件是否可以进入脱模起吊的工序，从而提高生产效率。

通过大量的试验研究了回弹法在蒸养混凝土预制构件早起强度检验中的应用，通过对比回弹强度代表值、地标曲线强度换算值和试块抗压强度值，应用回归分析法得出了经验公式，即Fcu=1.01R-5.53。使用取芯验证的方法证明所得的经验公式比较准确、可靠，可以用于蒸养混凝土预制构件早期强度的检验。