高强泵送混凝土回弹与抗压强度修正系数研究

郑颖众

为解决现场混凝土回弹值与实际强度不符的问题，以漳州台商投资区某工程为依托项目，采用数理统计方法研究了样板墩、实体结构、混凝土立方体试块、混凝土试模墩回弹值与取芯抗压和试块抗压强度值的相关关系。结果表明，四种方法获得的修正系数均可以反映实体结构的强度特征，采用留置同条件养护试件的方法确定了混凝土60 天龄期抗压强度值与回弹强度推定值的修正系数为1.16。

一、项目概况及背景

1.工程概况

漳州台商投资区某项目用地总面积约5400m2，总建筑面积89398.53 m2，其中地下建筑面积13759.92 m2，地上建筑面积75638.61 m2，建筑总高度198.7m。主体结构由1 幢43F 超高层及连体地下室组成，并配有办公、门厅、消防控制中心以及避难层，其建成后将成为整个漳州地区的最高建筑，质量要求高，社会影响力大，关注度高，为漳州市重点工程。

2.项目施工难点

（1）本项目1 ～12 层柱墙混凝土设计强度为C70，对配合比设计以及养护要求较高；混凝土浇筑前由混凝土供应商进行试配，对粗骨料的粒径和坍落度进行重点控制，确保型钢混凝土柱和核心筒剪力墙的施工质量。

（2）本项目存在部分深度较大的连梁，劲性混凝土柱中型钢柱与钢筋相交点多、钢筋密集，混凝土施工难度大，下料、振捣困难。如何保证该部位混凝土的工程质量是本工程混凝土施工的重、难点。

（3）该结构高度198.7m，属于高泵程施工，对泵送机械的要求较高；同时坍落度过大或过小会影响泵送过程，从而影响混凝土施工质量，因此对调配混凝土的坍落度控制提出了较高要求。

（4）本工程柱（墙）与梁（板）混凝土最高等级差达到35MPa，在柱墙梁板相结合部位施工时，需严格控制混凝土浇筑顺序，梁、柱以及板、墙节点的混凝土强度等级应与较高强度等级的部位相同，确保节点处工程质量。

3.混凝土配合比设计

高强混凝土强度高、刚度大，早期强度增长较快，同时，在耐久性和抗冲击性方面也有较好的表现。随着混凝土抗压强度的提高，一方面可以减少构件截面尺寸，使得结构自重减轻，有利于提高结构抗震性能；另一方面，高强混凝土适用于高层超高层建筑，在提高经济效益的同时也响应了环保可持续的发展战略。为了获得更高强度，高强混凝土中胶凝材料用量多导致其早期体积变化大，容易产生裂缝，导致其耐久性能下降，使用寿命降低。

该项目柱长1800mm、宽1400mm、高5500mm，墙跨度5000 mm、厚900mm、高5500mm，属于典型的大体积混凝土，因此需要按照大体积混凝土进行配合比设计，并对高强混凝土结构各项性能进行深入研究。在大量室内试验的基础上，最终确定适用于本项目的C70 大体积配比见表1。

表1 混凝土配合比（kg/m3）

二、回弹强度与抗压强度相关性分析

1.实体样板墩模拟试验

施工之前在现场模拟一段剪力墙及一根独立柱。根据施工方案浇筑完24h 后用PVC 塑料喷管沿框架柱和剪力墙顶部布置定时向上喷淋喷雾，带模养护7d，拆模后在其上面覆盖土工布防止水分蒸发过快，拆模后继续对混凝土喷雾养护时间7d。

表2 是28d 和60d 龄期实体样板墩回弹强度推定值与芯样抗压强度值。从表中可以看出，随着龄期从28d 增加到60d，回弹强度均值从62.4MPa 增加到65.1MPa，增加2.7MPa，增长幅度4.1%；芯样抗压强度均值从73.2MPa 增加到81.2MPa，增加8MPa，增长幅度11%。可以看出，随着龄期增加，回弹强度值增长幅度较小，而芯样的抗压强度增长较快。同时，28d 芯样的抗压强度值73.2MPa，满足C70 高强混凝土设计标准，且随着龄期增加，混凝土强度还有较大幅度增加，符合大体积高强混凝土设计思路。

表2 C70样板墩回弹强度推定值与芯样抗压强度对比

2.实体构件回弹值与取芯统计分析

实体混凝土构件回弹强度换算值与芯样抗压强度对比见表3。从表中可以看出，实体构件的现场回弹均值59.2MPa，普遍低于同区域的芯样抗压强度78.6MPa，且回弹强度值无法满足C70 混凝土设计要求。这表明混凝土实体结构的回弹强度推定值与芯样抗压强度存在一定差异，无法表征混凝土实际强度。

表3 C70实体构件回弹强度换算值与芯样抗压强度对比（60d龄期）

3.混凝土立方体试块试验

由于样板墩及实体构件的回弹强度值不满足设计强度等级，经取芯验证均满足混凝土强度等级，这表明测强曲线与回弹强度值差异较大，需要进行矫正。由于该项目所有柱子的柱筋分部密集，钢筋直径较大，最小钢筋为直径25mm，钢筋最大间距100mm，实际钢筋净空间距仅75mm，而取芯直径至少达80mm，无法在柱上进行取芯验证。核心筒剪力墙钢筋分布也密集，沿墙肢长度垂直纵筋为D25@100（二排），沿墙肢长度方向箍筋为D16@200（六排），垂直墙肢长度方向箍筋为D16@200×200，无法每次现场混凝土回弹后再来取芯验证，通过取芯检测的方法存在一定难度。因此，开展混凝土构件回弹强度与实际强度的相关关系研究，掌握二者之间的变化规律对现场指导实体结构检测具有重要意义。

依据《回弹法检测高强混凝土抗压强度技术规程》DBJ/T 13-113-2009 中的有关规定，采用同条件养护试件研究混凝土实体结构回弹强度值和实际强度的相关关系。

（1）试验方法

首先，为了确保回弹仪的精确度，在试验前进行了回弹仪在洛氏硬度HRC60±2 的钢砧上，回弹仪的率定值应满足83±2；再将标准养护到28d 龄期的立方体试块（试件尺寸为：150mm×150mm×150mm）其表面擦干净，采用CXYAW-3000E 电液式压力试验机预压，试块强度较低时预压压力取60kN，强度较高时取100kN；预压完成后在试块的两个侧面上分别弹击8 个点；从各受检试件的16 个回弹值分别剔除掉3 个最大值和3 个最小值，余下的10 个回弹值再求的平均值，计算结果精确至0.1，此值即为该试件的平均回弹值Rm，碳化深度取值按0mm 换算。回弹测试完成后对试块进行抗压强度测试。混凝土试块回弹强度测试见图1，抗压强度测试见图2。

图1 混凝土试块回弹试验

图2 混凝土试块抗压试验

（2）C70 混凝土立方体抗压强度与回弹值相关性分析

根据混凝土回弹法检测高强混凝土抗压强度技术规程DBJ/T 13-113-2009 规定，混凝土试块或芯样的修正系数计算公式如下。

式中：ηi— i第 个试块或芯样的修正系数，计算结果精确到0.01MPa；——对应于第i 个试件或芯样部位回弹值的混凝土强度换算值，可按规程附录A 采用或通过测强曲线计算得到。——第i 个同条件养护混凝土立方体试件（边长为150mm 或边长为100mm 换算至边长为150mm）的抗压强度值，精确到0.1MPa；

不同龄期C70 混凝土立方体抗压强度值与回弹强度换算值的对比见表4。从结果可以看出，强度回弹换算值的28d、60d、90d 变异系数Cv分别为：0.01、0.02、0.01，抗压强度的变系数分别为0.05、0.05、0.05，变异性很小，其最小值和最大值的数值均在X±3s 之内，没有出现粗大误差，且依据DBJ/T 13-113-2009 的规定，该批数据采用格拉布斯准则对偏差量的离群值进行判定，未发现高度离群值，故全部数据均可用来进行数据分析与统计。通过计算可得出同一组配合比不同龄期28d、60d、90d 的回弹-抗压值修正系数分别为1.11、1.16、1.18，可见，随着龄期增加，回弹——抗压强度修正系数有增加趋势，且随着龄期增加，增加速度降低。

表4 不同龄期C70混凝土立方体抗压强度值与回弹强度换算值的对比

4.混凝土试模墩实验

为了进一步研究实体混凝土强度与回弹强度的关系，本实验订制了钢模试模墩，其尺寸为：400mm×200mm×400mm（长×宽×高）。试验时，先在试模墩上回弹，然后对试模墩取芯进行抗压强度对比试验，试验过程见图3。

C70 试模墩回弹强度换算值与芯样抗压强度值的对比见表5。从表中可以看出，C70 混凝土试模墩取芯抗压强度和回弹值换算值的28d、60d、90d 变异系数为均为0.01，变异性很小，其最小值和最大值的数值均在X±3s 之内，没有出现粗大误差，且依据DBJ/T 13-113-2009 的规定，该批数据采用格拉布斯准则对偏差量的离群值进行判定，未发现高度离群值，故全部数据均可用来进行数据分析与统计。通过计算可得出同一组配合比不同龄期28d、60d、90d 的回弹——抗压值修正系数分别为1.12、1.17、1.20。可见，与立方体和回弹强度之间的关系类似，随着龄期增加，试模墩与芯样抗的回弹——抗压强度修正系数有增加趋势，且随着龄期增加，增加速度降低。

表5 C70试模墩回弹强度换算值与芯样抗压强度值的对比

5.C70 高强泵送混凝土回弹修正系数

图3 试验过程

从表2～表6 的统计数据可看出，采用不用试验方法得到的试块及取芯抗压强度值与回弹强度换算值的修正系数在1.11 ～1.33 之间，其变异系数均不超过0.05，因此，采用四种方法得到的修正系数均可以反映实体结构的强度特征。受限于现场试验条件以及试样制作的难易程度，采用留置同条件养护试件的方法测试回弹修正系数具有明显的优势。

不同养护龄期条件下，修正系数和变异系数的变化规律见图4。从图4 中可以看出，随着龄期增加，回弹-试块强度的修正系数逐渐增加，当龄期超过60d 后，增加速度降低；同时，随着龄期的增加，变异系数先降低后增加，在60d 龄期时达到最低值。数据表明，在60d 时进行回弹-试块修正系数的测定可获得最小偏差修正系数，其值为1.16。此时，试块强度和回弹强度满足的换算关系见式（2）。

图4 龄期与修正系数和变异系数的关系

fcor—同条件养护混凝土立方体试件（边长为150mm 或边长为100mm 换算至边长为150mm）的抗压强度值，精确到0.1MPa。

三、结语

（1）依据《大体积混凝土施工标准》该构件尺寸大于1m，为防止胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土，因此本项目C70 混凝土采用60 天大体积配合比，混凝土强度回弹时宜选择在60d之后；

（2）外框柱的柱筋分部密集，且钢筋直径较大，钢筋净空间距仅75mm，不具备取芯验证条件（＞85mm），因此有必要建立回弹的修正系数；

（3）采用样板墩、实体结构、混凝土立方体试块、混凝土试模墩四种试验所得到混凝土抗压强度与回弹强度换算值的修正系数均可以反映实体结构的强度特征。用留置同条件养护试件的方法测试回弹修正系数具有明显的优势，混凝土60 天龄期抗压强度值与回弹强度推定值的修正系数为1.16，即