[提 要] 本文通過工程實例,論述了結(jié)構(gòu)實體混凝土強(qiáng)度檢測過程中齡期的影響,總結(jié)了一些處理經(jīng)驗。
[關(guān)鍵詞] 混凝土強(qiáng)度;無損檢測;齡期
1 前言
由于混凝土強(qiáng)度對于建筑結(jié)構(gòu)安全具有重要意義,當(dāng)混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊強(qiáng)度檢驗評定結(jié)果不合格或者有爭議的時候,依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)構(gòu)件中的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測,并作為處理依據(jù)。但是,由于混凝土試塊的養(yǎng)護(hù)條件以及齡期等和結(jié)構(gòu)實體不同,而進(jìn)行結(jié)構(gòu)實體檢測的混凝土,通常是在混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊檢驗以后進(jìn)行的,其齡期都超過28天,因此在結(jié)構(gòu)實體強(qiáng)度檢測中,有必要考慮齡期的影響。
2 混凝土強(qiáng)度與齡期的關(guān)系
混凝土的強(qiáng)度增長源于其水泥的水化反應(yīng),由于混凝土中的水泥的水化反應(yīng)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(qiáng)度隨齡期的增長而增長。通常認(rèn)為,混凝土強(qiáng)度R與齡期t之間近似存在下列的關(guān)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(qiáng)度,直接通過上式推算不同齡期下的混凝土強(qiáng)度則誤差相當(dāng)大,且當(dāng)混凝土達(dá)到一定齡期后,由于水泥水化基本完成,混凝土強(qiáng)度基本上不再隨齡期增長。一般認(rèn)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(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的混凝土強(qiáng)度作為其材料強(qiáng)度取值的標(biāo)準(zhǔn),混凝土強(qiáng)度等級的定義也是以上述強(qiáng)度作為基準(zhǔn)的。實際上,隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展,活性摻合料、外加劑等新組分的應(yīng)用逐漸加強(qiáng),現(xiàn)在某些商品混凝土或者高性能混凝土的強(qiáng)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(qiáng)度增長潛力巨大,甚至其60d齡期的強(qiáng)度可以達(dá)到28d強(qiáng)度的115倍左右。
同時,對于結(jié)構(gòu)實體的混凝土,其養(yǎng)護(hù)溫度、濕度、體量等與標(biāo)準(zhǔn)試塊均不同,標(biāo)準(zhǔn)試塊的強(qiáng)度值不一定能代表結(jié)構(gòu)實體的混凝土強(qiáng)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(hù)試件作為結(jié)構(gòu)實體強(qiáng)度的檢驗。
因此,對于結(jié)構(gòu)實體混凝土強(qiáng)度的檢測,必須了解所檢混凝土的齡期、養(yǎng)護(hù)條件等,才能使檢測結(jié)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(jié)構(gòu)實體混凝土強(qiáng)度檢測中的等效養(yǎng)護(hù)齡期
依據(jù)施工驗收規(guī)范《GB 50204 - 2002》附錄D的相關(guān)條文,同條件養(yǎng)護(hù)試件的等效養(yǎng)護(hù)齡期可根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍鉁睾宛B(yǎng)護(hù)條件,取累計達(dá)到600℃·d時對應(yīng)的齡期,其中600℃·d的取值是參照標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件養(yǎng)護(hù)溫度為20℃、齡期為28d時的養(yǎng)護(hù)齡期為560℃·d確定的。這樣規(guī)定的目的是使得結(jié)構(gòu)實體同條件養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度值與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件的強(qiáng)度值具有可比性。同理,對于未留置同條件養(yǎng)護(hù)試件的結(jié)構(gòu)實體進(jìn)行強(qiáng)度檢測時,應(yīng)注意等效養(yǎng)護(hù)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(chǔ),混凝土由施工單位現(xiàn)場自拌澆注,由于標(biāo)準(zhǔn)試塊抗壓強(qiáng)度檢驗結(jié)果波動超過15% ,無代表值,委托我站采用鉆芯法進(jìn)行結(jié)構(gòu)實體混凝土強(qiáng)度檢測。我站在混凝土齡期30d的時候進(jìn)場,抽取2個基礎(chǔ)承臺,每個承臺各鉆取了1組3個Φ100mm的芯樣,當(dāng)天就加工成高徑比為1: 1的標(biāo)準(zhǔn)芯樣,在室溫下浸泡48h后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢驗,其結(jié)果見表1。數(shù)據(jù)表明,所鉆2組芯樣混凝土強(qiáng)度換算值的平均值分別為18．0MPa、19．7MPa,其芯樣混凝土強(qiáng)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(shè)計強(qiáng)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(dá)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(hù),未采用溫水養(yǎng)護(hù),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(hù)齡期按日平均溫度逐日累計僅達(dá)到約300℃·d,而經(jīng)過上述分析,決定在結(jié)構(gòu)實體混凝土等效養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到600℃·d時(約55d)再次對同樣的承臺構(gòu)件進(jìn)行鉆芯檢測,其檢測結(jié)果見表1。表1的數(shù)據(jù)表明,在結(jié)構(gòu)實體混凝土等效養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到600℃·d時,其芯樣混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的代表值均超過25MPa,該檢測結(jié)果較真實地反映了結(jié)構(gòu)實體的強(qiáng)度狀況,具有代表性。
上述檢測實例表明,在結(jié)構(gòu)實體混凝土強(qiáng)度檢測中,應(yīng)注意等效養(yǎng)護(hù)齡期。
3．2 不同齡期混凝土強(qiáng)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(jié)構(gòu),建筑面積約1200m2 ,混凝土采用現(xiàn)場機(jī)械攪拌澆注,其二層框架柱混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級為C25,由于部分二層框架柱角部及局部側(cè)面存在表面起砂等缺陷,為了解其混凝土強(qiáng)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(jìn)行鉆芯檢測,結(jié)果見表2,由于當(dāng)時混凝土齡期僅19d,無法得出結(jié)論,為進(jìn)一步了解其混凝土強(qiáng)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(jìn)行檢測,共計檢測了29根二層框架柱,其砼強(qiáng)度推定值為17．2MPa～36．4MPa,其中8根柱現(xiàn)齡期砼強(qiáng)度推定值低于25．0MPa,其中第一次鉆芯檢測的3根構(gòu)件的超聲回彈綜合法檢測結(jié)果見表2。該檢測結(jié)果在和施工單位、建設(shè)單位、設(shè)計單位以及監(jiān)理單位等有關(guān)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(jié)果和29d的超聲回彈綜合法檢測結(jié)果看,強(qiáng)度增長幅度較大。
但進(jìn)一步的分析表明, 19d齡期下的鉆芯法檢測結(jié)果基本上是29d構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定值的70%左右,還是符合混凝土強(qiáng)度發(fā)展的一般規(guī)律的。為了進(jìn)一步驗證超聲回彈綜合法檢測結(jié)果,最后在該3個構(gòu)件上再次進(jìn)行了鉆芯驗證,結(jié)果見表2。數(shù)據(jù)表明,鉆芯檢測結(jié)果和超聲回彈綜合法檢測結(jié)果基本吻合。
上述檢測實例表明,由于影響混凝土強(qiáng)度和齡期之間關(guān)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(hù)齡期不足600℃·d的混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果換算成標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)齡期下的混凝土抗壓強(qiáng)度值。這也是為什么采用非破損方法測得的結(jié)構(gòu)實體混凝土強(qiáng)度結(jié)果無法和混凝土設(shè)計強(qiáng)度等級進(jìn)行直接對比的原因。因此,在檢測中應(yīng)認(rèn)識到,檢測結(jié)果所反映的均為檢測齡期下的混凝土強(qiáng)度,當(dāng)齡期變化時,混凝土的強(qiáng)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(yù)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(jié)合自身生產(chǎn)狀況,針對不同品種、不同強(qiáng)度等級的混凝土,建立各自的混凝土強(qiáng)度- 齡期關(guān)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(qiáng)度檢測
無論回彈法還是超聲回彈綜合法等非破損強(qiáng)度檢測方法,都必須事先建立換算曲線,通過換算曲線進(jìn)行強(qiáng)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(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ /T 23 - 2001)以及《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 02: 2005)等均規(guī)定了統(tǒng)一測強(qiáng)曲線適用的齡期,如回彈法統(tǒng)一測強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)曲線的適用范圍,則應(yīng)該選擇合適的測強(qiáng)曲線或者采用鉆芯法等其它檢測手段進(jìn)行修正,否則會帶來很大的誤差。
某框架結(jié)構(gòu)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(gòu)件均未粉刷, 2006年4月為進(jìn)行續(xù)建,需要了解其結(jié)構(gòu)實體混凝土強(qiáng)度狀況。由于工程面積較大,需要檢測的構(gòu)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(jìn)行檢測。考慮到混凝土的齡期超過10年,構(gòu)件表面狀態(tài)、內(nèi)部含水率等都發(fā)生了很大變化,當(dāng)采用回彈法、超聲回彈綜合法等非破損方法檢測其結(jié)構(gòu)實體強(qiáng)度時,回彈值、超聲聲速值、碳化深度等物理參量與混凝土強(qiáng)度之間的換算關(guān)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(jìn)行修正,結(jié)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(jié)果帶來很大的偏差,影響后續(xù)工程的開展,甚至帶來結(jié)構(gòu)的安全隱患。
4 總結(jié)
通過上述工程實例,可以看出,由于混凝土強(qiáng)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(biāo)、根據(jù)事先建立的換算曲線進(jìn)行混凝土強(qiáng)度換算的,因此更要注意結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)實體的混凝土強(qiáng)度時,應(yīng)該注意以下幾個方面的問題:
?、艑τ谛陆?、在建工程,由于混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊抗壓強(qiáng)度檢驗結(jié)果不合格或者有爭議的情況下進(jìn)行結(jié)構(gòu)實體混凝土強(qiáng)度檢測的情況,應(yīng)該根據(jù)施工季節(jié)以及混凝土養(yǎng)護(hù)情況,盡量選擇混凝土等效養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到或超過600℃·d的時候進(jìn)行檢測,使得檢測結(jié)果能反映結(jié)構(gòu)實體混凝土的真實質(zhì)量狀況。
⑵對于需要在混凝土齡期未達(dá)到28d進(jìn)行結(jié)構(gòu)實體強(qiáng)度檢測的情況,其檢測結(jié)果僅能供有關(guān)單位處理工程質(zhì)量異議時的參考。
⑶對于長齡期混凝土,在有條件的情況下,可建立長齡期混凝土測強(qiáng)專用曲線,否則,應(yīng)根據(jù)規(guī)范的要求,采用鉆芯法進(jìn)行修正,否則會給強(qiáng)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(xiàn)
[ 1 ].《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50204 - 2002)
[ 2 ]. 余紅發(fā),混凝土非破損測強(qiáng)技術(shù)研究[M ] ,北京:中國建材工業(yè)出版社, 19991
[ 3 ]1 王異、周兆桐,《混凝土手冊》,吉林科技出版社, 19851
