喻 林 杨延玉 谭 涛

1. 河海大学力学与材料学院 江苏 南京 210098；2. 江苏建研建设工程质量安全鉴定有限公司 江苏 南京 211800

自密实混凝土自研制出以来，由于其具备普通混凝土不具备的优越性，在浇筑成形过程中不用振捣，减少了施工工序，该种混凝土的研究与实践在许多国家广泛开展起来[1-3]。日本首先在工程项目中推广和应用该技术，在一些振捣困难的部位、需要泵送工艺施工的高层、超高层建筑以及需要高效率、低成本浇筑的构件中经常用到自密实混凝土[4]。在我国，对自密实混凝土的研究起步比较晚，但发展却非常迅速，随着相关研究的展开，自密实混凝土在工业与民用建筑、水利工程、桥梁和隧道等工程中得到了普遍的利用，获得了很高的工程效益[5]。

现阶段，自密实混凝土的研究内容主要包括以下几个方面：配合比优化设计、工作性能以及混凝土的力学性能（如抗压强度、黏结强度和弹性模量）[6]。但是，关于自密实混凝土抗压强度的检测方法和准确性方面，相应的研究成果比较少。在建筑以及水利行业工程质量检测与评估工作中，有很多种评价混凝土抗压强度的检测方法[7]，但对自密实混凝土抗压强度的检测方式还处于研究和试验阶段，回弹法检测自密实混凝土实体工程质量的精确性尚没有一个统一的定论[8-9]。本研究经过试验，对比不同检测方式（包括回弹法和立方体抗压强度试验）检测自密实混凝土抗压强度，拟合出自密实混凝土专用的测强曲线。通过分析拟合测强曲线的可靠性，探讨回弹法是否适用于评价自密实混凝土的抗压强度。

1 试验概况

1.1 试验原材料

水泥采用宁国海螺水泥厂生产的P·O 42.5级水泥；中石为颗粒级配良好的碎石，粒径5～20 mm、孔隙率0.37%、针片状颗粒质量分数0.07%、含泥质量分数0.007%、堆积密度1 620 kg/m3，产自独术石场；砂的细度模数为2.8、含水率2.8%、含泥质量分数2.6%、孔隙率37%、堆积密度1 630 kg/m3、表观密度2 570 kg/m3，产自安徽誓节；粉煤灰采用宣城双乐生产的F类Ⅰ级粉煤灰，SO3质量分数2.5%、含水量0.6%、烧失量5.9%、细度为18.4%；聚羧酸减水剂采用南京瑞迪有限公司生产的HCLIX减水剂，减水率35%；试验用水采用当地自来水，所用原材料均符合相应规范要求。

1.2 配合比设计

自密实混凝土与普通混凝土的性能要求有所不同，根据CECS 203—2006《自密实混凝土应用技术规程》，主要采用V形漏斗、U形箱等方法评价自密实混凝土的拌和性能。本次试验采用C15、C20、C25三种常用强度的自密实混凝土，配合比见表1，混凝土拌和物工作性能见表2。

表1 自密实混凝土配合比单位：kg/m3

表2 混凝土拌和物工作性能测试结果

1.3 试件加载与量测

根据表1配合比制作C15、C20、C25三种不同强度等级的标准混凝土立方体试块，各强度等级均制作14、28、42、56、72、90 d共6个龄期的试块。同一强度等级、龄期混凝土试件制作8块（共计144块），养护条件采用标准养护，即温度控制在（20±2） ℃，湿度保持在95%以上。当混凝土立方体试块养护到规定龄期时，分别用回弹仪和JYE-2000型压力机测试混凝土抗压强度，然后在破坏的试块外表面用体积分数为1%～2%的酒精酚酞溶液测定其混凝土碳化深度。

2 试验结果与分析

2.1 回弹强度与抗压强度

根据JGJ/T 23—2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》和GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》，对不同龄期、不同强度等级的混凝土试块试验结果处理后，得到试块的回弹值和抗压强度如表3所示。

从表3可以看出，标准养护的自密实混凝土抗压强度，早期增长比较快，后期逐渐放缓。强度等级为C15的混凝土试块14 d龄期时的抗压强度达到28 d龄期时抗压强度的86.0%，强度等级为C20和C25的自密实混凝土，14 d龄期时的抗压强度达到28 d龄期抗压强度的90%以上。由于在设计配合比时，粉煤灰掺量占总胶凝材料的50%左右，掺量较多，而粉煤灰水化过程较普通硅酸盐水泥慢[10]，所以在28～90 d龄期内其抗压强度增长较缓慢。

表3 自密实混凝土回弹值和抗压强度平均值

同龄期和强度等级的自密实混凝土试块，回弹值均大于立方体抗压强度平均值。C15强度等级混凝土14 d最大差值为6.8 MPa，占实际抗压强度的37.0%；C25强度等级混凝土90 d最小差值为2.2 MPa，占实际抗压强度的6.4%。

2.2 碳化深度

进行抗压强度试验之后，需根据GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》规定的方法测定混凝土试块的碳化深度，然后计算平均值。计算结果如表4所示。

表4 自密实混凝土立方体试块碳化深度

为了更直观地反映标准养护条件下，不同强度等级的自密实混凝土碳化深度与龄期变化关系，根据表4试验数据，绘制自密实混凝土碳化深度变化图，如图1所示。

图1 混凝土碳化深度随龄期变化

根据图1可以看出，同龄期不同强度等级的自密实混凝土立方体试块，强度等级越低，其碳化深度越高。相同强度等级的自密实混凝土，其碳化深度随着龄期而缓慢地增长，14 d龄期时碳化深度最大值为1.5 mm，90 d龄期时碳化深度最大值为2.5 mm。碳化深度变化较小。

2.3 混凝土测强曲线拟合

根据JGJ/T 23—2011《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》规定，混凝土测强曲线的拟合宜采用“最小二乘法”，测强曲线的函数模型如式（1）所示：

式中：fcu,e——构件混凝土强度推定值；

Rm——测区或试块的平均回弹值；

dm——测区的平均碳化深度。

在函数模型中，Rm和dm为2个自变量，fcu,e为因变量，a、b、c为3个常数。对自密实混凝土回弹平均值的回归分析即是建立fcu,e与Rm、dm的函数关系，获得a、b、c这3个常数具体的数值。

由于式（1）中的函数为二元非线性幂函数，其形式和求值过程较为复杂，因此可以把问题变为二元一次线性函数进行研究。将式（1）取对数，即可得到式（2）：

令y＝ln fcu,e，x1＝ln Rm，x2＝dm，A＝ln a，B＝b，C＝cln 10，则问题转化为对式（3）进行拟合：

对108个自密实混凝土试块平均回弹值进行处理和计算，舍弃3个与平均值相差大于15%的数值，将余下的数据进行拟合。再根据式（3）的函数关系，将拟合得到的二元一次函数方程转化为二元幂函数方程，拟合结果如式（4）所示：

为反映本研究拟合的测强曲线函数与回弹平均值、碳化深度之间的关系，根据测强曲线方程，分别绘制dm＝0、dm＝3、dm＝6时函数曲线如图2所示。

图2 不同碳化深度对应的测强曲线

从图2可看出，根据拟合的测强曲线，当回弹平均值一定时，自密实混凝土碳化深度越大，抗压强度推定值越小。

对比泵送混凝土测强曲线（采用规范规定的曲线函数f＝0.033 448 8R1940m×10-0.0173dm）、行业标准统一测强曲线[11]（采用前人研究成果：f＝0.011 3R2.283m×10-0.0163dm）和本文拟合的自密实混凝土测强曲线，绘制出碳化深度相同（dm＝2）三种测强曲线的走势图，如图3所示。

图3 深度相同时三种测强曲线走势

从图3可看出，当回弹平均值相同且低于35 MPa时，本文拟合的测强曲线抗压强度推定值比另外两种测强曲线抗压强度推定值大；当回弹平均值大于35 MPa时，本文拟合的测强曲线抗压强度推定值略小于行业标准的统一测强曲线，但仍比泵送混凝土测强曲线抗压强度推定值大。考虑到本试验拟合的测强曲线是根据C15、C20、C25这3种等级的自密实混凝土试块抗压强度试验数据得出，试验中回弹平均值一般低于35 MPa，故该测强曲线适用于回弹值小于35 MPa的情况。当自密实混凝土回弹值大于35 MPa时，可采用行业标准的统一测强曲线。

2.4 误差验证

为了验证本研究拟合自密实混凝土测强曲线的可靠性，将36个不同龄期和强度等级的试块通过回弹仪测试其平均回弹值，根据测强曲线得到抗压强度推定值，将其与立方体抗压强度试验得到的标准抗压强度做对比，对比结果见表5。

表5 误差验证结果

为了更直观地反映误差的大小，根据表5可得到抗压强度推定值误差百分率，如图4所示。

图4 抗压强度误差百分率

从图4可看出，强度等级为C20的自密实混凝土试块，误差百分率波动较小，较为稳定，平均相对误差为－5.6%，相对标准差为1.6%；强度等级为C25的自密实混凝土试块平均相对误差为－1.1%，相对标准差为1.7%；强度等级为C15的自密实混凝土试块差值波动较大，平均相对误差为2.1%，相对标准差为2.0%。上述结果均低于规程中关于专用测强曲线要求的平均相对误差不应大于±12%，相对标准差不应大于14%，符合规程要求，可靠性较高。

3 结语

本研究分别用回弹法和立方体抗压强度试验检测自密实混凝土抗压强度，利用“最小二乘法”拟合出自密实混凝土专用测强曲线，得出以下主要结论：

1）混凝土碳化深度随着龄期缓慢增长。随着碳化深度的增加，自密实混凝土专用测强曲线误差不断增加。

2）同龄期和强度等级的自密实混凝土试块，回弹值均大于立方体抗压强度平均值。

3）回弹法可以用来评价自密实混凝土抗压强度。根据拟合的自密实混凝土测强曲线计算混凝土抗压强度推定值，误差在规范允许的范围之内，可靠性较高。

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