1、回弹法检测再生混凝土抗压强度的试验研究摘要：无损检测技术在混凝土工程发挥着重要作用,为了推广再生混凝土工程应用,有必要开展再生混凝土的无损检测技术研究,以实现再生混凝土的质量控制,提高工程质量。 关键词：回弹法；混凝土；实验 中图分类号：TU37 文献标识码：A 引言 废弃混凝土的循环再生利用对于环境保护、建筑业的可持续发展以及节约型社会的构建具有重要的现实意义。将废弃混凝土破碎、分级、加工成再生骨料,用于配制新的混凝土,通常称为再生混凝土技术。采用回弹法检测再生混凝土的抗压强度可以取得比较理想的试验结果 1、试验概况 1.1 试验原材料 水泥为 32.5R 和 42.5R 普通硅酸盐水泥,分
2、别用于配制 C20C30 和C35C40 混凝土;砂为普通天然黄砂;天然粗骨料(NCA)为连续级配的天然碎石,最大粒径为 31.5mm。废弃混凝土取自浙江省丽水市某拆除混凝土建筑物废旧混凝土构件,该废弃混凝土年代较久,技术资料不详,代表当前废弃混凝土的主流。经钻芯取样检测,表明该废弃混凝土强度为 C40 左右。再生粗骨料由该废弃混凝土破碎加工而成,基本性能见表 1 所示,可以看出再生骨料的性能与天然粗骨料存在一定的差异;试验中所用的拌合水为自来水。 表 1 粗骨料的基本性能 1.2 混凝土配合比设计 混凝土共分 10 组,编号为 NC 的是普通混凝土,编号为 RC 的为再生混凝土,编号后面数字
3、为设计强度等级(C20C40)。考虑到本研究的重点,为了具有对比性,应使再生混凝土与普通混凝土达到相近的抗压强度,再生混凝土配合比设计方法,即通过增加水泥用量(减小水灰比)的办法,经过多次试配,最终确定的再生混凝土配合比及抗压强度试验结果如表 2 所示。由于再生粗骨料的吸水率较高,应适当增加用水量进行补偿。在搅拌混凝土之前,先预湿再生粗骨料,使其适量吸水,达到饱和面干状态,以免搅拌混凝土时因吸水过多而影响混凝土的有效水灰比和工作性能。 表 2 混凝土的配合比 1.3 试验设备 所有混凝土均采用机械搅拌,搅拌设备是一台容量为 50L 的搅拌机。混凝土在标准条件下养护至 28d 后取出进行试验。混
4、凝土抗压强度检测设备为济南试金集团 YZ-5000 型液压压力试验机;回弹仪为山东乐陵回弹仪厂生产 ZC3-A 型回弹仪;超声波检测仪器为中国科学院生产的 RSM-SYS智能声波检测仪。 1.4 试验方法 抗压强度试验按照 GB/T500812002普通混凝土力学性能试验方法标准进行;超声和回弹试验按照 CECS02:2005超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程进行。试块尺寸为 150mm150mm150mm 立方体,每组 3 块。 2、试验结果与讨论 2.1 再生混凝土抗压强度与超声声速的关系 超声法检测混凝土强度的基本原理是根据混凝土抗压强度与超声波在其内部传播时的速度有一定的相关性。超声
5、声速与混凝土的密实度有关,混凝土的密实度越大,超声波在其内部传播的速度越高。一般来说,混凝土强度越高,其密实度越大,因此混凝土强度越高,超声波在其中传播的波速越快。混凝土强度和超声声速之间存在的这种相关性,是超声法检测混凝土抗压强度的理论基础。 图 1 给出了本研究得到的再生和普通混凝土超声声速 v 和抗压强度fcu 试验结果,由图中可以看出,再生混凝土的超声声速具有如下特征: (1)再生混凝土的超声声速随着其抗压强度的增加而增加,这与普通混凝土一致; (2)与相同强度的普通混凝土相比,再生混凝土的超声声速值降低,且降低的程度随着抗压强度的提高而增加,对于 C20 再生混凝土,降低幅度为 10
6、%左右,对于 C40 的情况,降低幅度则为 15%左右。这个现象表明再生混凝土的孔隙率高、弹性模量低,这主要是再生骨料的孔隙率较高的缘故; (3)再生混凝土的抗压强度与超声声速之间存在着一定的相关关系,因此利用超声法检测再生混凝土的抗压强度基本上是可行的; (4)普通混凝土抗压强度与超声声速之间的关系对于再生混凝土过于保守,因此不适用于再生混凝土。 图 1 混凝土的抗压强度与超声声速之间的关系 利用不同的数学模型对本研究得到的再生混凝土抗压强度与超声声速之间的关系进行回归,发现两者的关系可以用下式表达:fcu=0.2982v3.9825(相关系数 R=0.91) 2.2 再生混凝土抗压强度与回
7、弹值的关系 回弹法检测混凝土抗压强度是通过对混凝土表面硬度的测定来推算其强度的一种测试方法,具有操作简便、省时省力、经济实用、在不破坏工程本体的前提下能够对混凝土进行全面检测等优点。这种方法的理论依据是混凝土的回弹值主要由其表面硬度决定,而一般来说,混凝土的强度等级越高,表面硬度越大,这就使得混凝土的抗压强度和回弹值之间也存在着一定的相关关系。 图 2 给出了本研究得到的再生和普通混凝土回弹值试验结果,为了对比清晰起见,图中还给出了 JGJ/T23-2001回弹法检测混凝土抗压强度技术规程中普通混凝土全国统一测强曲线。由图中可以看出: (1)随着再生混凝土强度的增加,回弹值增加,这与普通混凝土
8、基本一致。 (2)再生混凝土的回弹值较相同强度的普通混凝土降低,表明再生混凝土的表面硬度低于普通混凝土。再生混凝土回弹值降低的主要原因是再生混凝土中的再生骨料中含有强度较低的水泥浆体,从而导致回弹值降低。但是,再生混凝土回弹值随着抗压强度的增加降低程度减小,即随着强度的增加,再生混凝土与普通混凝土两者表面硬度的差异变小,表明再生混凝土的表面硬度增长速度较快。这个结果与以往的研究11比较一致。 (3)再生混凝土的抗压强度与回弹值之间也存在着一定的相关关系,因此实际中也可采利用回弹法检测再生混凝土的抗压强度。 (4)普通混凝土统一测强曲线对再生混凝土亦偏于保守,不适用于再生混凝土。 图 2 混凝土
9、的抗压强度与回弹值之间的关系 根据本研究得到的再生混凝土抗压强度与回弹值试验结果,利用线性、多项式和幂函数 3 种回归模式,利用最小二乘法进行回归。结果表明,以幂函数形式的回归结果相关系数最大,为: fcu=0.1837R1.4856 上式的相关系数 R=0.89,平均相对误差!=8.3%12.0%,相对标准差er=10.3%14%,因此满足 JGJ/T23-2001回弹法检测混凝土抗压强度技术规程中对专用测强曲线的精度要求。 2.3 再生混凝土抗压强度与超声声速以及回弹值三者的关系 尽管上述研究表明,单独采用超声法或者回弹法检测再生混凝土抗压强度是可行的,并且已经建立了相应的换算关系,但是为
10、了提高强度估计的精度,尚应综合考察再生混凝土的抗压强度和超声声速与回弹值三者之间的关系,作为再生混凝土的测强曲线。 CECS02:2005超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程给出的全国统一测区普通混凝土抗压强度换算公式为: (1)粗骨料为卵石时 fcu=0.0056v1.439R1.769 (2)粗骨料为碎石时 fcu=0.0162v1.656R1.410 图 3 采用普通混凝土测强曲线得到的抗压强度推断值与实测值比较 图 3 中给出了分别按照上述两式结合本研究再生混凝土超声声速和回弹值得到的混凝土抗压推断值和实测值的对比,可以发现该两式均偏于保守不适用于再生混凝土,这与邓旭华10初步研究的结
11、论一致。因此,需要建立专门针对再生混凝土的测强曲线。为此,按照 CECS02:2005超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程中的相应要求,采用下式进行回归分析: fcu=avbRc (4)式中:a常数项;b、c回归系数。经回归得到,a=0.2341,b=1.992,c=0.7428。相对误差 er=9.2%14%,因此可以用作再生混凝土专用测强曲线。 结束语 超声回弹综合法检测再生混凝土抗压强度试验研究,分析了再生混凝土超声声速和回弹值的特征,建立了再生混凝土抗压强度和超声声速以及回弹值之间的关系,给出了再生混凝土的测强曲线表达式,这些研究工作对于再生混凝土在实际工程中的应用具有重要的现实意义。
