[提 要] 本文通过工程实例,论述了结构实体混凝土强度检测过程中龄期的影响,总结了一些处理经验。
[关键词] 混凝土强度;无损检测;龄期
1 前言
由于混凝土强度对于建筑结构安全具有重要意义,当混凝土标准试块强度检验评定结果不合格或者有争议的时候,依据《混凝土结构工程施工质量验收规范》( GB 50204 -2002)中的规定,可采用非破损或局部破损的检测方法,对结构构件中的混凝土强度进行检测,并作为处理依据。但是,由于混凝土试块的养护条件以及龄期等和结构实体不同,而进行结构实体检测的混凝土,通常是在混凝土标准试块检验以后进行的,其龄期都超过28天,因此在结构实体强度检测中,有必要考虑龄期的影响。
2 混凝土强度与龄期的关系
混凝土的强度增长源于其水泥的水化反应,由于混凝土中的水泥的水化反应是一个较为长期的过程,因此在一定时间范围内,混凝土强度随龄期的增长而增长。通常认为,混凝土强度R与龄期t之间近似存在下列的关系:
上式中, k是系数,对于不同的原材料(主要是水泥品种)取值不同。
实际上式⑴只是一个概念公式,不是一个确切的计算公式,即如果已知某个龄期时的混凝土强度,直接通过上式推算不同龄期下的混凝土强度则误差相当大,且当混凝土达到一定龄期后,由于水泥水化基本完成,混凝土强度基本上不再随龄期增长。一般认为,对于未掺加粉煤灰等活性掺合料的普通混凝土,混凝土强度在龄期28d的时候基本趋于稳定,因此工程界均以28d龄期、温度20℃标准养护下的混凝土强度作为其材料强度取值的标准,混凝土强度等级的定义也是以上述强度作为基准的。实际上,随着混凝土技术的不断发展,活性掺合料、外加剂等新组分的应用逐渐加强,现在某些商品混凝土或者高性能混凝土的强度已经突破这个规律,例如,对于掺加了粉煤灰的混凝土,其后期强度增长潜力巨大,甚至其60d龄期的强度可以达到28d强度的115倍左右。
同时,对于结构实体的混凝土,其养护温度、湿度、体量等与标准试块均不同,标准试块的强度值不一定能代表结构实体的混凝土强度,为此,现行的施工质量验收规范《GB 50204- 2002》中特别规定了同条件养护试件作为结构实体强度的检验。
因此,对于结构实体混凝土强度的检测,必须了解所检混凝土的龄期、养护条件等,才能使检测结果更符合实际情况。
3 从工程实例看混凝土龄期的影响
3．1 结构实体混凝土强度检测中的等效养护龄期
依据施工验收规范《GB 50204 - 2002》附录D的相关条文,同条件养护试件的等效养护龄期可根据当地的气温和养护条件,取累计达到600℃·d时对应的龄期,其中600℃·d的取值是参照标准养护试件养护温度为20℃、龄期为28d时的养护龄期为560℃·d确定的。这样规定的目的是使得结构实体同条件养护试件的强度值与标准养护试件的强度值具有可比性。同理,对于未留置同条件养护试件的结构实体进行强度检测时,应注意等效养护龄期(也称之为成熟度)的影响。
福州市某工程采用钢筋混凝土独立基础,混凝土由施工单位现场自拌浇注,由于标准试块抗压强度检验结果波动超过15% ,无代表值,委托我站采用钻芯法进行结构实体混凝土强度检测。我站在混凝土龄期30d的时候进场,抽取2个基础承台,每个承台各钻取了1组3个Φ100mm的芯样,当天就加工成高径比为1: 1的标准芯样,在室温下浸泡48h后进行抗压强度检验,其结果见表1。数据表明,所钻2组芯样混凝土强度换算值的平均值分别为18．0MPa、19．7MPa,其芯样混凝土强度换算值的代表值(即最小值)分别为15．3MPa、16．6MPa,均低于C25的设计强度等级。
经调查,由于混凝土浇筑施工的日期为1月份,正是福州市平均气温最低的季节,日均温度仅为8℃～10℃,最低气温尚未达到0℃,因此不影响混凝土浇筑施工,但施工单位仅采用常温水养护,未采用温水养护,因此根据日平均温度统计,检测时,混凝土龄期虽然已经超过28d,但其等效的养护龄期按日平均温度逐日累计仅达到约300℃·d,而经过上述分析,决定在结构实体混凝土等效养护龄期达到600℃·d时(约55d)再次对同样的承台构件进行钻芯检测,其检测结果见表1。表1的数据表明,在结构实体混凝土等效养护龄期达到600℃·d时,其芯样混凝土抗压强度换算值的代表值均超过25MPa,该检测结果较真实地反映了结构实体的强度状况,具有代表性。
上述检测实例表明,在结构实体混凝土强度检测中,应注意等效养护龄期。
3．2 不同龄期混凝土强度的增长
某220kV变电所主控联合楼为二层现浇钢筋砼框架结构,建筑面积约1200m2 ,混凝土采用现场机械搅拌浇注,其二层框架柱混凝土设计强度等级为C25,由于部分二层框架柱角部及局部侧面存在表面起砂等缺陷,为了解其混凝土强度状况,施工单位于混凝土龄期为19d时委托我站抽取3根观感最差的二层柱进行钻芯检测,结果见表2,由于当时混凝土龄期仅19d,无法得出结论,为进一步了解其混凝土强度状况,混凝土龄期29d时施工单位第二次委托我站对全部二层框架柱采用超声回弹综合法进行检测,共计检测了29根二层框架柱,其砼强度推定值为17．2MPa～36．4MPa,其中8根柱现龄期砼强度推定值低于25．0MPa,其中第一次钻芯检测的3根构件的超声回弹综合法检测结果见表2。该检测结果在和施工单位、建设单位、设计单位以及监理单位等有关部门会同评议时引起了争议,争议的主要焦点在于,从19d的钻芯结果和29d的超声回弹综合法检测结果看,强度增长幅度较大。
但进一步的分析表明, 19d龄期下的钻芯法检测结果基本上是29d构件混凝土强度推定值的70%左右,还是符合混凝土强度发展的一般规律的。为了进一步验证超声回弹综合法检测结果,最后在该3个构件上再次进行了钻芯验证,结果见表2。数据表明,钻芯检测结果和超声回弹综合法检测结果基本吻合。
上述检测实例表明,由于影响混凝土强度和龄期之间关系的因素很多,因此,很难得出一个统一的计算公式能将龄期不到28d或者等效养护龄期不足600℃·d的混凝土强度检测结果换算成标准养护龄期下的混凝土抗压强度值。这也是为什么采用非破损方法测得的结构实体混凝土强度结果无法和混凝土设计强度等级进行直接对比的原因。因此,在检测中应认识到,检测结果所反映的均为检测龄期下的混凝土强度,当龄期变化时,混凝土的强度也会随着变化。
值得一提的是,对于商品混凝土公司这样的大量的、商品化生产预拌混凝土的企业,由于其水泥、砂、石、外加剂等原材料相对比较稳定,配合比的控制也比较规范,从生产质量控制角度考虑,可以结合自身生产状况,针对不同品种、不同强度等级的混凝土,建立各自的混凝土强度- 龄期关系曲线,以作为处理质量问题时参考。
3．3 长龄期下的混凝土强度检测
无论回弹法还是超声回弹综合法等非破损强度检测方法,都必须事先建立换算曲线,通过换算曲线进行强度的换算。大多数换算曲线由于数据采集的困难,一般都没有长龄期下的数据,因此,现有的《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ /T 23 - 2001)以及《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS 02: 2005)等均规定了统一测强曲线适用的龄期,如回弹法统一测强曲线适用于14d～1000d,最长大约3年,超声回弹综合法统一测强曲线的适用龄期是7d～2000d,最长大约6年。因此在既有建筑的检测鉴定中,必须了解建筑的施工年月,如果龄期超出测强曲线的适用范围,则应该选择合适的测强曲线或者采用钻芯法等其它检测手段进行修正,否则会带来很大的误差。
某框架结构住宅楼于1994年施工,由于资金困难等原因,主体框架建至六层楼面后停工,构件均未粉刷, 2006年4月为进行续建,需要了解其结构实体混凝土强度状况。由于工程面积较大,需要检测的构件数量很多,因此决定采用非破损的方法:超声回弹综合法以及回弹法进行检测。考虑到混凝土的龄期超过10年,构件表面状态、内部含水率等都发生了很大变化,当采用回弹法、超声回弹综合法等非破损方法检测其结构实体强度时,回弹值、超声声速值、碳化深度等物理参量与混凝土强度之间的换算关系和短龄期下的混凝土有很大差异,因此按照规范的要求,钻取若干芯样进行修正,结果见表3。
从表3数据看,对于长龄期的混凝土,其修正系数均大大低于110,因此,如果不采取修正的措施,将对检测结果带来很大的偏差,影响后续工程的开展,甚至带来结构的安全隐患。
4 总结
通过上述工程实例,可以看出,由于混凝土强度随龄期的增长是在不断变化的,同时,对于回弹法以及超声回弹综合法等非破损检测方法,由于是通过回弹值、超声声速以及碳化深度等间接的物理指标、根据事先建立的换算曲线进行混凝土强度换算的,因此更要注意结构实体混凝土的龄期问题。总的来说,在运用非破损或者半破损方法检测结构实体的混凝土强度时,应该注意以下几个方面的问题:
⑴对于新建、在建工程,由于混凝土标准试块抗压强度检验结果不合格或者有争议的情况下进行结构实体混凝土强度检测的情况,应该根据施工季节以及混凝土养护情况,尽量选择混凝土等效养护龄期达到或超过600℃·d的时候进行检测,使得检测结果能反映结构实体混凝土的真实质量状况。
⑵对于需要在混凝土龄期未达到28d进行结构实体强度检测的情况,其检测结果仅能供有关单位处理工程质量异议时的参考。
⑶对于长龄期混凝土,在有条件的情况下,可建立长龄期混凝土测强专用曲线,否则,应根据规范的要求,采用钻芯法进行修正,否则会给强度换算值带来很大偏差,造成误判或漏判,对后续的工程处理带来安全隐患或者增加不必要的加固处理开支。
参考文献
[ 1 ].《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204 - 2002)
[ 2 ]. 余红发,混凝土非破损测强技术研究[M ] ,北京:中国建材工业出版社, 19991
[ 3 ]1 王异、周兆桐,《混凝土手册》,吉林科技出版社, 19851
