李伟
(四川中核艾瑞特检测有限公司，四川 绵阳 621000)
开展混凝土的强度研究工作能够为混凝土材料的实际应用发挥有效的指导作用，而在实际发展应用的过程中，切实将研究层面上的成果应用到实际中是一项专业性的、循序渐进的工作。混凝土强度作为反映一个工程混凝土质量的关键指标，其在混凝土工程中被重点关注。研究认为混凝土试块的强度与诸多因素有关，如试块的制作方法和程序、试块的养护过程、原材料、配合比设计、施工质量以及其它人为的因素，混凝土强度异常情况的产生原因需要结合具体的工程情况进行详细的分析与研究。
某工程钢板混凝土结构(Steel Concrete以下简称SC结构)内填充C55自密实混凝土，在检测标准养护试块90d抗压强度时发现其强度值异常，表现为90d抗压强度值低于56d抗压强度值，不符合混凝土强度增长规律。为了探明本工程标样试块强度值异常的原因，从而可以采取针对性的整治措施解决该问题，本课题从混凝土质量问题、试块本身质量问题、检测环节问题开展相关的分析、对比试验和研究。
1.1 混凝土质量问题分析
1.1.1 原材料质量
原材料质量与混凝土质量直接相关，水泥的强度、安定性，骨料的强度、体积稳定性、颗粒形态、表面状态及粉尘、粘土、三氧化硫、云母含量，拌合水的有机质含量、腐植酸或其他酸盐含量均会影响混凝土的强度[1]。SC结构浇筑混凝土原材料来源固定，各材料的性能参数稳定。
1.1.2 配合比设计
混凝土配合比是决定其强度的重要因素之一，水灰比直接影响混凝土的强度，用水量砂率、骨料用量也影响混凝土的各项性能，从而造成强度不足。该部位所用混凝土的配合比经试验设计而成，并保有一定的富裕系数，预质量检定试验、上机试验、模拟试验，各项检测指标满足设计要求，混凝土生产、运输、浇灌过程受控。
1.2 试块质量问题分析
1.2.1 成型试块的匀质性
现场制作的混凝土试块在微观上呈现各向异性、宏观上呈现各向同性。试块的成型过程中的搅拌与搬运过程属于认为影响因素，搅拌程度的好坏主要靠实验人员人为判定，对试块宏观各向同性的影响非常大[2]。SC结构混凝土浇筑过程中试验人员用小推车在罐车卸料口放满混凝土后，直接用铁锹翻拌数下，用塑料桶从小推车内盛出，分两次将自密实混凝土拌合物装入试模，该过程可能存在混凝土拌合物匀质性较差。
1.2.2 试件的公差
按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 50082—2009[3]要求，试件的平面度公差不得超过试件边长的0.0005；
夹角公差不超过0.5°；
试件的尺寸公差不超过1mm。混凝土试块的试验强度与试件尺寸有着明显的关系，主要表现为尺寸效应，据有关资料统计，试件边长增大1mm，计算强度偏高2%[4]。在对现场成型用试模进行检查时发现，现场成型用试模在周期性核查时检查了试模的长、宽、高尺寸，未对试模的平面度进行检查。试模表面不平整严重影响着试件的强度。一般来说，试模中心呈凹和凸状态时，反映在混凝土试块上是试块中心呈凸起和凹陷，它使得试件局部受压，减少了受压面，时间强度降低幅度较大。试块的夹角超差会使试件的垂直投影面积(有效施压面积)减小，从而造成试件强度偏低。
1.2.3 试模的影响
于方、熊建波[5]等研究了模具材质对C100超高强混凝土立方体抗压强度的影响，建议采用精加工的钢模成型超高强混凝土。许森齐、程建民[4]在调查一次预应力钢筋混凝土屋架混凝土试件强度异常事故，发现由于试模侧板变形致使试件承压面呈凸状，造成强度误差高达26%。混凝土金属试模主要的材质为铸铁和铸钢，金属试模的表面光滑、平整度好、内表面和上口面的 粗糙度低，尤其适合高强及超高强黏度较大的混凝土。试模质量对混凝土立方体抗压强度试验结果具有不可忽略的影响，应根据混凝土种类、试验方案及试验环境选择合适的混凝土试模，以减少结果误差。此外，还应定期地检查试模变形和其他缺陷[6]。
1.2.4 试件的养护
排查试块的养护过程，检测人员资质证书均有效，具备开展混凝土力学性能试验资质；
混凝土试块标准养护室采用全自动控温控湿设备均在有效期内，混凝立方体抗压强度检测能力验证结果为满意；
温湿度记录规范正常，温度控制在20±2℃、湿度≥95%，符合规范要求，标养试块存储条件满足。
1.3 检测环节问题分析
对试块抗压性能检测过程进行排查，检测人员资质证书均有效，具备开展混凝土力学性能试验资质；
混凝土抗压强度试验设备均在有效期内，混凝立方体抗压强度检测能力验证结果为满意；
温湿度记录规范正常，温度、湿度控制符合规范要求；
试块检测前未进行平面度检测，导致部分试块在平面度不符合要求的情况下进行了抗压性能检测。
经过上述分析认为，SC结构自密实混凝土配合比设计、预质量鉴定、混凝土生产、浇筑施工等过程质量保证体系基本运行有效；
自密实混凝土所用原材料供应稳定，性能波动较小；
混凝土拌合物不均匀、平面度尺寸超差是试块抗压强度数据异常的直接原因。根据以上判定，课题开展了混凝土试块抗压强度与试模材料及平面度关系研究。
2.1 试块成型工艺对比验证
试验成型试块采用两种不同方法，用同一机组生产的混凝土分别成型10组试块，分别进行7d、28d、56d、93d抗压强度试验，检测结果如表1。
表1 不同成型方式对比试验结果
成型方式A：用小推车在罐车卸料口放满混凝土后，直接用铁锹翻拌数下，用塑料桶从小推车内盛出，分两次将自密实混凝土拌合物装入试模，每层的装料厚度相等，中间间隔10s，上表面抹平并称重；
成型方式B：用小推车在罐车卸料口放满混凝土后，全部倒在铁板上翻拌均匀后，用铁锹铲至塑料桶内，分两次将自密实混凝土拌合物装入试模，每层的装料厚度相等，中间间隔10s，上表面抹平并称重。
通过对不同成型方式的密度与抗压强度数据对比发现：成型方式A与B成型试件的密度偏差较大，用方法A成型的试块密度比用方法B成型的试块密度小；
方法A成型的试块较方法B成型的试块抗压强度小，7d抗压强度小3.7MPa，28d抗压强度小3.6MPa，56d抗压强度小4.5MPa，93d抗压强度小5.9MPa。
根据以上分析认为在小推车里拌合后的混凝土拌合物与在底板上拌合后的混凝土拌合物相比，匀质性较差，其容重和抗压强度均偏低。
2.2 试块成型用试模对比验证
为验证不同材质试模对混凝土抗压强度的影响，由相同的试验人员用同一机组生产的同批混凝土分别采用刚性塑料试模和金属试模分别成型了15组试块，成型方式为：用小推车在罐车卸料口放满混凝土后，全部倒在铁板上翻拌均匀后，用铁锹铲至塑料桶内，分两次将自密实混凝土拌合物装入试模，每层的装料厚度宜相等，中间间隔10s，上表面抹平并称重。对不同材质试模成型的试块分别测量其容重、平面度并进行7d、28d、56d、91d抗压强度试验，其试验结果如表2。
通过对采用不同试模成型试块的抗压强度与平面度公差进行分析可知，采用塑料试模制作的试块平面度存在尺寸超差(>0.075mm)的情况，金属试模成型试块平面度均符合标准，且平面度大小均<0.02mm。金属试模7d抗压强度试验平均值较塑料试模高3.6MPa，28d抗压强度平均值高3.5MPa，56d抗压强度平均值高2.8MPa，91d抗压强度平均值高1.0MPa。研究认为金属试模成型的试块平面度与抗压强度优于塑料试模成型的试块。
2.3 平面度对试块抗压强度的影响
混凝土立方体试件抗压强度为破坏荷载与试件承压面积比值，由于试件平整度超差，混凝土试件实际有效承压面积比理论值偏小，导致实际破坏荷载比应有破坏荷载偏小，故导致试件应有抗压强度偏小。塑模试块受力示意图见图1。
表2 不同材质试模对比试验结果
图1 塑模试块受力示意图
用平面度不达标试模成型四组试块分别进行不打磨抗压强度试验和打磨后抗压强度试验(见表3)。对平面度不达标的92d和102d龄期试块(平面未打磨)进行抗压强度检测，代表值分别为56.8MPa和52.5MPa。对107d龄期C55自密实混凝土同条件试块(平面度不达标)打磨后进行抗压强度试验，检测结果为63.6MPa。
表3 同条件试块(107d)检测数据
对标样120d的平面度不达标C55试块(3组9块)打磨后进行抗压强度试验(见表4)，检测结果分别为63.8MPa、78.0MPa、72.0Mpa，均满足设计要求。
表4 120d标养试块检测数据
1)混凝土的抗压强度与试块的平面度紧密相关，平面度不符合要求的试块强度值偏小；
2)混凝土拌合物的匀质性与混凝土抗压强度相关，混凝土拌合物不均匀会导致混凝土强度偏小；
3)采用金属试模成型的试块平面度与抗压强度优于塑料试模。
