PC灌浆料抗压强度与R值回弹、超声波声速关系的试验研究

PC灌浆料抗压强度与 R值回弹、超声波声速关系的试验研究

王士强

通标标准技术服务（上海）有限公司， 上海 201319　

【摘要】成型3种不同水料比（0.12、0.13、0.14）、5个不同龄期（1d、3d、7d、14d、28d）的PC灌浆料试件，同时进行R值回弹、非金属超声声速测试，最后进行抗压强度试验，得到PC灌浆料抗压强度，通过数据回归分析得出超声波声速—抗压强度、R值回弹—抗压强度两种函数关系式。结果表明PC灌浆料超声波声速、R值回弹与灌浆料的抗压强度三者之间具有较强的相关性，由试验数据回归PC灌浆料抗压强度与R值回弹、超声波声速之间的关系，可以通过R值回弹法、非金属超声法推算项目现场PC灌浆料的抗压强度。

【关键词】灌浆料；R值回弹；非金属超声；抗压强度

Experimental study on the relationship between compressive strength of PC grouting material and R-value rebound and ultrasonic sound velocity

Shiqiang Wang

SGS-CSTC Standards Technical Services (Shanghai) Co., Ltd. Shanghai 201319

Abstract: Forming three different water material ratio (0.12, 0.13, 0.14), five different age (1 d, 3 d, 7 d and 14 d and 28 d) PC grouting material specimens, the springback value for R at the same time, nonmetal ultrasonic velocity test, compressive strength tests are carried out finally, get the PC grouting material compressive strength, ultrasonic sound velocity data regression analysis, compressive strength, R value of springback, compressive strength of the function relation between the two. Results show that PC grouting material ultrasonic sound velocity, R value and compressive strength of grouting material has strong correlation between the three, by the experimental data regression PC grouting material compressive strength and the R value rebound, the relationship between the ultrasonic velocity of sound, the springback value can be achieved by R method, nonmetal ultrasonic method, calculate the site of the project PC compressive strength of grouting material.

Keywords: Grouting material; R-value rebound; Nonmetallic ultrasound; The compressive strength

前言

PC装配式建筑采用装配式混凝土框架结构进行设计与施工，将框架结构与新型装配式建筑技术结合, 施工质量高、速度快、资源节约、减少环境污染，改变传统的混凝土主体结构以现浇为主的建造方式；由于其高效率、精确度高、速度快，并伴随着人口老年化，可以大幅降低人工依赖等优点，在建筑行业越来越受到推崇。

自2016年2月《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》颁布，国家相关部门提出力争用十年左右时间，在新建建筑中，PC装配式建筑占比要达到30%，装配式建筑在我国的发展正在被提升到一个前所未有的高度。而大力发展新型建筑工业化已上升为推进社会基础建设发展的国家战略，装配式结构结构的生产必然会出现大规模的产业化，但前二年制定的装配式建筑目标与一些硬性指标，步子迈得太大，相应问题也逐渐暴露，比如现在PC灌浆料生产厂家如雨后春笋大量出现，产品质量参差不齐，灌浆现场留置的试件28d抗压强度可能会出现不合格现象。本文制作PC灌浆料试件，分别进行超声波试验、R值回弹试验和抗压强度试验，通过大量数据的积累，分别得到超声波声速—抗压强度、R值回弹—抗压强度之间的回归方程，以便通过R值回弹法、非金属超声法推算项目现场PC灌浆料的抗压强度。

一、PC灌浆料试件成型

试验采用的是高强无收缩装配式混凝土建筑灌浆连接用灌浆料，是以水泥为基本材料，配以细骨料（最大粒径不超过2.36mm），以及混凝土外加剂和其它材料组成的干混料。成型3种不同水料比（0.12、0.13、0.14）、5个不同龄期（1d、3d、7d、14d、28d）的PC灌浆料试件，共计15组45个试件。

试件是在同一条件前提下进行制作的，试验前一天把试验用的原材料放入试验室内，在20±2℃，湿度≥50%环境下停放24小时。试件尺寸为40mm×40mm×160mm，一组3块。在20±2℃，湿度≥50%环境下,称取1800g水泥基灌浆料，分别按照0.12、0.13、0.14的水灰比称取试验用水，先把行星式胶砂搅拌机调至自动拌和，按照自动程序空转240s，确认搅拌机无异常的情况下，用拧干的湿布湿润搅拌锅和搅拌叶，但不得有明水，将灌浆料倒入搅拌锅中，开启搅拌机，同时加入拌合水，应在10s内完成。按水泥胶砂搅拌机的设定自动搅拌程序搅拌240s。搅拌完成后立即将浆体倒入40mm×40mm×160mm的试模中，至浆体与试模上边缘齐平，倒入浆体的过程中，保持试模平稳，不震动，应在6min内完成搅拌和成型过程，浇筑完成后应立刻覆盖。共成型15组45个试件。

将装有浆体的试模在成型室内静置2h后移入温度20℃±1℃、湿度≥90%的养护箱中养护，成型24h后取出拆模，拆好模后将试块编号放入20℃±1℃的水养护箱中养护至各个龄期，龄期为1d、3d、7d、14d、28 d。拆模后试件编号如图1所示

图1 成型试件

二、PC灌浆料试件试验

每次试验前一天，把试件从养护箱中拿出晾干，避免过多水分对超声结果产生影响。每个试件先进行非金属超声声速试验，再进行R值回弹试验，最后进行抗压强度试验。

（1）超声试验：采用非金属超声波测试仪（ZBL-U510），选用较高频率的换能器。测点布置在试件的两个顶端。将两个顶端布置换能器的部位整平，并利用黄油作为耦合剂，以减少声能的损失，耦合层不得夹杂泥沙或空气。测试时换能器在一定的压紧力下均匀受压，必须保持换能器与被测灌浆料试件表面保持紧密结合。每个试件试验三次，记录每次试件声速。超声试验如图2所示。

图2 试件超声试验

（2）R值回弹试验：采用冲击动能为2.207J的中型数显回弹仪（型号:ZBL-S260），由于灌浆料试块弹击面积有限,回弹仪冲击头采用中回ZC5型砂浆回弹仪弹击头。在试件成型的两个侧面均匀布置测点，并避开表面明显的气孔。每个测点只允许进行一次弹击。对隐藏在试件表面的气孔，可以舍弃发生明显变异的测试值，并相应补充测点，每面8个，共计16个测点。回弹试验时，将灌浆料试件立于压力试验机上、下压板之间，缓慢施压预压力40kN并维持恒定，将试件固定在两压板之间，定荷时间240s。回弹测试时，测点宜在成型面的两个侧面均匀布置，回弹仪的轴线应始终保持垂直于灌浆料检测面，测试时应缓慢施压、准确读数、快速复位。并及时记录每个测点的回弹数值。试件回弹测试如图3所示。

图3 回弹后试件

（3）抗压强度试验：抗压试验前先用水泥抗折夹具把灌浆料试件折成长度大致相同的两段，将试体一个侧面放在水泥抗折试验机（设备型号YAW-300）抗折夹具的支撑圆柱上，试体长轴垂直于支撑圆柱，以50N/s±10N/s的速率，通过加荷圆柱均匀地将荷载垂直地加载在棱柱体相对侧面上，直至折断，用拧干的湿布将两个半截棱柱体覆盖，保持其处于潮湿状态直至抗压试验。抗压试验在抗折后的半截棱柱体的侧面上进行，半截棱柱体放置在抗压夹具中，其中心与压力机受压中心差应在±0.5mm内，棱柱体露在压板外面的部分约有10mm，在整个加荷过程中以2400N/s±200N/s的速率均匀地加荷直至破坏，记录破坏时的最大载荷。试件抗压强度试验如图4所示。抗压强度Rc以MPa（牛顿每平方米）为单位，按下式进行计算：

R_c=

式中： ——破坏时的最大载荷，N；

A——受压部分面积，mm²（40mm×40mm=1600 mm²）

图4 试件抗压强度试验

三、试验结果与分析

对不同水灰比的灌浆料试件按照检测方案分别进行R值回弹、超声波和抗压强度试验，试件15组，试验结果如下所示。

表1 灌浆料试件非金属超声声速结果（km/s）

表2 灌浆料试件R值回弹结果（MPa）

表3 灌浆料试件抗压强度结果（MPa）

表3 灌浆料试件汇总结果

对以上数据进行回归，回归曲线见下图：

图5 灌浆料声速与抗压强度回归曲线

图5回归方程为：

Y=76.299x-234.18

式中：Y-灌浆料抗压强度（MPa）；

x-超声波速（km/s）

图6 灌浆料R值回弹与抗压强度回归曲线

图6回归方程为：

Y=1.604x+5.9529

式中：Y-灌浆料抗压强度（MPa）；

x-R值回弹值

由表3中的结果可以看出，灌浆料的声速、R值回弹值及抗压强度随着龄期的增长而增长。灌浆料试件制作完成后，由于水泥水化热不充分，水泥还没有和砂完全固结成一个整体，其内部空隙中含有大量水分，从而导致超声波在试件内部的传播时间较长，因而声速较低。随着养护龄期的增长，水泥进一步水化，空隙得到进一步填充，试件逐步固结成一个整体，超声波声速进一步增大；同时回弹强度及抗压强度随着水化热的进一步充分，强度逐步升高。PC灌浆料为早强型水泥基胶凝材料，在0～7d龄期内，强度增加最快，要求1d龄期抗压强度达到35MPa，3d龄期抗压强度达到60MPa，7d龄期的抗压强度通常可达到设计强度的80%，28d≥85MPa。从表1中数据可看出，1d龄期抗压强度达到49 MPa～55MPa，3d龄期抗压强度达到76 MPa -81MPa，7d龄期的抗压强度达到强度81 MPa～88MPa（设计强度为85MPa，大大超过设计强度80%），28d龄期的抗压强度达到强度95MPa～102MPa，完全满足标准要求。

超声波声速及R值回弹值试验结果跟抗压强度之间具有一定的相互关系，并能通过回归方程体现。

四、结论

通过本次试验可得出以下结论：

1. 超声波在灌浆料中的传播速度及灌浆料R值回弹值跟灌浆料的抗压强度之间具有一定的相互关系，建立他们之间的回归方程，可以用超声波法及回弹法推算灌浆料抗压强度；

（2）装配式建筑是当今建筑的发展方向，利用非破损检测手段控制和检测灌浆料的质量是实际应用内的需要，因此，建立灌浆料声速与抗压强度的关系曲线及R值回弹值与抗压强度的关系曲线很有必要；

（3）灌浆料抗压强度受很多因素的影响，超声波声速与抗压强度及R值回弹值与抗压强度之间的回归方程仅作为推算抗压强度的参考

参考文献：

【1】JG/T 408-2019，钢筋连接用套筒灌浆料，中华人民共和国住房和城乡建设部；

【2】GB/T 17671-1999，水泥胶砂强度检验方法（ISO法），国家质量技术监督局；

【3】CECS 21:2000,超声波检测混凝土缺陷技术规程，中国工程建设标准化协会；

【4】DG/TJ 08-2020-2007,结构混凝土抗压强度检测技术规程-回弹法、超声回弹综合法、钻芯法，上海市建设和交通委员会；