后裝拔出法檢測PP—ECC抗壓強(qiáng)度的試驗研究

卜良桃 侯琦 陳送送

摘 要：模擬實際工程加固情況，對5種強(qiáng)度等級的水泥聚丙烯纖維砂漿（PPECC）試件進(jìn)行了后裝拔出法檢測砂漿抗壓強(qiáng)度的試驗研究；對加固層纖維砂漿有無布置鋼筋網(wǎng)時的拔出力數(shù)值進(jìn)行對比，研究了不同鋼筋網(wǎng)間距對拔出力的影響；分析了后裝拔出法應(yīng)用于實際工程中的可行性.試驗結(jié)果表明：水泥聚丙烯纖維砂漿后裝拔出力與其抗壓強(qiáng)度之間存在顯著的線性相關(guān)性；對砂漿拔出力值隨著鋼筋網(wǎng)間距的變化而變化；后裝拔出法檢測水泥聚丙烯纖維砂漿在加固工程中具有廣泛的實用性，滿足實際工程需要.

關(guān)鍵詞：聚丙烯纖維水泥砂漿；后裝拔出法；測強(qiáng)曲線；回歸分析；工程應(yīng)用

中圖分類號：TU599 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Experimental Evaluation of the Strength

of Polypropyleneengineered Cementitious Composite

in the Postinstalled Pullout Method

BU Liangtao，HOU Qi，CHEN Songsong

（College of Civil Engineering， Hunan Univ， Changsha， Hunan 410082， China）

Abstract： By simulating the fact circs of project reinforcement， an experimental study in the postinstalled pullout method was conducted for the evaluation of the strength of polypropyleneengineered cementitious composite with five strength grades. We compared the pullout force of PPECC with steel mesh with that without steel mesh. The effect of different steel mesh spacing on the pullout force was studied. The feasibility of the method in practical projects was analyzed. Test results have indicated that there is a significant linear correlation between the pullout force of PPECC and its compressive strength. The pullout force changes with the steel mesh spacing. The postinstalled pullout method has widespread applications in project reinforcement and meets the demand of practical projects.

Key words：polypropyleneengineered cementitious composite； postinstalled pullout method； strength curve； regression analysis； engineering application

近年來，水泥復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固混凝土構(gòu)件的技術(shù)在國內(nèi)外有著較大的發(fā)展，水泥聚丙烯纖維砂漿具有抗壓強(qiáng)度高、延性好、耐高溫及造價低廉等顯著優(yōu)點，是一種十分常見的水泥復(fù)合砂漿材料^{[1].目前，水泥聚丙烯纖維砂漿已在工程加固領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用.與工程中混凝土抗壓強(qiáng)度具有多種成熟的檢測方法不同，行業(yè)內(nèi)針對構(gòu)件加固層水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強(qiáng)度的現(xiàn)場檢測尚無標(biāo)準(zhǔn).}

國內(nèi)外許多學(xué)者對后裝拔出法檢測混凝土強(qiáng)度進(jìn)行了大量的研究，我國也已頒布《拔出法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS69：2011）.考慮到砂漿與混凝土材性的相似性，本文采用后裝拔出法檢測PPECC抗壓強(qiáng)度，取得了較好的試驗結(jié)果，并建立考慮到鋼筋網(wǎng)間距的水泥聚丙烯纖維砂漿測強(qiáng)曲線，為今后的工程應(yīng)用作出探索.

1 試驗方案

1.1 試驗材料選擇

水泥：摻入聚丙烯纖維等成份的水泥；砂：細(xì)度模數(shù)為2.3～2.6的中砂；鋼筋：湖南漣源鋼鐵集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的Φ6鋼筋；水：自來水；混凝土：某商品混凝土公司攪拌站提供.

1.2 試驗試件設(shè)計及試驗過程

澆筑尺寸為250 mm×250 mm×300 mm，強(qiáng)度等級為C20的素混凝土試塊120個，標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù).

湖南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2013年

第7期卜良桃等：后裝拔出法檢測PPECC抗壓強(qiáng)度的試驗研究

本次試驗采用5個強(qiáng)度等級的水泥聚丙烯纖維砂漿，每個強(qiáng)度等級中各鋼筋網(wǎng)間距情況下的試件均為6組（即相對應(yīng)試塊數(shù)量6個），每組加固用砂漿預(yù)留70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體試塊3個，用來測定水泥聚丙烯纖維砂漿的抗壓強(qiáng)度.試驗試件參數(shù)設(shè)置如表1所示.

素混凝土試塊14 d進(jìn)行養(yǎng)護(hù)后，參照文獻(xiàn)[1-4]中的施工工藝采用水泥聚丙烯纖維砂漿（鋼筋網(wǎng)）進(jìn)行加固處理.

加固試件及預(yù)留的水泥聚丙稀纖維砂漿立方體試塊在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28 d后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.采用TYA2000型電壓式壓力試驗機(jī)將預(yù)留的立方體試塊加荷載至破壞；使用SFTQ50后裝拔出法強(qiáng)度檢測儀，對加固層水泥聚丙烯纖維砂漿進(jìn)行拉拔試驗，做法參照文獻(xiàn)[5].試驗裝置如圖1所示，設(shè)置了鋼筋網(wǎng)的試件拔出點位置選擇如圖2所示，沒有設(shè)置鋼筋網(wǎng)的砂漿層拔出點位于試件表面的中心.

（a） 拔出裝置側(cè)視圖 （b） 拔出裝置俯視圖

1-拉桿，直徑d1=10 mm；2-脹簧；3-對中圓盤；

4-反力支撐，內(nèi)徑d3=55 mm；5-脹桿；錨盤直徑d2=25 mm；

錨固深度h=25 mm；h1-鉆孔深度

2 無鋼筋網(wǎng)砂漿試驗結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)處理

試驗的相關(guān)數(shù)據(jù)采集結(jié)果見表2.

2.2 試驗數(shù)據(jù)回歸分析

國內(nèi)外相關(guān)研究提出了水泥聚乙烯醇纖維砂漿的后裝拔出力極限值與其抗壓強(qiáng)度之間的線性關(guān)系式^[6].

根據(jù)表2，將試件加固層水泥聚丙烯纖維砂漿的拔出力極限值與其立方體抗壓強(qiáng)度值對應(yīng)組合，參照推薦的回歸方程式，進(jìn)行回歸計算分析^[7]：

fm2，e=aF0+b （1）

式中fm2，e為砂漿抗壓強(qiáng)度推定值（MPa）；F0為拔出力極限值（kN）；a，b為測強(qiáng)公式回歸系數(shù).

按照文獻(xiàn)[5]的數(shù)學(xué)知識，通過計算分析得出a，b的數(shù)值分別為1.92，12.90.由式（1）所得出的擬合直線方程式為：

fm2，e=1.92F0+12.90（2）

將數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析并最終得出水泥聚丙烯纖維砂漿測強(qiáng)曲線如圖3所示.

拔出力極限值F0/kN

2.3 回歸分析的顯著性檢驗

相關(guān)性系數(shù)r表示水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強(qiáng)度推定值fm2，e與其拔出力極限值F0的線性關(guān)系的密切程度.平均相對誤差δ是反映方程值偏離實際值范圍的參數(shù).相對標(biāo)準(zhǔn)差er可以衡量回歸方程所揭示的規(guī)律性強(qiáng)弱.

參照文獻(xiàn)[7]，將試驗數(shù)據(jù)代入相關(guān)數(shù)學(xué)公式，計算出r=0.986，δ=±3.40%，er=3.92%. |r|值接近于1，說明水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強(qiáng)度推定值fm2，e與拔出力極限值F0之間存在良好的線性相關(guān)性.擬合的方程式的準(zhǔn)確度高，比較接近實際情況.er小于文獻(xiàn)[3]所設(shè)定的相對標(biāo)準(zhǔn)差12%，表明回歸方程預(yù)測的強(qiáng)度值較為精確.

經(jīng)過對線性回歸分析的顯著性檢驗，表明水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強(qiáng)度推定值fm2，e和拔出力極限值F之間存在顯著而可靠的線性關(guān)系.

3 不同鋼筋網(wǎng)間距加固層砂漿試驗結(jié)果與

分析

加固層設(shè)置鋼筋網(wǎng)時，水泥聚丙烯纖維砂漿拔出力極限值的數(shù)據(jù)采集情況及分析比較見表3.

由表3可知，在水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強(qiáng)度等級相同的情況下，加固層布置鋼筋網(wǎng)時砂漿的拔出力極限值與未布置鋼筋網(wǎng)時的拔出力極限值相比有所增大，且隨著鋼筋網(wǎng)間距的變化，拔出力極限值的增大幅度不同.相同強(qiáng)度等級砂漿在鋼筋網(wǎng)間距為50 mm×50 mm， 75 mm×75 mm， 100 mm×100 mm時，相應(yīng)拔出力極限值相對無鋼筋網(wǎng)時的極限值提高幅度分別為6.7%，21.3%和11.5%，從其提高幅度的趨勢來看，隨著鋼筋網(wǎng)間距的增大，砂漿拔出力極限值的提高幅度先增大后減小.

實際工程中，特別是混凝土構(gòu)件的加固設(shè)計施工中，加固層中一般都會布置鋼筋網(wǎng)，且鋼筋網(wǎng)間距規(guī)格不止上述3種.在鋼筋網(wǎng)間距對拉拔力的影響研究并不系統(tǒng)完善的情況下，建議對不同鋼筋網(wǎng)間距影響極限值的幅度大小進(jìn)行插值近似計算.

通過差值計算，同強(qiáng)度等級水泥聚丙烯纖維砂漿層設(shè)置鋼筋網(wǎng)時的拔出力極限值與不設(shè)置鋼筋網(wǎng)時的拔出力之間的關(guān)系式為：

F′=1.067+0.146（d-50）25·F0

（50 mm≤d≤75 mm）（3）

F′=1.213-0.098（d-75）25·F0

（75 mm≤d≤130 mm） （4）

式中F′為加固層設(shè)置鋼筋網(wǎng)情況下的拔出力極限值；d為鋼筋網(wǎng)間距.

將式（3），（4）代入式（2），可得出水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強(qiáng)度與拔出力極限值之間的關(guān)系如下：

fm2，e=1.92F·2519.375+0.146d+

12.90（50 mm≤d≤75 mm） （5）

fm2，e=1.92F·2537.675-0.098d+

12.90（75 mm≤d≤130 mm）（6）

fm2，e=1.92F+12.90（d≥130 mm）（7）

4 與其他砂漿測強(qiáng)曲線的對比分析

我國學(xué)者對后裝拔出法檢測混凝土強(qiáng)度的方法進(jìn)行了一定的探索，如華南理工大學(xué)的張斌、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的姜宏波等對各自地區(qū)的后裝拔出法測強(qiáng)曲線進(jìn)行了研究，研究顯示不同地區(qū)的混凝土測強(qiáng)曲線存在一定的差異.而對水泥纖維砂漿的后裝拔出法的研究則較罕見，通過對筆者參與的不同水泥纖維砂漿的后裝拔出法測強(qiáng)曲線進(jìn)行對比分析^{[8]，結(jié)果如表4和圖4所示.}

從表4和圖4中可以看出，不同種類水泥纖維砂漿的后裝拔出法測強(qiáng)曲線之間存在著明顯的區(qū)別：水泥聚乙烯醇纖維砂漿和水泥鋼纖維砂漿在同種裝置試驗的情況下，測強(qiáng)曲線存在差異的主要原因是砂漿中所摻纖維的特性差異較大.聚丙烯纖維砂漿與另外兩種纖維砂漿的測強(qiáng)曲線存在差異的原因除了纖維性能的差異外，更主要的原因則是試驗儀器裝置參數(shù)的不同；且本次水泥聚丙烯纖維砂漿測強(qiáng)曲線的建立過程中，試驗試件在最大程度上模擬了實際加固工程，另兩種水泥纖維砂漿的試驗試件均為水泥纖維砂漿立方體試塊.

從上述3種水泥纖維砂漿回歸曲線的相關(guān)系數(shù)和相對標(biāo)準(zhǔn)差的對比中可以看出，圓環(huán)支撐式設(shè)備比三點支持式設(shè)備的應(yīng)用穩(wěn)定性更好.

拔出力F/kN

5 工程應(yīng)用分析

由于加固層水泥聚丙烯纖維砂漿的厚度一般在25～40 mm，傳統(tǒng)的回彈法精度不高、鉆芯法受到適用條件的限制，并不能很好地應(yīng)用于其抗壓強(qiáng)度的現(xiàn)場檢測，而后裝拔出法設(shè)備特別是圓環(huán)支撐方式的后裝拔出法強(qiáng)度檢測儀器則不受上述條件限制.通過上述試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，也證明該方法具有較高的準(zhǔn)確性.另外，后裝拔出法檢測過程中只會形成輕微的破損，檢測之后的修復(fù)較為簡便.綜上所述，在加固工程中，采用后裝拔出法檢測水泥聚丙烯纖維砂漿的抗壓強(qiáng)度具有廣泛的實用性.

6 結(jié) 論

通過本次后裝拔出法檢測水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強(qiáng)度的試驗研究，可以得到以下結(jié)論：

1）水泥聚丙烯纖維砂漿的后裝拔出法拔出力極限值與其抗壓強(qiáng)度之間存在顯著的線性相關(guān)性.本次研究提出了相應(yīng)的擬合直線方程.該回歸曲線可以用來預(yù)測該種砂漿的抗壓強(qiáng)度.

2）構(gòu)件加固層中鋼筋網(wǎng)的布置對水泥聚丙烯纖維砂漿的拔出力極限值存在一定影響，極限值提高幅度隨著鋼筋網(wǎng)間距的變大先增大后減小.

3）后裝拔出法檢測構(gòu)件加固層水泥聚丙烯纖維砂漿的抗壓強(qiáng)度，在加固工程領(lǐng)域中有著廣泛和良好的工程實用性.

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