直徑55mm芯樣折斷力與普通混凝土力學(xué)性能指標(biāo)關(guān)系試驗研究

黃從斌，邰洪生，羅居剛，楊智

（1.安徽省（水利部淮河水利委員會）水利科學(xué)研究院，安徽 合肥 230088；2.安徽省水利工程病害防治工程技術(shù)研究中心，安徽 合肥 230088）

1 引言

目前混凝土結(jié)構(gòu)已在我國大量使用，其混凝土強(qiáng)度也一致備受學(xué)界和工程界的關(guān)注，主要的檢測方法為回彈法、鉆芯法、超聲——回彈綜合法。其中，回彈法對于測試面要求較高，只能反映出表層混凝土強(qiáng)度，推定時其準(zhǔn)確性很難保證[1]；超聲——回彈綜合法由于材料易受材料特性、混凝土強(qiáng)度、鋼筋配置等因素影響[1-2]會對小尺寸構(gòu)建產(chǎn)生效果弱，且離散型較大。而采用小直徑芯樣抗折法檢測結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度可以有效彌補(bǔ)現(xiàn)有檢測方法的不足，不僅是對現(xiàn)有檢測技術(shù)的有效補(bǔ)充，也將填補(bǔ)現(xiàn)有檢測技術(shù)的空白，可以提高工程質(zhì)量檢測評價的準(zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)一步保障了工程質(zhì)量和管理運(yùn)行安全，具有極為廣闊的工程應(yīng)用前景和良好的社會經(jīng)濟(jì)效益，因而采用小直徑芯樣抗折法檢測結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度技術(shù)，值得進(jìn)一步進(jìn)行研究。

2 試驗設(shè)計

本文設(shè)計并制作了C20、C30、C40和C50四個批次試件，均采用商品混凝土。預(yù)制試件尺寸為600mm×700mm×200mm的混凝土試件48塊，用于鉆取不同齡期（14d、28d、90d）直徑為55m的混凝土抗折芯樣，共計制作144組432個小直徑芯樣抗折試件。同時預(yù)留不同齡期不同強(qiáng)度等級的標(biāo)準(zhǔn)混凝土抗壓、劈拉、抗折試件，用于混凝土力學(xué)性能試驗。

3 試驗原理

小直徑抗折檢測混凝土強(qiáng)度是一種通過大量的小直徑芯樣混凝土三點抗折試驗和標(biāo)準(zhǔn)試件的普通混凝土力學(xué)性能試驗，以小直徑混凝土芯樣折斷力和標(biāo)準(zhǔn)試件混凝土力學(xué)性能試驗結(jié)果，來擬合芯樣折斷力與標(biāo)準(zhǔn)混凝土試件強(qiáng)度相關(guān)關(guān)系，以推定混凝土強(qiáng)度的新方法[4]。首先利用鉆機(jī)的薄壁鉆頭在結(jié)構(gòu)上鉆得一定長度的芯樣，再利用液壓千斤頂或其他外力將芯樣沿橫向折斷，得到折斷力；基于材料力學(xué)簡支梁的受力原理，根據(jù)式（1）計算得到混凝土抗折強(qiáng)度力學(xué)性能指標(biāo)。

直徑55mm芯樣抗折力與抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果

式中：σ—試件折斷強(qiáng)度（MPa）；

P—試件破壞時的折斷力（kN）；

L—試件兩支撐間的支距（mm）；

D—試件直徑（mm）；

4 試驗數(shù)據(jù)分析

4.1 抗壓強(qiáng)度相關(guān)關(guān)系分析

本試驗采用小直徑55mm芯樣抗折試驗機(jī)進(jìn)行抗折試驗，并測得標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度如下表所示。表中編號14-1表示14天齡期，1號試件。由于版面篇幅有限，上表中僅提供部分?jǐn)?shù)據(jù)。

對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以芯樣折斷力為自變量，標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度為因變量，回歸曲線方程如圖1所示。

通過上述圖表可以看出：直徑55mm芯樣折斷力與標(biāo)準(zhǔn)試件抗壓強(qiáng)度的擬合函數(shù)中總體相關(guān)系數(shù)在0.8349～0.9079之間，相對誤差在11.3%～18.2%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)差在18.9%～26.4%之間。綜合比較相關(guān)關(guān)系以及誤差值，采用二次多項式函數(shù)來表達(dá)直徑55mm芯樣折斷力—標(biāo)準(zhǔn)試件抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線最佳。

圖1 直徑55mm芯樣折斷力—標(biāo)準(zhǔn)試件抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線

4.2 抗折強(qiáng)度相關(guān)關(guān)系分析

不同強(qiáng)度等級、不同齡期的直徑55mm芯樣折斷力及標(biāo)準(zhǔn)試件的抗折強(qiáng)度影響不同。同時，采用SPSS軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以芯樣折斷力為自變量，標(biāo)準(zhǔn)抗折強(qiáng)度為因變量，回歸曲線方程如圖2所示。

通過上述圖表可以看出：直徑55mm芯樣折斷力與標(biāo)準(zhǔn)試件抗折強(qiáng)度的擬合函數(shù)中總體相關(guān)系數(shù)在0.8954～0.9167之間，相對誤差在8.6%～9.4%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)差在15.6%～18.2%之間，綜合比較相關(guān)關(guān)系以及誤差值，線性函數(shù)的誤差相對較小，采用線性函數(shù)來表達(dá)直徑55mm芯樣折斷力—標(biāo)準(zhǔn)試件抗折強(qiáng)度關(guān)系曲線最佳。4.3劈拉強(qiáng)度相關(guān)關(guān)系分析

圖2 直徑55mm芯樣折斷力—標(biāo)準(zhǔn)試件抗折強(qiáng)度關(guān)系曲線

不同強(qiáng)度等級不同齡期的直徑55mm芯樣折斷力及測得的劈拉強(qiáng)度有所不同。采用SPSS軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，以芯樣折斷力為自變量，標(biāo)準(zhǔn)試件劈拉強(qiáng)度為因變量，回歸曲線方程如圖3所示。

圖3 直徑55mm芯樣折斷力—標(biāo)準(zhǔn)試件劈拉強(qiáng)度關(guān)系曲線

通過上述圖表可以看出：直徑55mm芯樣折斷力與標(biāo)準(zhǔn)試件劈拉強(qiáng)度的擬合函數(shù)中總體相關(guān)系數(shù)在0.8581～0.8940之間，相對誤差在12.2%～14.8%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)差在23.2%～29.7%之間，綜合比較相關(guān)關(guān)系以及誤差值，采用冪函數(shù)來表達(dá)直徑55mm芯樣折斷力—標(biāo)準(zhǔn)試件劈拉強(qiáng)度關(guān)系曲線最佳。

5 結(jié)論

本文采用小直徑芯樣抗折法檢測結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度可以有效彌補(bǔ)現(xiàn)有檢測方法的不足，不僅是對現(xiàn)有檢測技術(shù)的有效補(bǔ)充，也將填補(bǔ)現(xiàn)有檢測技術(shù)的空白，并根據(jù)試驗數(shù)據(jù)取得以下結(jié)論：

①采用二次多項式函數(shù)來表達(dá)小直徑55mm芯樣折斷力與標(biāo)準(zhǔn)試件抗壓強(qiáng)度關(guān)系曲線最佳；

②采用線性函數(shù)來表達(dá)小直徑55mm芯樣折斷力與標(biāo)準(zhǔn)試件抗折強(qiáng)度關(guān)系曲線最佳，相對誤差較?。?/p>

③采用冪函數(shù)來表達(dá)小直徑55mm芯樣折斷力與標(biāo)準(zhǔn)試件劈拉強(qiáng)度關(guān)系曲線最佳，相關(guān)性較好。