剪壓法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)研究

焦興隆

（上海洪棟建設(shè)工程檢測(cè)有限公司，上海 202155）

1 引言

剪壓法是一種檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度的有效方法，通過剪切工具，用于對(duì)混凝土構(gòu)件的邊緣施加壓力使混凝土構(gòu)件的邊緣局部損傷破壞，根據(jù)破壞剪力值的大小推導(dǎo)出混凝土構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度[1]。剪壓法操作簡(jiǎn)單，對(duì)構(gòu)建的損傷小，不受鋼筋間距和混凝土碳化情況的限制，不需要測(cè)量混凝土的碳化深度，因此，在實(shí)際中易于操作和方便檢測(cè)[2]。現(xiàn)行規(guī)范CECS 278—2010《剪壓法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》不適用于上海機(jī)制砂混凝土（以機(jī)制砂和碎石為骨料的混凝土）的試驗(yàn)。為了使該測(cè)試方法更適合上海地區(qū)，本文通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立了上海地區(qū)強(qiáng)度測(cè)量曲線。為了驗(yàn)證該強(qiáng)度曲線的適用性，隨機(jī)選取上海5個(gè)在建工程進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)剪壓法的測(cè)強(qiáng)曲線比統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線平均誤差更小。

2 建立測(cè)強(qiáng)曲線的試驗(yàn)方案及數(shù)據(jù)采集

2.1 試樣制備

試樣制備分為實(shí)驗(yàn)室樣品制備和現(xiàn)場(chǎng)樣品制備。室內(nèi)樣品制備：制備強(qiáng)度等級(jí)為C30、C40、C50和C60的混凝土試塊，試驗(yàn)齡期分別為2 d、5 d、7 d、14 d和28 d。各強(qiáng)度等級(jí)不同齡期的樣品數(shù)為4組（每組3片，樣品量150 mm×150 mm×150 mm）。

2.2 試樣檢測(cè)

對(duì)不同齡期的試件進(jìn)行了室內(nèi)室外強(qiáng)度試驗(yàn)。首先，采用現(xiàn)場(chǎng)剪壓法進(jìn)行混凝土構(gòu)件強(qiáng)度試驗(yàn)，室外試驗(yàn)方法按照CECS 278—2010《剪壓法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行，并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，室內(nèi)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.3 抗壓強(qiáng)度分析

對(duì)不同水灰比的混凝土和不同齡期的混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 混凝土的抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表MPa

每組混凝土的抗壓強(qiáng)度值取的是3個(gè)試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值的平均值，如圖1所示。從圖1可以看出隨著水灰比的減小，抗壓強(qiáng)度的最大標(biāo)準(zhǔn)差逐漸增大；隨著齡期的增大，抗壓強(qiáng)度的最小標(biāo)準(zhǔn)差在降低，最大標(biāo)準(zhǔn)差在增加，無論齡期多少，水灰比多少，抗壓強(qiáng)度大概在20～30 MPa范圍內(nèi)波動(dòng)。

圖1 混凝土抗壓強(qiáng)度值及其標(biāo)準(zhǔn)差

不同配合比下混凝土強(qiáng)度隨齡期的增加情況如圖2所示。從圖2可以看出，隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土的抗壓強(qiáng)度也在增長(zhǎng)，在14 d左右抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大，隨后隨著齡期的增長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)變緩，符合一般混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律。

圖2 混凝土強(qiáng)度隨齡期變化圖

3 上海市虹橋機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程剪壓法測(cè)強(qiáng)曲線的建立

3.1 剪壓法測(cè)強(qiáng)曲線的建立

此次研究從試樣準(zhǔn)備工作開始到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集完成經(jīng)歷了一年的時(shí)間，通過對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析得到圖3，得出回歸方程擬合的測(cè)強(qiáng)曲線為：=1.222Ni+3.453 6（其中，為混凝土強(qiáng)度換算值；Ni為混凝土剪壓值），平均相對(duì)誤差δ=5.25，強(qiáng)度相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er=6.12。

圖3 剪壓法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度數(shù)據(jù)散點(diǎn)圖

由圖3可以看出隨著剪力值的增大，抗壓強(qiáng)度也在增大，大部分的數(shù)據(jù)集中分布在剪力值50 kN左右，少量數(shù)據(jù)分布在剪力值10～40 kN。剪力值和抗壓強(qiáng)度之間是正相關(guān)的，回歸曲線是線性增長(zhǎng)的。

3.2 回彈法測(cè)強(qiáng)曲線的建立

回彈法檢測(cè)混凝土的抗壓強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的測(cè)強(qiáng)曲線的數(shù)學(xué)模型推定公式：

利用origin繪圖軟件，得到回彈法測(cè)強(qiáng)曲線如圖4所示。

圖4 回彈法測(cè)強(qiáng)曲線

3.3 鉆芯法測(cè)強(qiáng)曲線的建立

圖5 鉆芯法測(cè)強(qiáng)曲線

3.4 超聲回彈綜合法測(cè)強(qiáng)曲線

超聲回彈綜合法檢測(cè)高性能混凝土測(cè)強(qiáng)曲線選用數(shù)學(xué)模型：

式中，Rz為混凝土回彈值；v為混凝土中超聲波聲速。

利用origin繪圖軟件，得到超聲回彈綜合法測(cè)強(qiáng)曲線如圖6所示。

圖6 超聲回彈綜合法測(cè)強(qiáng)曲線

4 上海地區(qū)剪壓法測(cè)強(qiáng)曲線實(shí)用性的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證此次研究所建立的地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線的適用性，在上海市內(nèi)隨機(jī)選擇了5個(gè)在建及既有建筑上進(jìn)行了比對(duì)試驗(yàn)，通過在同一混凝土構(gòu)件上鉆芯取芯樣和利用剪壓法分別檢測(cè)混凝土的抗壓強(qiáng)度，并采用本文建立的地方測(cè)強(qiáng)曲線計(jì)算混凝土構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度，分析結(jié)果見表2。

表2 芯樣抗壓強(qiáng)度值及剪力值一覽表

現(xiàn)行規(guī)程DB34T 569—2022《剪壓法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》中的測(cè)強(qiáng)曲線為=1.4，現(xiàn)將測(cè)得的剪力值分別通過統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線及上海市地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線分別計(jì)算混凝土構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 統(tǒng)一及地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線推定混凝土抗壓強(qiáng)度值一覽表

由以上實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)統(tǒng)一曲線和地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線的平均相對(duì)誤差進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 統(tǒng)一及地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線推定混凝土抗壓強(qiáng)度值平均誤差表%

通過以上數(shù)據(jù)可以看出，5個(gè)工程除一個(gè)工程兩種曲線的平均相對(duì)誤差相近之外，另外4個(gè)工程的地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線的平均相對(duì)誤差比統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線的平均相對(duì)誤差明顯小一些，說明剪壓法對(duì)應(yīng)的測(cè)強(qiáng)曲線與統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線相比更加準(zhǔn)確，更適用于上海機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度的測(cè)定。

5 結(jié)論

通過數(shù)據(jù)分析，該強(qiáng)度測(cè)量曲線符合相關(guān)法規(guī)對(duì)區(qū)域強(qiáng)度曲線建立的要求，回歸精度高，誤差小，適用于上海地區(qū)機(jī)制砂混凝土抗壓強(qiáng)度值的假定。通過實(shí)際工程對(duì)比試驗(yàn)，強(qiáng)度測(cè)量曲線比現(xiàn)有統(tǒng)一強(qiáng)度測(cè)量曲線更適合上海地區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度的假定。該強(qiáng)度測(cè)量曲線的建立，不僅改進(jìn)了上海地區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)方法的使用，還可以更合理、有效地評(píng)價(jià)工程質(zhì)量，而且通過對(duì)混凝土實(shí)體強(qiáng)度檢測(cè)的研究和應(yīng)用，可以提高檢測(cè)工作效率，縮短項(xiàng)目工期，減小破損檢測(cè)對(duì)構(gòu)建帶來的不利影響。