混凝土芯样的多次横向劈拉法试验研究.pdf

低温建筑技术 2 0 1 1 年第 3 期( 总第 1 5 3 期) 圈 混凝土芯样的多次横向劈拉法试验研究 肖芳， 余江滔， 陆洲导 ( 同济大学结构工程与防灾研究所 上海2 0 0 0 9 2) 【 摘要】 为了改进混凝土强度检测方法， 本文对一种新型的检测方法： 多次横向劈拉法进行了试验和研 究。经试验分析得出： 混凝土圆柱体的名义劈拉强度与混凝土的抗压强度有很好的相关性； 相比传统的芯样轴压 法， 多次横向劈拉法可以更准确、 便捷地判定混凝土材性。文章同时通过分析建立了劈拉强度和抗压强度的换算 关系式。 【 关键词】 钻芯法； 多次横向劈拉 ； 劈拉强度； 抗压强度 【 中图分类号】 T U 5 0 2 【 文献标识码】 A 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 4 O ： O 3 EXP ERI MENT AL S TU DY oN THE T ES T 0lF M UL TI PL E TRANS VI E S P LI TT I NG M THOD OF CONCRET E CORE S AM LE XI AO F a n g， YU J i a n g t a o ，L U Z h o u d a o ( R e s e a r c h I n s ti t u t e o f S t r u c t u r a l E n g i n e e ri n g a n d D i s a s t e r R e d u c t i o n ， T o n g j i U n i v ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a) Ab s t r a c t ： T o i mp r o v e t h e t e s t i n g o f c o n c r e t e s t r e n g t h， t h e mu l t i p l e s p l i t ti n g me tho d w a s s t u d i e d i n t h i s p a p e r B a s e d o n the s t u d y o f the e x p e r i me n t ， n o mi n a l t r a n s v e r s e s p l i t t i n g s t r e n g t h o f c o n c r e t e c y l i n d e r i s we l l c o r r e l a t e d t o the c o n c r e t e c u b e s t r e n g t h a n d the mu l t i p l e t r a n s v e r s e s p l i t t i n g me tho d i s mo r e a c c u r a t e a n d c o n v e n i e n t tha n t h e c o n v e n ti o n a l a x i a l c o mp r e s s i o n me tho d t o d e t e r mi n e the p e rf o r ma n c e o f c o n c r e t e B e s i d e s ， t h e e q u a ti o n b e t we e n s p l i t t i n g s t r e n g th a n d c o mp r e s s i v e s tr e n g t h i s d e p ri v e d thr o u g h the s t ud y Ke y wo r d s： c o r e d r i l l i ng； mu l tip l e tra n s v e r s e s p l i t t i n g； s p l i t t i n g s t r e n g t h； c o mp r e s s i v e s t r e ng t h 0 引言 钻芯法是最常用 的一种半破损检测方法。钻取 的芯样除可进行抗压强度试验外 ， 还可以进行纵向劈 拉试验、 抗冻性、 抗渗性、 吸水性及密度等方面的测 定。此外， 还可以通过芯样检查混凝土的内部缺陷， 如裂缝深度、 孔洞、 疏松大小及混凝土骨料 的级配情 况等。由于钻芯法不需要建立混凝土某种物理量与 强度之间的换算关系， 被认为是最直观、 最可靠的检 测混凝土强度的方法之一。钻芯法是一种半破损 法， 破坏性大是其难 以大量使用 的原因。2 0 0 8年之 前， 我国钻芯法采用的规程编号 C E C S 0 3 ： 8 8 ， 规程要求 的芯样规格为 1 0 0 m m和 1 5 0 m m两种， 直径较大。对 于低层， 体量较小的建筑物， 由于构件尺寸偏小 ， 钻芯 带来的损伤不可忽视。现行规范 要求： “ 芯样试件 的数量应根据检验批的容量确定。标准芯样试件的 最小样本量不宜少于 1 5个， 小直径芯样试件的最小样 本量应适当增加” 。根据这样的规定 ， 钻芯法对房屋 的损伤是不容忽视的。 为了揭示碳化程度沿深度的变化 ， 袁群等 对于 传统的混凝土芯样的纵 向劈拉进行了改进， 提出了横 向劈拉法， 并采用有限元的方法计算分析了混凝土圆 柱体在受横向均布线荷载和非均布线荷载其横截面 上的应力状况 ， 验证 了均匀线荷载、 非均布线荷载都 能使混凝土圆柱体产生横劈破坏。蒋杰等 从置信 区间推算精度 ， 置信区间上、 下限的差值， 变差系数上 限三个方面分析了增加抽样数量可以提高检测精度 ， 缩小置信区间差值， 减小变差系数的上限以满足规范 要求的优点， 从理论上证明多次横向劈拉法的合理性。 相比传统的芯样轴压法和纵 向劈拉法 ， 多次横 向劈拉法的优点如下 ： 数据量增加。如图 1 、 图2所 基金项目】 住房和城乡建设部软科学研究项目( 2 0 1 0 一 K 3 1 ) ； 高等学校博士学科点专项科开基金( 2 0 o 8 0 2 4 7 l O 8 9 ) 肖芳等 ： 混凝土芯样的多次横向劈拉法试验研究 4 1 示 ， 普通的钻芯轴压法试验一个芯样仅能得到一组数 据 ， 而多次横向劈拉可以得到多组( 至少 3组) 抗拉强 度的数据。对于长度较长的芯样， 可以首先进行芯样 两端的劈拉试验， 然后将 中间部分加工后成常规的轴 压试件； 对芯样的几何尺寸要求低。传统的轴压法 可能因为芯样断裂而无法进行后续的试验； 多次横向 劈拉法对长度无严格要求， 只要孔径方向上保持完好 就可以进行横向劈拉试验； 检测混凝土深度方 向的 损伤。使用年限较长或者受过火灾的混凝 土构件中 取 出的芯样 ， 强度随着深度而变化 ， 采用多次横 向劈 拉法可以揭示损伤的深度。 图2 多次横向劈拉法劈拉示意图 q 横向劈拉法的提出时间短 ， 使用效果需要试验 来验证。本文拟进行以下两个方面的研究 ： ( 1 ) 在试验数据的基础上 ， 验证多次横向劈拉 法的数据的可信度。 ( 2 ) 在试验数据的基础上 ， 建立横 向劈拉强度 与抗 压强度之间的关系。 1 拉压强度机理分析 对混凝土的单轴受压破坏的机理研究 已达成如 下共识的 】 ： 混凝土的损伤源于混凝土本身存在的 初始损伤， 即裂隙或微裂缝 ； 混凝土在外荷载作用 下 ， 内部的微裂缝 ， 不论其所在的部位处于粗集料还 是水泥石结合面( 主要原因) ， 都会因应力集 中的作用 而不断扩展， 最终导致混凝土的受压破坏； 混凝土 在单轴压力作用下， 横向将产生拉应力和拉应变 ， 当 拉应变达到极 限拉应变时即引起材料的破坏。这一 点可以从轴压试验中混凝土芯样上与压力方向平行 的裂缝得到证 明。 可以说 ， 混凝土的单轴受压破坏与受拉破坏 ( 劈 拉试验) 源于同一机理。实际上， 混凝土的单轴抗压 试验是间接的抗拉强度的试验 ， 而横向劈拉法是直接 的抗拉强度试验。 2试验方法及结果 2 1 试验 方法 笔者从 l 5个不 同的实际工程中取得 中芯样 ( 直 径均为 1 0 0 m m) 进行了试验， 具体方法如下： 混凝土芯 样 自然干燥后开始试验 ， 采用同济大学土木工程防灾 重点试验室 自行研发的夹具， 压具圆心角为9 O度。试 验前， 先把试件放置在圆弧压刀上， 待对中后， 均匀拧 紧对角上的螺母 ， 并将整个压具对 中放置于试验机的 上下承压板之间。混凝土圆柱体试件通过试验机上 下承压板、 压具上下板及压刀获得劈拉作用力， 使其 产生横向劈拉破坏。为了增加可比性， 首先对混凝 土 芯样的两端进行 2 3次的劈拉( 保证中间部长度大 于 1 0 0 ra m) ， 然后将芯样剩余部分用机器打磨 ， 用水泥 砂浆、 硫磺胶泥补平后， 进行传统的轴压试验。这样 一 个芯样可以得到至少 2 个劈拉强度和 1 个抗压强度 的数据。试验在 WE - 3 0型液压万能材料试验机下进 行， 试验过程如图 1 、 图2 所示。 2 2 试验现象 混凝土受拉破坏时， 芯样被横 向拉断， 裂缝方向 垂直于主拉应力方向， 只有一条发展过程很快且形状 不规则的裂缝 ， 裂缝突然开展、 延伸 ， 裂缝面界面清 晰、 整齐， 裂缝面两旁的混凝土依然坚实稳定。而混 凝土受压破坏时， 混凝土芯样被纵向压劈 ， 并出现多 条间距小、 中间宽、 两端窄的裂缝， 裂缝平行于主压应 力方 向， 然后在后期出现斜裂缝 ， 裂缝面有分叉、 碎 片、 无定形 ， 两旁混凝土疏松易剥落。 3数理统计分析 3 1 可信度分析 王军波在文献 7 中比较了拔出法、 贯入法、 综合 法、 回弹法及超声法等检测方法的误差， 钻芯法以误 差范围7 0 9 0 成为精度最高的测试方法。 强 度推定误差见表 1 所示 。 表 1 强度推定误差( 强度保证率 9 5 ) 4 2 低温建筑技术 2 0 1 1 年第3期( 总第 1 5 3期) 为了验证劈拉法的可信度， 本文进行了同条件下 劈拉法和轴压法的误差对 比分析 ， 如表 2所示。表中 “ 平均劈拉强度试验值” 是芯样的多次横劈强度试验 值的平均 ， “ 抗压强度试验值” 是由同一个芯样的轴压 试验数据。 多次横向劈拉法的变异系数低于抗压法的结果。 因此， 可以认为混凝土芯样的多次横向劈拉是一种可 信度较高的试验方法。 3 2 拉压强度关系分析 假定抗压强度 与劈拉强度 的关系可按二次 函数曲线 =O ,X + +c 表示， 令Y= ， ： ， 为 了估计回归方程参数 ， 并验证 Y与 的相关关系， 本文 根据试验得出的抗压强度、 劈拉强度数据， 通过数据 拟合得到如下的回归方程 ： =1 4 0 9 A 一 8 8 9 6 f c + 4 3 6 6 采用多次横向劈拉法， 获得的劈拉强度值与抗压 强度值之间的相关系数 R=0 9 8 3 8 ， 可以认为， 抗压强 度与劈拉强度之间的相关关系显著， 拟合的公式比较 可靠。 混凝土抗压、 劈拉强度关系曲线如图3所示。 表 2 抗压 强度 和劈拉 强度对 比分 析结果 4结语 本文通过多组直径为 1 0 0 m m的混凝土芯样 的劈 拉强度与抗压强度进行对 比试验 ， 对这两个强度指标 劈拉强度 MP a 试验曲线一 拟合曲线 图3 混凝土横劈、抗压强度拟合关系曲线 的关系进行了探讨， 结果表明： ( 1 ) 多次横向劈拉法在不增加钻芯数量的基础 上 ， 大幅度地增加了试验的样本数。可以在满足规范 要求的抽样数量的前提下 ， 大大地减少了钻芯数量。 可以说 ， 多次横向劈拉法是一种经济、 安全、 检测方和 委托方都易于接受的实用的方法。 ( 2 ) 进行多次横向劈拉法测定值和抗压强度测 定值的变异系数进行对 比， 可知前者 的变异系数较 小， 可以认为混凝土芯样的多次横向劈拉试验方法具 有可以接受的精度。 ( 3 ) 根据圆柱体混凝土芯样的劈拉强度和抗压 强度的试验数据的拟合可知， 横向劈拉强度与抗压强 度之间具有良好的相关性 ， 可以通过拟合公式方便地 由劈拉强度转换到抗压强度。 多次横向劈拉法的提出时间短 ， 仍处于研究和尝 试阶段 ， 仍有大量的问题亟待研究者深入地探讨。 参考文献 1 庞超明， 秦鸿根， 季盎 试验设计与混凝土无损检测技术 M 北京： 中国建材工业出版杜 ， 2 0 0 6 2 C E C S 0 3 ： 2 0 0 7 ， 钻芯法检测混凝土强度技术规程 s 3 袁群 圆柱体横向劈拉测定混凝土抗拉强度方法的研究 J 工业建筑， 2 0 0 6 ， 3 6 ( 6 ) ： 8 3 8 7 4 蒋杰 钻芯法检测混凝土强度的一种建议： 多次横向劈拉法 J 四川建筑科学研究， 2 0 1 0 ， 3 6 ( 1 ) ： 8 4 8 7 5 过镇海 ， 时旭东 钢筋混凝土原理和分析 M 北京 ： 清华大 学出版 社， 2 0 0 3 6 余江滔 火灾后混凝土构件损伤评估的试验及理论研究 D 上海： 同济大学， 2 0 0 7 7 王军波 房屋安全鉴定技术中的几个问题 J 建筑技术开 发 ， 1 9 9 7， 2 4 ： 3 3 3 4 【 收稿日期】 2 0 1 0一 I 1 一 l 9 作者简介 肖芳( 1 9 8 7 一) ， 女， 湖南邵阳人， 硕士， 从事建 筑结构损伤检测与鉴定加固工作。 B d 善髓嘿