基于水工混凝土抗压强度和弧面对压强度的试验分析.pdf

年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）文章编号：（）基于水工混凝土抗压强度和弧面对压强度的试验分析朱冰（盘锦市水利服务中心，辽宁 盘锦 ）摘要：采用弧面对压法测试 不同强度等级 、龄期抗压强度，并以不同拟合方式分析标准试件抗压强度与弧面对压强度的相关性。结果表明：水工混凝土标准试件抗压强度与弧面对压强度的相关性较高，回归系数 均超过 ，弧面对压强度能够准确反映水工混凝土力学性能。关键词：水工混凝土；弧面对压法；试验数据；相关性分析中图分类号：文献标识码：收稿日期 作者简介 朱冰（），女，辽宁盘锦人，高级工程师，研究方向为水利工程建设管理、水利工程施工、水利工程监理、混凝土质量控制、水利工程质量安全监督管理等。为准确测定水工混凝土抗压强度许多机构研究提出小芯样检测技术，并先后形成抗剪法、抗折法和直拔法等方法，其原理都是以抗折应力、剪应力、直拔应 力 等 小 芯 样 试 件 物 理 量 值 来 推 测 抗 压 强度 。这些方法对构件所造成的损伤较小且可以检测出构件内部的抗压强度，有效弥补了回弹法只能测定表面强度的不足，在一定程度上促进了混凝土检测技术的发展。但实践表明，推测的抗压强度值与此类技术检测的应力值相比高出几倍乃至十几倍，在推定抗压强度时测试应力值的微小变化都会被放大相依倍数，使得检测数据时常发生误判的情况。为了使预推定的抗压强度值与试验测试物理量值处于同一数量级，解决“以小搏大”的问题，在保证内部强度检测精度及对混凝土损伤较小的情况下，工程检测领域提出一种弧面对压法检测技术 。该技术是在弧面对压试件侧面利用两个相对的弧形施压块加压至破坏，结合弧面对压力峰值确定相应的强度，其中弧形对压试件为直径 钻取自硬化混凝土钻的微小芯样。相较于以上小芯样类检测法，弧面对压法主要存在以下不同：在设计原理上利用抗压变量 弧面对压应力直接测定强度，这使得数据随机性明显下降；试件的抗压强度值与测试的弧面对压应力值处于同一数量级，从而解决了推定时误差放大的问题，这是弧面对压法确保数据检测精度的关键 。鉴于此，文章采用弧面对压试验和抗压强度试验测定 等级水工混凝土的 、龄期抗压强度，以不同拟合方式分析标准试件抗压强度与弧面对压强度的相关性，并进一步验证了弧面对压法的适用性和检测精度。试验方法 原材料试验选用海螺 级和 级两种水泥，细度模数 的中砂，粒径 的连续级配花岗岩碎石，矿粉、硅灰及 类级粉煤灰，外加剂用聚羧酸高效减水剂，经检测各原材料主要技术指标均符合相应规范要求。试验配合比根据 水工混凝土配合比设计规程 及不同强度等级要求合理设计试验用配合比，控制拌合物坍落度处于 微调减水剂用量，如表 所示。年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）表 试验配合比强度水胶比配合比 （）水水泥粉煤灰矿粉硅灰砂碎石减水剂坍落度 制作与养护参照 水工混凝土试验规程 中的操作流程将新拌混合物制成 的标准试件，入模成型后室内静置 脱模，然后编号标记并移入标养室养护至规定龄期。为防止试验过程中试件被挪用、损坏或丢失，应保护好各组试件，试验配制试件数量如表 。试验设备与方法弧面对压试件钻制装置和弧面对压仪如图 所示。首先，在专用固定装置内放置混凝土标准试件，选择钻取面为浇筑面，保持浇筑方向与钻取方向相垂直。试件稳固后，启动钻机匀速钻进至钻深达到 ，然后取出芯样标注试件编号与浇筑方向，弧面对压试件应满足长度 ，直径处于（）、长度内最大偏差 且侧面顺直。表 试件制作数量数量 个龄期 合计 （）钻制装置（）弧面对压仪图 试验装置实际使用时弧面对压仪符合以下技术参数要求：测试精度 ，测量量程 ；压力表具备维持峰值的功能，弧面施压块的开口尺寸为 ，弧面高度、直径和弧长依次为 、和 圆 周 长；形 成 不 低 于 ，设置电震装置，在试件间隙内的金刚砂（细度 年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）目）能够在震动作用下饱满、均匀地分布。主要操作流程如下：步骤 ：在弧面对压仪试验空间内居中放置弧面对压试件，保持弧面对压试件侧面与施压块内部的间隙为 并用弹簧支架固定弧面对压试件。步骤 ：将金刚砂灌入弧面对压试件侧面与施压块内部间的空隙至溢出，启动开关震动 使金刚砂饱满均匀。步骤 ：清零压力表并设置成峰值状态，控制施力干加载速率 ，顺时针摇动加载至试件破坏。步骤 ：记录试件的弧面对压力值为试件破坏时的荷载值，精度为 。数据计算采用公式（）将弧面对压力值转化成应力值，具体如下：，（）式中：，、为弧面对压试件 的弧面对压应力，、弧面对压力值，及其面积，直径为 时弧面对压试件的受力面积取 。参照 水工混凝土试验规程 测定标准试件的抗压强度，结合各组试件破坏时的荷载值计算出相应的抗压强度值。结果与分析 试验数据将同龄期同强度的 个试件分别用于弧面对压强度和立方体抗压强度测试，每次测定 个试件取平均，并利用强度与破坏荷载转换公式计算相应的抗压强度，如表 、表 所示。数值回归分析每组弧面对压强度值取该组 个立方体抗压强度所对应的平均值，并按照中值、最小值、最大值、中小值（最小值与中值的平均值）、大中值（最大值与中值的平均值）、大小值（最大值与最小值的平均值）、平均值（所有数据的算数平均值）的方式处理该组 个弧面对压强度所有数据。以弧面对压强度和立方体抗压强度为自变量、因变量，利用最小二乘法回归拟合数据，并通过对比各龄期弧面对压强度和立方体抗压强度数据，建立多项式、指数、线性和幂函数模型 ，如表 所示。表 弧面对压强度值等级龄期 编号破坏荷载 强度 年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）续表 弧面对压强度值等级龄期 编号破坏荷载 强度 续表 弧面对压强度值等级龄期 编号破坏荷载 强度 表 立方体抗压强度值等级龄期 编号破坏荷载 强度 年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）续表 立方体抗压强度值等级龄期 编号破坏荷载 强度 续表 立方体抗压强度值等级龄期 编号破坏荷载 强度 通过中值、最小值、最大值、平均值、中小值、大中值、大小值的数据处理方式和建立多项式、指数、线性和幂函数等数学模型拟，最终确定在多项式函数模型下立方体抗压强度与弧面对压强度的相关系数 最高达到 ，相对标准差 ，平均误差 ，能够达到精度要求 。最优测强曲线为多项式函数形式如图 所示，其数学表达式如下：，（）式中：，、，为立 方 体 抗 压 强 度 和 弧 面 对 压 强度，。年第 期（第 卷）黑龙江水利科技 （）表 回归分析数据方程最小值最大值平均值中值中小值大中值大小值线性方程（）相关系数 平均误差 相对标准差 幂函数方程（）相关系数 平均误差 相对标准差 指数方程（）相关系数 平均误差 相对标准差 多项式方程（）相关系数 平均误差 相对标准差 图 最优测强曲线 结论采用弧面对压强度试验和立方体抗压强度试验测试不同强度等级及养护龄期下的水工混凝土抗压强度，经统计分析和数据计算，主要结论如下：）不同龄期及不同强度等级下水工混凝土的弧面对压强度与立方体抗压强度之间存在较好相关性，多项式、指数、线性和幂函数形式的相关系数均超过了 ，这表明弧面抗压强度能够准确反映水工混凝土的抗压强度。）经对比分析，在多项式函数模型下立方体抗压强度与弧面对压强度的相关系数 最 高 为 ，最优测强曲线为多项式函数形式的 ，。参考文献：郝克耕，韩春雷，邱平 直拔法检测混凝土强度试验研究 建筑科学，（）：邱平，朱跃武 抗剪法检测混凝土抗压强度技术 施工技术，（）：王文明 抗折法检测混凝土抗压强度技术研究 混凝土世界，（）：王文明 混凝土抗压强度扭矩法检测仪及其检测方法 仪器与设备，（）：王大勇 微小芯样抗折法检测混凝土抗压强度技术研究 建筑结构，（）：韩春雷，王大勇 弧面对压法检测混凝土抗压强度技术研究 建筑结构，（）：周宏宇 混凝土立方体抗压强度速率特性尺寸效应理论研究 建筑结构，（）：崔士起，孙旭文 小高径比芯样混凝土抗压强度试验研究 建筑科学，（）：王继宗，倪鸿光，何锦云，等 混凝土强度预测和模拟的智能化方法 土木工程学报，（）：李云龙，张亦飞，罗海亮，等 超声回弹综合法组合测强曲线 建筑材料学报，（）：梁天爰 不同薄壁厚度下水保工程水工混凝土的热能损耗试验 水土保持应用技术，（）：俞长隆 盐渍土和混凝土的衬砌冻结强度直剪试验分析 黑龙江水利科技，（）：李亚楠 基于不同粉煤灰品质的水工混凝土性能试验研究 黑龙江水利科技，（）：，