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    原位劈裂法检测混凝土抗拉与抗压强度技术的探讨

    时间:2019-05-08    作者:朱跃武     

    引言

      混凝土抗拉强度与抗压强度是混凝土结构中两项重要的技术指标,是设计、施工、验收、使用的重要依据,目前检测混凝土抗压强度的技术比较成熟,试验方法分试验室(制作同条件标准试块或钻取芯样的抗压试验)和原位检测技术(如回弹法、超声回弹综合法、后装拔出法、拉脱法等),而检测抗拉强度的技术只有在试验室通过制作同条件标准试块或钻取芯样在压力机上通过劈裂抗拉试验完成,目前没有原位检测混凝土抗拉强度的技术手段,为此我们提出研究原位劈裂试验方法可用于检测混凝土抗拉强度和抗压强度,即利用原位劈裂测得的内应力与试验室的同条件劈裂抗拉试验应力值建立拟合曲线,在已有检测技术的基础上建立一套可在原位检测混凝土抗拉强度又可检测混凝土抗压强度的综合技术,即一次采集数据可完成两个参数的推算。

      1 试验方法与数据分析

      研究抗拉检测技术,依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T 50081规定采用标准立方体试件或圆试件进行劈裂试验作为抗拉标准值,作为数据溯源的基本依据。仿照规程中的试验方法,拟在结构上钻制一个小芯样,通过在原位进行劈裂的方法,采集芯样径向方向的劈裂强度,研究原位劈裂抗拉强度与标准试件的劈裂抗拉强度之间的差异和规律,确定一种既可以检测混凝土抗拉强度也可以检测混凝土抗压强度的检测技术。

      制作不同强度等级的标准立方体试件,每个强度等级共三组,一组进行原位劈裂试验,一组进行抗压试验,一组进行立方体试件劈裂试验,原位劈裂是在混凝土结构上钻制直径Ф44mm,深度44mm混凝土试件,利用原位劈裂试验装置将在试件的深度25mm的径向位置将其劈断,采集劈裂时的最大峰值劈裂力,用劈裂力除以被劈裂位置的截面积,得到表1第二栏的原位劈裂强度,立方体试件的劈裂强度按照规范GB/T 50081规定进行试验,其劈裂标准值的计算按公式:fct=2F/πA=0.637F/A计算,立方体试件的劈裂抗压强度标准值见表1第三栏,同样对另一组进行抗压试验,确定试验结果的混凝土抗压强度,见表1第四栏。要求用原位采集劈裂强度与立方体试件劈裂强度进行对比,同时用原位劈裂强度与混凝土抗压强度、原位劈裂强度与立方体试块劈裂强度标准值的建立相关关系,研究一种可在原位检测混凝土抗拉与抗压强度方法。

      原位劈裂装置由左右劈裂头组成,劈裂头在深入混凝土圆芯试件25mm的位置设有两个对称的弧形凸头,用于施加劈裂力,图1反映了建立原位劈裂与混凝土抗拉与抗压之间拟合分析的过程。

    图1 建立原位劈裂和试块劈裂、试块抗压的拟合关系

      首先对龄期超过360天,八种强度等级的立方体试件,采用三种不同试验方法进行试验,试验结果如表1所示。

      表1 试验结果

      从表1中的原位劈裂强度与立方体劈裂强度值进行对比发现,原位劈裂抗拉强度值大于立方体试件劈裂强度值,规范中的圆芯样劈裂强度是对芯样试件轴线的位置施加一对劈裂荷载,而原位劈裂是在芯样的径向位置施加一对劈裂荷载,为此如果按照规程的修正方法乘以一个0.637的修正系数,其原位劈裂强度的修正值将低于立方体试件劈裂强度,为了找出两种不同条件下,测试结果之间的规律及相关性,分别采用比值修正系数法、增量修正法以及两种测试结果的拟合曲线法。现分别介绍如下:

      1.1比值修正系数法、增量修正法

      分别求出8组试验数据的增量值和比值,求出它们的平均值,比值修正系数和增量系数如表2所示。

      表2 比值修正系数和增量系数(MPa)

      其中增量修正系数为-1.29,比值修正系数为0.8,与规程GB/T 50081给出的0.637,修正系数要大,说明径向和轴向劈裂存在一定差异,通过对原位劈裂强度分别进行增量和比值修正后的结果如表3所示。

      表3 增量和比值修正后的结果(MPa)


      根据每组修正量值计算得到修正后的劈裂抗拉强度,在计算后得到平均相对误差均为δ为6.5和7.4,平均标准差е为5.7和6.3,结果表明比值法修正的误差比增量法稍大。

      1.2原位劈裂与立方体试件劈裂的强度拟合曲线法

      原位劈裂强度与立方体试件劈裂强度均来自同一批的混凝土试件,具有内在的联系,为了确定他们之间的相关性,通过回归分析确定他们的相关系数和平均相对误差和平均标准差,最终研究确定合适的拟合曲线,原位劈裂强度与立方体试快劈裂强度的拟合曲线汇总和参数估计值如表4。

      表4 原位劈裂强度与立方体试块劈裂强度的拟合曲线汇总和参数估计值

      因变量: 试件劈裂


      自变量为 原位劈裂。

      原位劈裂强度与标准立方体试件的劈裂强度拟合曲线散点图见图2所示。

    图2 原位劈裂强度与标准立方体试件的劈裂强度拟合曲线

      通过回归分析,其中拟合曲线中直线方程的相关系数为0.95,显著性水平F为50.590,比其他拟合曲线的相关性和显著性要好,因此原位劈裂强度与立方体试件的劈裂强度具有线性关系,误差分析结果见表5。

      表5 误差分析结果 (MPa)

      表4误差分析结果表明,采用直线方程进行拟合分析,其相对平均误差为δ=6.9%,平均标准差为е=3.2%,比表3中增量修正和比值修正的误差明显改善,具有较好的应用价值。

      1.3原位劈裂与立方体试件抗压强度的拟合曲线

      试验表明原位劈裂强度与立方体试件的劈裂强度具有较好的相关性,而原位劈裂强度与混凝土抗压强度是否相关?是否显著?通过分析发现原位劈裂强度与立方体试件也具有较好的相关性和显著性,其原位劈裂与立方体试件抗压强度的拟合曲线和参数估计值见表6。

      表6 原位劈裂与立方体试件抗压强度的拟合曲线和参数估计值

      因变量: 试件抗压


      自变量为 原位劈裂。

      原位劈裂强度与标准立方体试件的抗压强度拟合曲线见图3所示。

    图3 原位劈裂拟合曲线

      通过比较相关系数和显著性检验F值,综合考虑后选择直线方程作为原位劈裂法检测混凝土抗压强度换算曲线。其相对误差和标准差如表6所示。

      表6 相对误差和标准差 (MPa)

      通过表4的分析结果发现,采用直线方程的换算值进行方差分析,其方差值小于相关规范《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T 23规定的平均相对误差δ15%和平均标注差е18%的规定。因此采用劈裂强度换算混凝土抗压强度是一种可行的方法。

      2 结论

      1)采用原位劈裂法检测混凝土抗拉强度的技术可填补检测领域在原位检测混凝土抗拉强度技术领域的空白。

      2)劈裂法检测混凝土抗拉强度具有简单、可靠、对结构损伤小的优点,采用直线方程曲线,其相关系数和显著性指标优于其他曲线,误差分析表明,其相对误差和标准差均小于增量修正法和比值修正法,即原位劈裂检测首选直线方程作为推荐曲线。

      3)采用原位劈裂法不但可以检测混凝土劈裂抗拉强度,也可以检测混凝土抗压强度,一次采集的原位劈裂参数可以分别推算混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度,是一种综合检测技术。

      4)由于原位劈裂法的试验数据有限,更深入的研究还需要更多的试验数据,相信此法是一种非常有效的检测技术,必将受到用户的认可和欢迎。

      参考文献

      [1] 中国建筑科学研究院.普通混凝土力学性能试验方法标准:GB/T 50081-2016[S].北京:中国建筑工业出版社,2016.

      [2] 朱跃武,石永,朱俊峰等.原位剪劈法检测混凝土抗拉与抗压强度的装置与方法:201510564665.X[P] 2015-11-8.

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      [4]  朱跃武,邱平,李为杜等.拉脱法混凝土测强技术标准形成[J].工程质量,2016,34(2):21-26.

      [5]  朱跃武,邱平,石永等.剪切法检测混凝土强度技术[J].工程质量,2016,34(12):51-56.

      [6]  朱跃武,邱平.原位单剪法的试验与研究[J].建筑技术,2015,46(5):452-455.

      [7]  陕西省建筑科学研究院.回弹法检测混凝土抗压强度技术规程:JGJ/T 23-2011[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.



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