朱 冰

(盤錦市水利服務(wù)中心,遼寧 盤錦 124010)

為準(zhǔn)確測定水工混凝土抗壓強(qiáng)度許多機(jī)構(gòu)研究提出小芯樣檢測技術(shù),并先后形成抗剪法、抗折法和直拔法等方法,其原理都是以抗折應(yīng)力、剪應(yīng)力、直拔應(yīng)力等小芯樣試件物理量值來推測抗壓強(qiáng)度[1-4]。這些方法對構(gòu)件所造成的損傷較小且可以檢測出構(gòu)件內(nèi)部的抗壓強(qiáng)度,有效彌補(bǔ)了回彈法只能測定表面強(qiáng)度的不足,在一定程度上促進(jìn)了混凝土檢測技術(shù)的發(fā)展。但實踐表明,推測的抗壓強(qiáng)度值與此類技術(shù)檢測的應(yīng)力值相比高出幾倍乃至十幾倍,在推定抗壓強(qiáng)度時測試應(yīng)力值的微小變化都會被放大相依倍數(shù),使得檢測數(shù)據(jù)時常發(fā)生誤判的情況。

為了使預(yù)推定的抗壓強(qiáng)度值與試驗測試物理量值處于同一數(shù)量級,解決“以小搏大”的問題,在保證內(nèi)部強(qiáng)度檢測精度及對混凝土損傷較小的情況下,工程檢測領(lǐng)域提出一種弧面對壓法檢測技術(shù)[5]。該技術(shù)是在弧面對壓試件側(cè)面利用兩個相對的弧形施壓塊加壓至破壞,結(jié)合弧面對壓力峰值確定相應(yīng)的強(qiáng)度,其中弧形對壓試件為直徑38mm鉆取自硬化混凝土鉆的微小芯樣。相較于以上小芯樣類檢測法,弧面對壓法主要存在以下不同:①在設(shè)計原理上利用抗壓變量-弧面對壓應(yīng)力直接測定強(qiáng)度,這使得數(shù)據(jù)隨機(jī)性明顯下降;②試件的抗壓強(qiáng)度值與測試的弧面對壓應(yīng)力值處于同一數(shù)量級,從而解決了推定時誤差放大的問題,這是弧面對壓法確保數(shù)據(jù)檢測精度的關(guān)鍵[6-7]。鑒于此,文章采用弧面對壓試驗和抗壓強(qiáng)度試驗測定C20～C80等級水工混凝土的7d、14d、28d、60d、90d齡期抗壓強(qiáng)度,以不同擬合方式分析標(biāo)準(zhǔn)試件抗壓強(qiáng)度與弧面對壓強(qiáng)度的相關(guān)性,并進(jìn)一步驗證了弧面對壓法的適用性和檢測精度。

1 試驗方法

1.1 原材料

試驗選用海螺P·O4 2.5級和P·O 52.5級兩種水泥,細(xì)度模數(shù)2.7的中砂,粒徑5～31.5mm的連續(xù)級配花崗巖碎石,S95礦粉、硅灰及F類Ⅱ級粉煤灰,外加劑用聚羧酸高效減水劑,經(jīng)檢測各原材料主要技術(shù)指標(biāo)均符合相應(yīng)規(guī)范要求。

1.2 試驗配合比

根據(jù)《水工混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》及不同強(qiáng)度等級要求合理設(shè)計試驗用配合比,控制拌合物坍落度處于160～220mm微調(diào)減水劑用量,如表1所示。

表1 試驗配合比

1.3 制作與養(yǎng)護(hù)

參照《水工混凝土試驗規(guī)程》中的操作流程將新拌混合物制成150mm×150mm×150mm的標(biāo)準(zhǔn)試件,入模成型后室內(nèi)靜置24h脫模,然后編號標(biāo)記并移入標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。為防止試驗過程中試件被挪用、損壞或丟失,應(yīng)保護(hù)好各組試件,試驗配制試件數(shù)量如表2。

表2 試件制作數(shù)量

1.4 試驗設(shè)備與方法

弧面對壓試件鉆制裝置和弧面對壓儀如圖1所示。首先,在專用固定裝置內(nèi)放置混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件,選擇鉆取面為澆筑面,保持澆筑方向與鉆取方向相垂直。試件穩(wěn)固后,啟動鉆機(jī)勻速鉆進(jìn)至鉆深達(dá)到58mm,然后取出芯樣標(biāo)注試件編號與澆筑方向,弧面對壓試件應(yīng)滿足長度≥58mm,直徑處于(38±0.4)mm、30mm長度內(nèi)最大偏差≤0.1mm且側(cè)面順直。

(a)鉆制裝置

實際使用時弧面對壓儀符合以下技術(shù)參數(shù)要求:①測試精度0.01kN,測量量程0.00～100.00kN;②壓力表具備維持峰值的功能,弧面施壓塊的開口尺寸為33.77mm,弧面高度、直徑和弧長依次為31.00mm、39.00和1/3圓周長;③形成不低于10mm,設(shè)置電震裝置,在試件間隙內(nèi)的金剛砂(細(xì)度80～120目)能夠在震動作用下飽滿、均勻地分布。主要操作流程如下:

步驟1:在弧面對壓儀試驗空間內(nèi)居中放置弧面對壓試件,保持弧面對壓試件側(cè)面與施壓塊內(nèi)部的間隙為2～3mm并用彈簧支架固定弧面對壓試件。

步驟2:將金剛砂灌入弧面對壓試件側(cè)面與施壓塊內(nèi)部間的空隙至溢出,啟動開關(guān)震動5s使金剛砂飽滿均勻。

步驟3:清零壓力表并設(shè)置成峰值狀態(tài),控制施力干加載速率0.6～0.9kN/s,順時針搖動加載至試件破壞。

步驟4:記錄試件的弧面對壓力值為試件破壞時的荷載值,精度為0.01kN。

1.5 數(shù)據(jù)計算

采用公式(1)將弧面對壓力值轉(zhuǎn)化成應(yīng)力值,具體如下:

fa,i=Fi/A

(1)

式中:fa,i、Fi、A為弧面對壓試件i的弧面對壓應(yīng)力,MPa、弧面對壓力值,kN及其面積,mm2,直徑為38.0mm時弧面對壓試件的受力面積取1020mm2。

參照《水工混凝土試驗規(guī)程》測定標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度,結(jié)合各組試件破壞時的荷載值計算出相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度值。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗數(shù)據(jù)

將同齡期同強(qiáng)度的6個試件分別用于弧面對壓強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度測試,每次測定3個試件取平均,并利用強(qiáng)度與破壞荷載轉(zhuǎn)換公式計算相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度,如表3、表4所示。

表3 弧面對壓強(qiáng)度值

表4 立方體抗壓強(qiáng)度值

2.2 數(shù)值回歸分析

每組弧面對壓強(qiáng)度值取該組3個立方體抗壓強(qiáng)度所對應(yīng)的平均值,并按照中值、最小值、最大值、中小值(最小值與中值的平均值)、大中值(最大值與中值的平均值)、大小值(最大值與最小值的平均值)、平均值(所有數(shù)據(jù)的算數(shù)平均值)的方式處理該組3個弧面對壓強(qiáng)度所有數(shù)據(jù)。以弧面對壓強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度為自變量、因變量,利用最小二乘法回歸擬合數(shù)據(jù),并通過對比各齡期弧面對壓強(qiáng)度和立方體抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù),建立多項式、指數(shù)、線性和冪函數(shù)模型[8-10],如表5所示。

表5 回歸分析

通過中值、最小值、最大值、平均值、中小值、大中值、大小值的數(shù)據(jù)處理方式和建立多項式、指數(shù)、線性和冪函數(shù)等數(shù)學(xué)模型擬,最終確定在多項式函數(shù)模型下立方體抗壓強(qiáng)度與弧面對壓強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)R最高達(dá)到0.9610,相對標(biāo)準(zhǔn)差18.2%,平均誤差9.5%,能夠達(dá)到精度要求[11-13]。最優(yōu)測強(qiáng)曲線為多項式函數(shù)形式如圖2所示,其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:

圖2 最優(yōu)測強(qiáng)曲線

fc,i=-0.0152fc,i2+2.1065fa,i-15.180

(2)

式中:fc,i、fa,i為立方體抗壓強(qiáng)度和弧面對壓強(qiáng)度,MPa。

3 結(jié) 論

采用弧面對壓強(qiáng)度試驗和立方體抗壓強(qiáng)度試驗測試不同強(qiáng)度等級及養(yǎng)護(hù)齡期下的水工混凝土抗壓強(qiáng)度,經(jīng)統(tǒng)計分析和數(shù)據(jù)計算,主要結(jié)論如下:

1)不同齡期及不同強(qiáng)度等級下水工混凝土的弧面對壓強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度之間存在較好相關(guān)性,多項式、指數(shù)、線性和冪函數(shù)形式的相關(guān)系數(shù)均超過了0.90,這表明弧面抗壓強(qiáng)度能夠準(zhǔn)確反映水工混凝土的抗壓強(qiáng)度。

2)經(jīng)對比分析,在多項式函數(shù)模型下立方體抗壓強(qiáng)度與弧面對壓強(qiáng)度的相關(guān)系數(shù)R最高為0.9610,最優(yōu)測強(qiáng)曲線為多項式函數(shù)形式的fc,i=-0.0152fc,i2+2.1065fa,i-15.180。