趙銀栓, 楊全兵, 張宗盛, 劉志娟, 趙成江

(1 甘肅新宇城市建設有限公司，蘭州 730030；2 甘肅省建筑科學研究院(集團)有限公司，蘭州 730070；3 中鐵西北科學研究院有限公司，蘭州 730030)

0 引言

目前國內混凝土多孔磚砌體結構建筑物隨著建筑使用年限的增長,以及使用過程中環(huán)境的變化,導致砌塊材料強度產生一定的劣化,尤其對于前期養(yǎng)護未達到齡期要求的砌塊,材料強度的減弱尤為明顯。利用回彈法檢測燒結磚的抗壓強度技術國內應用相對已成熟,而對于非燒結磚的回彈法檢測應用研究相對較少,湖南大學陳大川教授、羅虎等[1-6]在該領域進行了一定的研究,他們利用室內試驗和數理統(tǒng)計回歸分析的方法,建立了非燒結混凝土多孔磚(簡稱多孔磚)抗壓換算強度的計算公式,該公式已被引用到《非燒結磚砌體現場檢測技術規(guī)程》(JGJ/T 371—2016)(簡稱砌體檢測規(guī)程)中,并被廣泛應用到工程實踐中。

砌體檢測規(guī)程的計算公式明確僅適用于推定主規(guī)格為單排孔的普通小砌塊的抗壓強度。而在實際工程應用中發(fā)現,利用砌體檢測規(guī)程計算公式所得到的多孔磚抗壓強度明顯低于多孔磚的實際抗壓強度。究其主要原因是陳大川教授等[3]在進行混凝土空心砌塊抗壓強度計算公式的建立時,所采用的多孔磚為標準養(yǎng)護條件下單排孔小砌塊,其空心率為47%。而實際多孔磚受養(yǎng)護條件和空心率的影響,與其相比都具有一定的差別。因此,本文依托實際項目進行多孔磚的取樣,采用回彈法和室內單軸抗壓試驗檢測多孔磚的抗壓強度,并通過數理統(tǒng)計回歸分析進行數據擬合和相應的折減修正。

1 試驗情況

1.1 多孔磚取樣

現場檢測的承重墻均采用雙排孔的多孔磚,空心率約為30%。為使修正公式的計算結果更具有代表性,在所有檢測樓棟便于取樣的墻體進行隨機取樣,總計取多孔磚107塊,破損13塊,完整且可利用的取樣數量為94塊。多孔磚參照《承重混凝土多孔磚》(GB/T 25779—2010)中試驗方法進行處理及養(yǎng)護,參考混凝土空心砌塊的試驗標準[7-8]進行多孔磚的試驗檢測。

1.2 試驗設備

本次試驗回彈法采用HT-225K數顯式回彈儀,在進行試驗前將其在洛氏硬度HRC為60±2的鋼砧上進行率定。單軸抗壓強度的測定采用CXWES-600B型單軸數顯式壓力機。

1.3 數據的獲取

通過現場獲取多孔磚的回彈數據,目的是減少多孔磚在壓力機加壓時回彈對多孔磚的擾動。多孔磚的實際抗壓強度為單軸壓力機完全破壞時的極限荷載值,室內單軸抗壓試驗現場照片如圖1所示。

圖1 單軸抗壓試驗現場照片

2 換算強度的修正方法

2.1 數據處理

數理統(tǒng)計分析采用肖維勒準則和格拉布斯準則[9-10]進行組內數據的統(tǒng)計檢驗,對多孔磚異常數據進行剔除處理。將94塊多孔磚檢測數據導入Origin中,利用最小二乘法線性擬合工具計算得到,有7塊多孔磚數據相對誤差較大且離散度較高,判定為異常數據,因此,在數理統(tǒng)計分析時剔除此7塊數據,剩余87塊多孔磚數據見表1,異常數據剔除見圖2。

表1 多孔磚數據

圖2 剔除異常數據結果圖

2.2 公式的修正

2.2.1 公式換算強度的計算

根據砌體檢測規(guī)程計算混凝土多孔磚的回彈換算強度,即:

f1ij=5×10-3R2.1-0.9

式中:f1ij為回彈換算強度,其中i代表測區(qū),j代表測位;R為回彈平均值。

將表1回彈值代入砌體檢測規(guī)程公式中,計算結果見圖3。經過分析可知,利用砌體檢測規(guī)程計算所得抗壓強度普遍低于單軸實際抗壓強度,且差值較大,反映出砌體檢測規(guī)程公式計算結果與現場實際情況不相符的特征。

圖3 抗壓強度對比

因此,本文通過數據擬合回歸分析、標準值修正和有效面積折減三種方法對砌體檢測規(guī)程計算公式進行修正,進而將修正公式應用于實際項目檢測中。

2.2.2 數據擬合回歸分析

參照砌體檢測規(guī)程中規(guī)定的方法,對87塊磚樣數據按照回彈值從低到高的順序進行排序,分別對其進行等距分組,即以回彈值相近(回彈值極差不大于0.5)的1～7塊多孔磚為1組,共分為28組,見表2。分別計算各組多孔磚的平均回彈值和平均抗壓強度,作為各組多孔磚回彈值和抗壓強度的代表值。采用Origin軟件的內置函數對分組后平均回彈值和平均抗壓強度數據進行回歸分析,擬合函數曲線如圖4所示。

表2 多孔磚分組數據

圖4 擬合函數曲線示意圖

通過數據擬合分析,得到3個冪函數回歸方程式,并計算每個回歸方程的相關系數r、平均相對誤差δ和相對標準差er,回歸方程式和誤差計算如下:

y=0.006 5R2.130 26-1.2

(1)

y=0.007R2.120 83-1.6

(2)

y=0.007 5R2.112 4-2.0

(3)

三個擬合函數公式的相關系數r、平均相對誤差δ和相對標準差er見表3。

表3 擬合函數式分析數據

通過對比表3中數據可知,擬合函數式(1)的相關系數最高,且平均相對誤差和相對標準差較低,分別為20.9%和25.7%,因此選擇擬合函數式(1)為擬合計算公式,即y=0.006 5R2.130 26-1.2,簡化為:

y=0.006 5R2.13-1.2

2.2.3 標準值修正

將磚樣壓力試驗機檢測的抗壓強度與回彈法檢測強度進行標準值對比分析求得修正系數,即修正系數等于試驗機抗壓強度標準值除以砌體檢測規(guī)程公式計算強度標準值,具體數據見表4。標準值修正后和擬合公式計算結果對比,數據見表5和圖3。

表4 數據標準值修正系數

表5 標準值修正和擬合公式計算結果對比

通過表5和圖3可知,通過標準值修正和擬合公式計算的多孔磚抗壓強度結果統(tǒng)計,平均相對誤差和相對標準差基本相同,兩條曲線的變化趨勢也基本完全重合。

2.2.4 有效面積折減

由于現場實測多孔磚的空心率約為30%,而砌體檢測規(guī)程中單排孔小砌塊空心率約為47%。因此,亦可利用面積折減進行計算修正,即修正系數等于多孔磚實際承壓面積除以砌體檢測規(guī)程混凝土空心砌塊實際承壓面積,計算得到有效面積折算修正系數為1.32,即70%/53%=1.32。

2.3 修正系數的確定

本文對砌體檢測規(guī)程換算強度計算公式修正時,分別利用數據擬合回歸分析、標準值修正和有效面積折減三種方法。根據本文2.2節(jié)分析可知,利用數據擬合和標準值修正后,其計算結果相近,更加接近現場實際情況。數據擬合主要是基于數據統(tǒng)計分析計算得到的,其結果相較于其他方法更具有一定科學性。

綜上,對規(guī)程換算強度公式修正時,其修正系數在1.32～1.45之間。在綜合考慮項目特點及實際情況,確定砌體檢測規(guī)程換算強度計算公式的修正系數為1.35,即回彈法檢測多孔磚的換算強度計算公式為:

f1ij=1.35×(5×10-3R2.1-0.9)

3 結論

為解決通過砌體檢測規(guī)程中計算混凝土多孔磚強度與實際結果相差較大的問題,本文采取現場取樣的方法,利用數據擬合回歸分析、標準值修正、有效面積折減三種方法對規(guī)程公式進行修正,得出以下結論:

(1)在進行公式修正時,數據擬合與標準值修正的計算結果相近,驗證了標準值修正在實際工程應用中具有較高的實用性。有效面積折減相比數據擬合和標準值修正的結果相對偏于安全。

(2)通過三種方法得到砌體檢測規(guī)程計算公式的修正系數介于1.32～1.45之間,綜合考慮多孔磚的實際情況,確定修正系數為1.35,主要適用于空心率為30%的混凝土雙排多孔磚。

(3)利用三種方法對換算強度計算公式的修正過程中發(fā)現,標準值修正和有效面積折減兩種方法簡單,現場實際操作性更高,但對于標準值修正和有效面積折減還需進一步深入研究。