钻芯法检测混凝土强度芯样尺寸效应的研究.pdf

2 0 1 4 年 第 3 期 (总 第 2 9 3 期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 4 ( T o t a 1 No 2 9 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 PRACTI CAL TE CHNOL oGY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 4 0 3 0 3 9 钻芯法检测混凝土强度芯样尺寸效应的研究 陈海彬 ，卢建勇 ，李凯 ( 河北联合大学 河北省地震工程研究中心，河北 唐山 0 6 3 0 0 9 ) 摘要 ： 针对 不同直径不同高径比芯样推定混凝土强度问题 ， 选取了本地区常用 的原材料 ， 制作 了 C 2 0 - C 5 5 八个强度等级 2 5 0 0 m mx 2 0 0 m mx l 6 5 01T U T I 的试件 ， 钻取直径为 5 0 、 7 0 、 1 0 0 1T ff n ， 得到了 1 3 6 8 个高径 比为 0 5 、 O 7 、 1 0 的芯样。 利用回归分析方 法 ， 得到了不同直径不同高径比芯样的回归方程 ， 给出了不同直径不同高径 比芯样的折算系数 ， 同时， 运用方差分析方法， 得到了 直径 、 高径 比对芯样尺寸效应的影响程度 ， 为小芯样测强在本地区的推广奠定了基础。 关键词： 钻芯法 ；尺寸效应 ；芯样抗压强度 ；小直径芯样 ；折算系数 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 7 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 1 4 1 0 3 R e s e a r c h on s i z e e ffe c t o f c o r e s a m p l e s f o r t e s t i n g c o n c r e t e s t r e n g t h wi t h d r i l l e d c o r e m e t h o d CHEN Ha i b i n， LUJ i a n yo n g， M Ka i ( E a r t h q u a k eE n g i n e e r i n gR e s e a r c hCe n t e r o f He b e i P r o v i n c e ， He b e i Un i t e dUn i v e r s i t y， Ta n g s h a n0 6 3 0 0 9 ， Ch i n a ) Ab s t r a ct ： Ac c o r d i n g t o d i ff e r e n t d i a me t e r s a n d h e i g h t d i a me t e r r a t i o s c o r e s a mp l e s p r e d i c t i n g c o n c r e t e s t r e n g t h， u s i n g t h e t y p i c a l r a w ma t e r i a l s o f l o c a l a r e a t h e s i mp l e s o f C 2 0 - C 5 5 o f e i ght 2 5 0 0 mmx 2 0 0 m mx l 6 5 0 mm s am p l e s ar e m a d e T h e v a l u e s o f 1 3 6 8 c o r e s am p l e s c o mp r e s s i v e s t r e n g t h a r e o b t a i n e d ， w h i c h are th e s am p l e s o f 5 0 ， 7 0 ， 1 0 0 n n n d i am e t e r a n d 0 5 ， 0 7 ， 1 0 h e i ght d i am e t e r r a t i o s U s i n g the r e g r e s s i o n a n a l y s i s t o o b t mn c o r e s am p l e s o f d i ff e r e n t d i a me t e r s a n d h e i ght d i am e t e r r a t i o r e g r e s s i o n e q u a t i o n， a n d g i v e s c o r r e c t i o n c o e ffi- c i e n t s me a n whi l e， t hr o u g h va r i a nc e a na l y s i s me t ho d， the i n flue n c e d e gre e o f d i a me t e r an d he i g h t d i am e t e r r a t i o are g i v e nThi s s t u d y l a i d a f o un d a t i o n f o r s ma l l c o r e s a mp l e s me a s u r e d i n t he r e g i o n t o a p p l y K e y w o r d s ： d r i l l e d c o r e me t h o d ； s i z e e ff e c t ； s t r e n g t h o f c o r e s p e c i me n； s ma l l c o r e s a mp l e ； c o r r e c t i o n c o e ffi c i e n t 0 引 言 目前 ， 检验混凝土强度和处理工程事故 的主要方法为 钻芯法 ， 此方法直 观 ， 容易被人接受 ， 并且钻取 的芯样还可 以观察混凝土的内部缺陷 ， 因此 ， 钻芯法被广泛应用 于工程 中混凝土强度 的检测中。 混凝土芯样标准尺寸为 1 0 0 I l l n x 1 0 0 ra i n ， 但是随着高层及超 高层 的不断涌现 ， 以及高强 昆 凝 土的广泛应用 ， 使得钻取标准芯样越来越 困难 ， 而且大 芯样削减 了构件 的有效面积 ， 破坏了结构的受力钢筋 ， 从而 给整个建筑 留下安全隐患。 为此 ， 有必要对芯样的尺寸效应 进行深入的研究 ， 目前 国内外研究主要集中在不 同直径芯 样之 间的换算关 系 ， 芯样直径主要有 7 5 、 7 0 、 5 0 、 4 5 、 3 0 mm 等 ， 表 1 所示 国内外部分研究机构得到 的结果 。 表中可 以看 出得到的结果并不统一 ， 一方面与芯样 强度 的分散性 有关 ， 另一方面与所采用的原材料也有关系。 本研究选用本 地区有代表性的原材料， 采用最佳配合比， 制作了八个不 同强度等级 2 5 0 0 m mx 2 0 0 mmx 1 6 5 0 1 1 1 1 1 1 的混凝土试件 ， 进行了不同直径 、 不同高径比的混凝土芯样试验 ， 得出了 本地区不同直径、 不同高径比芯样的折算系数以及经验公 式 ， 为小芯样在本地区推广使用奠定基础 ， 同时完善和 补充 C E C S 0 3 ： 2 0 0 7 ( 钻芯法检i 贝 0 混凝土强度技术规程 。 1 试 验 概 况 1 1 试验原材料及设备 采用本地区有代表I 生 的原材料： 水泥为盾石 P O 4 2 5 级 水泥 ； 细骨料为迁西河砂 ， 掺人一定 比例 的尾矿砂 ， 细度模 数 为 2 5 ； 粗 骨料为丰润碎石 ， 5 2 0 m i r l 连续级配 ； 掺入一 定量的粉煤灰和外加剂。 试验主要设备 ： 钻芯机 、 锯切机 、 磨平机以及压力机等。 1 2 试件制作 试件尺寸为 2 5 0 0 m inx 1 6 5 0 mm x 2 0 0 mm； 混凝土强度 等级为 C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 3 5 、 C 4 0 、 C 4 5 、 C 5 0 、 C 5 5 八个等级 ； 振捣方式采用机械振捣 ； 坍落度大于 2 2 0 mm； 养护条件采 用 自 然养护。 1 3芯样钻取 测区布置： 每个试件均匀布置 1 8 个 2 5 0 m mx 2 5 0 m m测 收稿 日期 ：2 0 1 3 - 0 9 2 8 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 5 1 0 7 8 1 2 4 ， 5 1 2 7 8 1 6 4 ， 5 1 3 7 8 1 7 0 ) ； 国家科技支撑项 目( 2 0 1 3 B A J 1 0 B 0 9 2 ， 2 0 1 3 B A K 0 1 B 0 3 ) ； 河北省 自然基 金项 目( E 2 0 1 2 4 0 1 0 5 2 ， E 2 0 1 2 4 0 1 0 4 4 ) ； 唐 山市科技局项 目( 1 2 1 3 0 2 0 2 b ) ； 3 V 连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室基金项 目( L P 1 2 0 9 ) 1 41 表 1 不同单位小芯样研究结果 区， 每个测区钻取直径 1 0 0 m m芯样 2 个 ， 直径 7 0 mm芯样 1 个 ， 直径 5 0 1T i m芯样 1 个 ， 将芯样按照统一编号进行标记。 芯样钻取要求 ： 首先 ， 将钻机用膨胀螺栓 固定在选定 位置处， 调整钻芯机主轴的旋转轴线与被钻取芯样混凝土 表面垂 直 ， 然后 钻芯机 接通水 源及 电源钻取 芯样 ， 控制冷 却水流量在 3 5 L m i n ， 钻取的芯样沿芯样高度任一直径与 平均直径相差不大于 2 m m， 芯样端 面与轴线的不垂直度不 超过 2 。 。 1 4 芯样加工及技 术要 求 芯样 的切 割 ： 采用锯切机对 芯样试件进行加工 ， 高径 比见表 2 所示。 加工时， 应将芯样 固定并使锯切平面垂直于 芯样轴线 。 表 2 不 同强度、 不同高径比芯样数量 芯样 的补平 ： 锯切后 的芯样 ， 当不能满足平整度及 垂 直度要求时 ， 端面在磨平机上磨平 ， 如果还不能够满足要 求 ， 用硫磺在专用补平装置补平 ， 补平厚不大于 1 5 mm。 加工后芯样技术要求 ： 芯样端面的不平整度在 1 0 0 r n l T l 长度 内不 超过 0 1 mm， 沿芯样高度任一直径 与平均直径 相差不超过 2 m m， 芯样端面与轴线的不垂直度不超过 1 。 。 1 5 芯样抗压 强度试验 芯样试件在受压前应在室内 自 然干燥 3 d ， 然后进行抗 压试验 ， 试验时采用几何对 中， 按照现行国家标准 普通混 凝 土力学性能试验方法 进行抗压强度试验闻 。 按照式( 1 ) 计算芯样抗压强度值 。 ， ( 1 ) 1 42 式中 芯样试件的混凝土抗压强度值， MP a ； 芯样试件的抗压试验测得的最大压力 ， N； D芯样的直径 ， n l l n 。 2 试验 结果及分析 试验得 到直径 为 1 0 0 、 7 0 、 5 0 mlT l 高径 比分别 为 0 5 、 0 7 、 1 0 的混凝土芯样 1 3 6 8 个 ， 按照直径相同高径 比不同 、 高径 比相 同直径不 同和高径 比直径均不 同三种情况对采 集的数据进行分析。 2 1 直径相同、 不同高径比的数据分析 通过得到的试验数据 ， 利用最, b Z - 乘法分别得到直径 1 0 0 i l n l ， 高度为 7 0 、 5 0 mm的回归方程o 3 ： 7 0mm 回归方程 ： o o = 0 4 4 9 4 f ,0 0 ，7 o + 1 5 0 0 5 ( 2 ) 5 0 m m 回归方程 ： o o = 0 3 9 8 0 0 ， 1 0 8 9 3 ( 3 ) 式中 。 。 直径 1 0 0 mm、 高度 1 0 0 mm的混凝土芯样 的抗压强度值 ； 0 0， 5 0 直径 1 0 0 mm、高度分别为 7 0 、 5 0 m m 的混凝土芯样 的抗压强度值。 利用同样的方法可以得到直径 7 0 、 5 0 m m的不同高径 比数据分析结果见表 3 所示 。 表 3 直径相同离径 比不同芯样回归方程 直径相同高径比越小回归方程的相关系数越小， 高径 比越小数据的分散性较大， 线性相关性较差 ； 直径越小， 高 径比对其强度影 响越大， 数据的分散性越大。 直径 1 0 0 ml 1 ， 高度 7 0 、 5 0 m m的折算系数为 0 7 6 、 0 5 7 ； 直径 7 0 m m， 高 度 4 9 、 3 5 m m 的折算 系数 为 0 7 0 、 0 5 3 ； 直 径 5 0 r n l i 1 ， 高 度 3 5 、 2 5 m m 的折算系数为 0 7 2 、 0 5 3 。 2 2 不 同直径 、 高径 比相 同的数据分析 由试验数据分析得到不 同直径 、 高径 比相同的结果见 表 4所示 。 表 4高径比相同直径不同芯样回归方程 高径比相 同直径越小回归方程的相关 系数越小 ， 说 明 直径 越小数据的分散性较大 ， 线性相关性较差 ； 高径 比越 小 ， 直径对其强度影响越大 ， 数据的分散性越大。 高径比 1 ： 1 直径 7 0 、 5 0 mm与直径 1 0 0 m m高度 1 0 0 mm芯样的折算系 数为 0 8 4 、 0 8 3 ； 高径比 0 7 ： 1 直径 7 0 、 5 0 mm与直径 1 0 0 m m 高度 1 0 0 m m芯样的折算系数为0 5 9 、 0 6 0 ； 高径比0 5 ： 1 直 径 7 0 、 5 0 m m 与直径 1 0 0 mm高度 1 0 0 mm芯样 的折算 系 数为 0 4 4 、 0 4 4 。 2 3 不 同直径、 不同高径 比的数据 分析 由二元 回归分析得到不同直径 、 不同高径 比的回归方 程为【2 6 1 ： o o ：( o 8 1 2 4 9 3 2 4 4 9 - o - 8 3 。 复相关系数 为 0 8 6 ， 说 明自变量 与因变量线性相关 性 较高。 3 影响 因素分析 设影响混凝土芯样抗压强度值 的因素 A为混凝 土芯 样高径 比， 水平分为 0 5 、 0 7 、 1 0 ； 因素 B为混凝 土芯样 的 直径 ， 水平分为直径 1 0 0 、 7 0 、 5 0 mm 6 。 表 5 因素水平表 显著性分析 ： 因素 A： 由于 5 2 9 5 2 F o 。 ( 2 ， 4 ) = 1 8 0 0 ， 所 以因素 A 影响高度显著 ； 因素 B： 由于 1 8 O 0 = F o 0 1 ( 2 ， 4 ) 1 0 5 7 F o 晒 ( 2 ， 4 ) = 6 9 4 ， 所 以因素 B影 响显著。 上接第 1 2 6页 2 2 杨秀艳E P S薄抹灰外墙外保温系统的开裂成因与对策研究 D 】 青岛： 山东建筑大学， 2 0 1 1 【 3 】 张银祥 外保温系 统耐候性 试验方法的探油c 】 0 1 0 第四届( 中国) 国际建筑干混砂浆生产应用技术研讨会论文集， 2 0 1 0 ： 2 0 4 2 0 7 4 】郭佩玲， 赵海南， 黄华外墙外保温节能墙体砂浆的研究与应用们 低温建筑技术 ， 2 0 0 3 ( 3 ) ： 4 8 4 9 【 5 】李梦怡 聚合物改性水泥砂浆研究【 D 】 西安： 长安大学， 2 0 1 1 表 6 双因素方差分析表 4结 论 ( 1 ) 对 C2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C3 5 、 C 4 0 、 C 4 5 、 C5 0和 C5 5八个 强度等级钢筋混凝土墙体钻取芯样 ， 得到 1 3 6 8 组芯样抗压 强度值 ， 通过对试验数据的分析， 得到相同直径而高径比 不同的唐山地 区泵送混凝土芯样的 回归方程 ， 同时 ， 给 出 不 同高径 比的折算系数 ， 根据工程的具体情况 ， 选择不 同 的方法来推定? 昆 凝土的强度。 ( 2 ) 通过对试验数据 的分析 ， 得 到相 同高径 比而直径 不同的唐 山地区泵送混凝土芯样 的回归方程 ， 给 出了高径 比相同芯样与标准芯样抗压强度 的折算系数 ， 为不同高径 比的芯样推定强度提供依据。 ( 3 ) 利用 回归分析方法得到不 同直径 、 不 同高径 比的 唐山地 区泵送混凝土芯样强度 的回归方程 ： I 玎 n 【0 8 12 4 9 D + 0 3 2 4 4 9 嵩 7 8 l00 ( 5 ) 为本地区混凝土芯样的尺寸效应提供经验公式。 ( 4 ) 采用方差分析方法得到了混凝土芯样抗压强度 的尺 寸效应主要影响因素为芯样的高径比， 其次为芯样的直径。 参考文献： 【 1 】 刘梦溪， 周国庆 ， 刘辉 ， 等 6 7 5 m m混凝土芯样抗压强度应用性 研究 J 1 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 1 1 2 1 1 5 【 2 刘红义， 张劲泉， 程寿山， 等 混凝土芯样抗压强度尺寸效应的 研究 混凝土 ， 2 o 1 2 ( 2 ) ： 3 6 3 8 3 】 刘辉小直径混凝土芯样抗压强度应用性研究田 工程质量， 2 0 1 1 ( 1 O ) ： 2 2 2 5 4 14 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 E 京： 中国 计划出版社， 2 0 0 7 5 】 G B f I 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 ， 普通混凝土力学性能试验方法标准f s J 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 3 6 于汉学 概 率论与数理统计教 程 M - E 京 ： 兵器工业 出版 社 ， 】 9 9 6 21 2 2 3 6 作者简介： 陈海彬( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 博士， 副教授， 硕士生导师， 研究 方向 ： 混凝土无损检测及可靠性研究。 联 系地址 ： 河北省唐山市新华西道 4 6 号 河北理工大学建筑工 程学院( 0 6 3 0 0 9 ) 联系电话 ： 1 8 6 3 3 3 7 5 8 5 6 6 李建权 ， 许红升 ， 谢红波 ， 等 硅灰改性水泥 石灰砂浆微观结构 的研究 J 1 硅酸盐通报 ， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 6 6 7 0 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 苏志杰( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 在读硕士。 北京市朝阳区平乐园 1 0 0号 北京工业大学建筑工程 学院( 1 0 0 1 2 4 ) 1 8 81 0 3 72 2 8 7 1 4 3