抗剪法檢測預拌混凝土抗壓強度試驗研究

王大勇，張作棟，王亮，肖瀟

（廊坊市陽光建設工程質量檢測有限公司，河北 廊坊 065000）

抗剪法檢測預拌混凝土抗壓強度試驗研究

王大勇，張作棟，王亮，肖瀟

（廊坊市陽光建設工程質量檢測有限公司，河北 廊坊 065000）

本文研究通過圓柱體小芯樣剪切試驗以及相應齡期的混凝土立方體試件力學性能試驗，分別獲得了小芯樣抗剪強度和立方體試件抗壓強度。試驗結果表明：小芯樣抗剪強度與混凝土立方體試件抗壓強度存在顯著的相關性；試驗所建立的抗剪法測強曲線具有足夠的檢測精度，能夠應用于預拌混凝土抗壓強度的現場實體結構檢測。研究結果可供工程質量檢測與控制參考。

混凝土；小芯樣；剪切強度；抗壓強度；測強曲線；剪壓比

0 引言

混凝土強度的現場檢測技術分為間接檢測技術與直接檢測技術兩種。其中間接檢測技術包括回彈法、超聲回彈綜合法等無損檢測方法，該類方法有許多優點，但也存在著一定的局限性，如測試參數（回彈值、超聲聲速值等）受混凝土配合比、原材料組成等因素影響而導致檢測精度低的情況；在混凝土中鉆取芯樣的直接檢測技術具有直觀、可靠、精度高的優點，但試驗周期長、檢測費用高，同時對結構構件存在一定的損傷，影響結構安全。

抗剪法檢測混凝土抗壓強度技術是一種新型測強技術，儀器設備投資少、檢測精度高，適宜現場結構混凝土抗壓強度的檢測，尤其是摻加礦物摻合料的預拌混凝土。本研究采用本地區常用原材料配制試驗用混凝土，按標準方法成型標準立方體試件建立抗剪法檢測預拌混凝土抗壓強度曲線，并與各地抗剪法測強曲線進行比較，最后對以小芯樣表征的抗剪強度與其相應立方體試件抗壓強度之比的混凝土剪壓比隨齡期的變化進行分析。研究結果可供工程質量檢測與控制參考。

1 試驗原理與設計

1.1 試驗原理抗剪法是從混凝土結構實體上鉆取直徑×長度＝44mm×100(150)mm 的小芯樣作為抗剪試件，采用抗剪儀將試件剪斷，試驗原理如圖 1 所示[1]。由得到的抗剪力 F 計算抗剪強度 fv，將得到的抗剪強度作為自變量，相應的混凝土標準立方體試件抗壓強度作為因變量采用最小二乘法進行回歸擬合，建立預拌混凝土測強曲線，并按照有關規定借以推定結構混凝土抗壓強度的一種檢測技術。

圖 1 抗剪法試驗原理圖

1.2 試驗設計

1.2.1 原材料及混凝土配合比

試驗采用本地區常用原材料：42.5 級普通硅酸鹽水泥，S95 級礦粉，Ⅱ級粉煤灰，細骨料為涿州中砂，粗骨料為5～25mm 粒徑碎石，減水劑為萘系高效泵送防凍減水劑，拌合用水為當地自來水?；炷僚浜媳仍O計采用粉煤灰超量取代水泥、礦粉等量取代部分水泥，并加入適量萘系高效泵送減水劑的方式配制 C20、C40、C60 三個混凝土強度等級。

1.2.2 試驗用標準立方體試塊

委托生產質量穩定的某大型商品混凝土公司提供試驗混凝土并按標準工藝制作 150mm×150mm×150mm 標準立方體試件，每強度等級各制作 12 組同條件試件與標準養護 28d 試件 1 組?；炷翝仓尚秃蟀船F行 GB50204—2011《混凝土結構工程施工質量驗收規范》養護 14d，后移至室外陰涼處品字型碼放，自然養護，裸置備用。各強度等級混凝土標準養護28d 立方體試件抗壓強度均合格。

1.2.3 測試方法

在 5d、14d、28d、56d、90d、120d、180d 測試齡期時,從每個強度等級試件中隨機抽取 3 塊，在每個試件的混凝土澆筑側面用內徑為 44mm 鉆頭的鉆芯機鉆取小直徑芯樣作為抗剪試件。待小芯樣晾干后測量其實際直徑并記錄。把抗剪試件放入抗剪儀并置于壓力機上，待對中后加載至試件破壞并記錄壓力機所顯示的抗剪力值，見圖 2；同時從各強度等級試件中隨機抽取 1 組（3 塊）立方體試件進行混凝土力學性能試驗。

圖 2 小芯樣抗剪試驗

1.2.4 試驗用儀器設備

試驗用定型抗剪儀、壓力機、鉆芯機等，所有儀器設備均檢定有效。

2 試驗結果及分析

2.1 剪切破壞形態

從抗剪試件的破壞結果和形態看，可分為兩種形式：一種是抗剪試件斷為三段，大多發生在低齡期低強度的小芯樣抗剪試件；另一種是斷為兩段，基本發生在中高強度等級，并且隨齡期的增加，該現象也越明顯。破壞機理分析表明：低強混凝土的變形協調能力強，兩個抗剪面基本能協調同步，故此表現為雙剪斷裂；高強度混凝土彈性模量大、脆性大，其變形協調能力差，容易形成不完全雙剪狀態，表現為數據離散性大，破壞結果大多為芯樣抗剪試件斷為兩段。

2.2 試驗參數取值規則

2.2.1 抗剪試件強度代表值 fv,i的取值

據抗剪試件的抗剪力 Fi.j與其相應直徑均值計算得到抗剪強度 fv,i,j（式 1），取每組 3 個抗剪試件強度的均值作為抗剪強度代表值 fv,i,。

2.2.2 標準立方體試件混凝土抗壓強度的取值

標準立方體試件混凝土抗壓強度的取值按 GB50107—2010《混凝土強度檢驗評定標準》的規則來確定該組標準立方體試件混凝土抗壓強度代表值。

2.3 抗剪法測強曲線

2.3.1 抗剪法測強曲線建模

把得到的試驗數據進行預處理后，選取線性函數，對數函數、二次多項式函數、冪函數、指數函數等五種函數形式，采用最小二乘法對齡期 5～28d、28～180d 以及 5～180d試驗數據分別進行回歸擬合，得到的抗剪法測強曲線見表 1、2、3。不同函數形式的回歸模型計算得到的平均相對誤差б及相對標準差 εr如表 1～3 所示。

表 1 齡期 5～28d 早齡期抗剪法測強曲線及其統計指標

表 2 齡期 28～180d 抗剪法測強曲線及其統計指標

表 3 齡期 5～180d 抗剪法測強曲線及其統計指標

由表 1～3 可知，（1）所擬合不同函數形式的測強曲線相關系數均較高；（2）早齡期抗剪法測強曲線除截距為零的線性函數與對數函數外、齡期 28～180d 抗剪法測強曲線除截距為零的線性函數與對數函數外，其他測強曲線均滿足專用測強曲線要求；齡期 5～180d 抗剪法測強曲線除對數函數和指數函數外，其他測強曲線均滿足專用測強曲線要求。

2.3.2 抗剪法測強曲線選擇

由表 1～3 可知：（1）二次多項式函數與冪函數測強曲線的相關系數、平均相對誤差及相對標準差指標為最佳，本文優選物理意義明確的冪函數曲線作為抗剪法測強曲線。（2）回歸的三個齡期范圍的抗剪法冪函數測強曲線誤差統計指標相差不大，故本文所得到的抗剪法專用測強曲線為：fc

cu,i= 4.3814fv,i1.1900

(2)

上式相關系數為 0.91，平均相對誤差為 ±9.8%，相對標準差 11.7%。式中 fccu,i為第 i 個結構或構件混凝土抗壓強度推定值，結果精確至 0.1MPa；fv,i為第 i 個結構或構件所取 3個直徑 44mm 芯樣抗剪試件強度的算術平均值，結果精確至0.01MPa。

2.3.3 抗剪法測強曲線效果檢驗

以抗剪法測強曲線（式 2）檢測預拌混凝土結構實體混凝土強度推定值與立方體試件抗壓強度的比較見圖 3。在圖3中，抗剪法測強曲線換算強度的散點基本均勻分布在 y=x 線兩側。

2.4 與其他地區抗剪法測強曲線的比較

由于直徑 44mm 小芯樣抗剪強度與混凝土立方體抗壓強度的相關性極高，各地對其進行了深入的研究，建立了各自的抗剪法測強曲線[3,4]，式 3、4 依次為蘭州地區測強曲線與廣西地區測強曲線?，F結合試驗數據，對其進行比較分析（見圖 4）。

由圖 4 可知：（1）由 3 條測強曲線所計算的混凝土抗壓強度均表現出隨小芯樣抗剪強度的增加而增長的現象。（2）在抗剪強度小于 5.6MPa 時，相同抗剪強度所對應的混凝土抗壓強度推定值按廣西曲線、本文曲線、蘭州曲線順序依次增大；在抗剪強度不小于 5.6MPa 時，相同抗剪強度所對應的混凝土抗壓強度推定值按蘭州曲線、本文曲線、廣西曲線順序依次增大。這表明抗剪法測強曲線試驗用混凝土存在地方性的特點，實際應用中宜建立地區測強曲線以提高檢測精度。

2.5 混凝土剪壓比隨齡期的變化

圖 5 為依據試驗數據計算得到的剪壓比隨齡期的變化。

由圖 5 可知，28d 前剪壓比均值為 0.179，標準差為0.026，變異系數為 0.146；28d 后剪壓比均值為 0.156，標準差為 0.017，變異系數為 0.109，究其原因為 28d 前混凝土抗壓強度增長緩慢，以小芯樣表征的混凝土剪切強度相對增長較快；28d 后，混凝土抗壓強度增長相對其抗剪強度增長略快的緣故?？傊?，剪壓比隨齡期在較小范圍內波動，齡期對剪壓比影響不大。

2.6 需要進一步研究的工作

本次試驗僅對粗骨料為 5～25mm 粒徑的碎石預拌混凝土進行了研究，后續試驗將對混凝土種類（如鋼纖維混凝土、再生混凝土等）進行驗證與修正，對混凝土粗集料種類、粒徑以及抗剪用小芯樣含水率對抗剪法測強曲線的影響程度做進一步的研究。

3 結論

（1）利用試驗數據擬合得到的抗剪法專用測強曲線具有足夠的精度，適合于預拌混凝土抗壓強度的結構實體檢測，可供工程結構混凝土強度檢測鑒定參考。

（2）抗剪法測強曲線可不必分段擬合，誤差指標比較結果表明，本文抗剪法測強曲線亦適用于早齡期混凝土抗壓強度的檢測。由于各地混凝土原材料、配合比等的差異，宜建立各自的專用測強曲線以提高檢測精度。

（3）由于抗剪法檢測混凝土抗壓強度技術是在結構混凝土中鉆取小芯樣抗剪試件后直接進行抗剪試驗，工效較鉆芯法明顯提高；此外該方法亦適用于鋼筋配置密集的結構構件，故抗剪法檢測混凝土強度技術推廣應用前景廣闊。

[1] 邱平，朱躍武．抗剪法檢測混凝土抗壓強度技術[J]. 施工技術，2012(24): 99-101．

[2] 杜雷，張波，周茗如，等．抗剪法及原位單剪法推定混凝土抗壓強度的試驗研究[J]．工程質量，2013(08): 14-17．

[3] 李杰成．抗剪法檢測混凝土抗壓強度技術[C]．第十一屆全國建設工程無損檢測技術學術會議論文集[A]，2013,8: 315-323．

［通訊地址］河北省廊坊市富康道 113 號 廊坊市陽光建設工程質量檢測有限公司（065000）

The study of the shear-resistance method to detect compressive strength of ready-mixed concrete

Wang Dayong, Zhang Zuodong, Wang Liang, Xiao xiao ( Langfang YangGuang Construction Engineering Quality Supervision CO., Ltd., Langfang 065000, Hebei,China)

This test based on the shear experiment of small diameter cylinder cores and the mechanical properties experiment of cube specimens, the small core shear strength and cube specimens compression strength was obtained. The test results showed that the small core shear strength and cube specimens compression strength were significant correlation , using the shear-resistance method to assess the compressive strength of concrete is higher accuracy. At the same time, the shear-resistance method strength curve is established, and it can be applied to the compressive strength of the entity structure which pumped with premixed concrete. The results of the study can be the reference for the engineering quality detection and control.

concrete; small diameter core; shear strength ;compression strength; strength curve; shear compression ratio

王大勇（1974—），男，高級工程師，從事工程質量檢測鑒定與研究工作，全國建設工程無損檢測技術學術委員會委員。