抗剪法檢測混凝土抗壓強度的研究*

朱敏濤 周 峰 李為杜 李玲玉

1. 上海建工材料工程有限公司 上海 200090；2. 上海同納建設工程質量檢測有限公司 上海 200331；3. 同濟大學 上海 200092

目前常用混凝土強度現場檢測方法主要有：非破損檢測和微破損檢測[1]。抗剪法不需對抗剪試件進行任何加工處理，可大大減少或避免測試誤差，使抗剪法測強技術具有相關性好、代表性強等突出特點[2]。

1 工作原理

根據文獻[3]描述，其工作原理為從結構實體或試塊上鉆取Φ44 mm×100（150） mm混凝土芯樣作為抗剪試件，采用抗剪壓模將試件剪斷，記錄抗剪力F，計算抗剪強度fki，抗剪強度fki=F/（2×抗剪面積）。代入已建立的抗剪強度與抗壓強度擬合曲線，計算換算強度。

2 試驗設計

2.1 試驗情況

根據上海地區混凝土常用的原材料、強度等級和成型工藝制作邊長150 mm的混凝土立方體試件。強度等級有：C15、C20、C30、C40、C50、C60、C70、C80、C90、C100，其中C15～C40試驗齡期有：7 d、14 d、28 d、60 d、90 d、180 d、360 d，C50～C100試驗齡期有：1 d、3 d、7 d、14 d、28 d、60 d、90 d、180 d、360 d。每種強度等級留置1 組試件進行標準養護，用于28 d抗壓強度試驗，其他試件均采用自然養護。每一強度等級試件一次成型完成。自然養護試件按品字形堆放在不直接受日曬雨淋地方。由于上海地區強度等級C70～C100的泵送混凝土很少用到，所以采用混凝土攪拌機自拌成型。

養護至試驗齡期后，分別取3 塊進行抗剪法試驗和抗壓強度試驗。抗剪法試驗采用課題組研制的錯開端剪型抗剪壓模，放置在壓力試驗機上、下壓板間進行抗剪試驗。

利用上海地區預拌混凝土常用材料：P·O42.5或P·Ⅱ52.5水泥、中砂（河沙）、5～25 mm碎石、根據不同強度等級的需要摻加外加劑、粉煤灰、礦渣微粉、硅粉等摻合料。

使用上海地區常用配合比進行試驗。在不同骨料和不同工藝影響因數試驗中，還使用到廢棄混凝土軋制的再生粗骨料部分替代碎石生產的C20和C30混凝土，使用機制砂替代部分砂生產的C20混凝土，強度等級為C40裝配整體式構件PC構件混凝土，強度等級為C55隧道管片混凝土，強度等級為C80的PHC管樁混凝土等。

2.2 試驗數據處理

對抗剪法試驗數據分析時，自變量全部按3 個值的平均數取值[4]。數據的剔除按大于2.0～2.5 倍相對均方差作為剔除粗差值邊界，即地區曲線要求均方差不超過17.0%，2 倍就是34.0%，數據中單個誤差超過34.0%視為粗差被剔除。選取相關系數最接近1.0的曲線形式作為地區測強曲線。

按上述原則對可疑數據剔除，采用線性函數、冪函數、多項式函數、指數函數進行擬合。擬合曲線和方程如圖1、圖2所示。圖1是采用齡期為1～360 d的全部數據進行擬合分析，圖2是采用齡期為1～28 d的所有短齡期數據進行擬合分析。

圖1 抗剪法360 d測強曲線

圖2 短齡期28 d抗剪法測強曲線

由圖1和圖2的函數曲線、方程式及R2可以看出，冪函數的R2最大，相關性最好。抗剪法結果如表1所示。

表1 抗剪法數據回歸分析結果

從表1分析結果看，利用360 d和28 d原位單剪法方程檢測混凝土的抗壓強度時相關系數分別0.970和0.968，混凝土的抗剪強度與抗壓強度具有良好的相關性，并且相對標準差和平均相對誤差均滿足地區曲線的要求，可用于混凝土抗壓強度試驗。

3 驗證試驗

驗證試驗采用試塊和實體構件2 種方法進行，計算利用擬合曲線換算后的抗壓強度值與試塊抗壓強度的相對誤差，再計算平均相對誤差。驗證試驗結果見表2所示。

利用360 d抗剪法冪函數擬合方程計算的平均相對誤差為11.2%，該值滿足地區曲線不高于14%的要求。

表2 360 d上海曲線驗證試驗數據分析結果

4 結語

利用抗剪法檢測混凝土抗壓強度360 d冪函數為y=5.8813x1.0308，相關系數r為0.970，相對標準差sr為14.5%，平均相對誤差er為11.6%。從統計分析的結果看，可滿足地區標定曲線的要求。

抗剪法基準曲線y=5.8813x1.0308用于測定上海地區C15～C100混凝土抗壓強度基本是可行的，基準曲線統計中還包含了隧道管片等預制構件混凝土和采用再生骨料或機制砂等骨料的混凝土樣本，從效果看，尚可將基準曲線應用到該類混凝土的強度檢測。

鑒于抗剪法簡便，經短齡期測強曲線擬合后，可提供7～14 d齡期的抗剪法混凝土測強，有望為預應力放張、大型構配件吊裝和搶修工程提供早期強度的技術服務。

抗剪法測混凝土抗壓強度具有操作方便、試驗精度高、采用擬合曲線直觀等優點。

由于影響因數試驗數量不多，以后進一步考慮各種影響因素的試驗研究。