淺析鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的尺寸效應(yīng)

(華北理工大學(xué) 河北 唐山 063210)

一、引言

隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，高層及超高層的普及，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所用的鋼筋直徑越來越粗，其間距也越來越密。再加之高強(qiáng)混凝土的運(yùn)用，在采用鉆芯法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)，要鉆取標(biāo)準(zhǔn)直徑為100mm混凝土芯樣的難度也逐漸加大。不僅如此，采用大芯樣還減小了構(gòu)件的有效面積，結(jié)構(gòu)的受力鋼筋可能也隨之受到破壞。尤其是，對(duì)重要結(jié)構(gòu)的核心部位(如薄壁柱、梁柱節(jié)點(diǎn))鉆芯取樣時(shí)存在一定風(fēng)險(xiǎn)。所以，有必要對(duì)小直徑芯樣代替標(biāo)準(zhǔn)直徑芯樣(直徑=100mm)進(jìn)行深入研究。

二、文獻(xiàn)綜述

目前，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)中小直徑芯樣在鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度中的應(yīng)用進(jìn)行了較多的研究，取得了許多的研究成果：

序號(hào)研究者/時(shí)間主要結(jié)論1黃陶[1],2004混凝土強(qiáng)度在40-55MPa時(shí),直徑73mm,高度70mm或直徑70mm、高度100mm的混凝土芯樣強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)芯樣強(qiáng)度很接近:f73,100:f100,100=0.9,f73,70:f100,100=1.03。2Omer Arioz[2],2007高徑比相同時(shí),隨著芯樣直徑的減小,芯樣強(qiáng)度逐漸增大;這種效應(yīng)在l/d=2時(shí)比l/d=1時(shí)更明顯并隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高而減弱。3劉夢(mèng)溪[3],2012直徑相同時(shí),隨著高徑比的增大,換算系數(shù)逐漸增大,即隨著高徑比的增大,芯樣強(qiáng)度逐漸減小。4李翀[4],2013泵送混凝土50mm芯樣的抗壓強(qiáng)度平均值與標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)得的抗壓強(qiáng)度平均值為1.01;噴射混凝土50mm芯樣的抗壓強(qiáng)度平均值與標(biāo)準(zhǔn)試件測(cè)得的抗壓強(qiáng)度平均值為0.9。5劉紅義[5],2013在直徑為100mm、67mm、49mm、32mm情況下,當(dāng)高徑比小于等于1時(shí),隨著直徑的減小,芯樣強(qiáng)度逐漸增大;當(dāng)高徑比為1.5和1.2時(shí),隨著直徑的減小,芯樣強(qiáng)度先增大后減小。6Reddy&Wanjari[6],2018直徑一定,高徑比降低,芯樣抗壓強(qiáng)度提高。芯樣抗壓強(qiáng)度隨直徑增加而增大,然而抗壓強(qiáng)度變化不明顯。

三、試驗(yàn)研究[7-9]

(一)試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)選用本地具有代表性的原材料。水泥：“冀東牌”32.5R普通硅酸鹽水泥和42.5R普通硅酸鹽水泥；減水劑：聚羧酸減水劑，減水率為30%；砂子：遷安縣的天然河砂，細(xì)度模數(shù)為2.6；碎石：遷安生產(chǎn)的天然碎石，粒徑5-20mm。

(二)芯樣制取

澆筑八個(gè)混凝土等級(jí)：C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55，尺寸為2500mm×1650mm×200mm的試件，采用振搗棒振搗；自然養(yǎng)護(hù);坍落度大于220mm。

芯樣鉆取位置：每個(gè)試件均勻布置18個(gè)250mm×250mm測(cè)區(qū),每個(gè)測(cè)區(qū)分別鉆取直徑100mm芯樣2個(gè),直徑70mm芯樣1個(gè),直徑50mm芯樣1個(gè)，將所有鉆取的芯樣統(tǒng)一編號(hào)。

(三)芯樣加工[10]

注意控制鋸切割速度，在磨平機(jī)上磨平端面，可用聚合物水泥砂漿、環(huán)氧膠泥、水泥凈漿或水泥砂漿補(bǔ)平端面，也可采用硫磺膠泥補(bǔ)平。最終抗壓試驗(yàn)的芯樣試件尺寸應(yīng)符合如下規(guī)定：a.沿芯樣試件高度的任一直徑與平均直徑相差不得大于2mm；b.抗壓芯樣試件端面的不平整度在100mm長(zhǎng)度內(nèi)不得大于0.1mm；c.芯樣試件端面與軸線的不垂直度不得大于1°；d.芯樣不得有裂縫或有其他較大陷。

四、試驗(yàn)結(jié)果及分析

本實(shí)驗(yàn)制作了較多的芯樣試件，采用格拉布斯檢驗(yàn)法[11]對(duì)可疑數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除。制作了直徑為100mm、70mm、50mm不同直徑芯樣抗壓強(qiáng)度值折線圖。

圖1 直徑100mm芯樣抗壓強(qiáng)度值

圖2 直徑70mm芯樣抗壓強(qiáng)度值

圖3 直徑50mm芯樣抗壓強(qiáng)度值

根據(jù)折線圖，直徑100mm、70mm、50mm在高徑比為1:1時(shí)，芯樣抗壓強(qiáng)度值離散性最小；直徑50mm、高25mm的小芯樣抗壓強(qiáng)度值離散性較大。當(dāng)芯樣直徑一定時(shí)，隨著高徑比的減小，芯樣強(qiáng)度逐漸增大；在直徑100mm、50mm時(shí)，隨著高徑比的減小，芯樣強(qiáng)度值離散性有逐漸增大的趨勢(shì)，表現(xiàn)為不穩(wěn)定。

五、結(jié)論

(1)綜合多方面的研究分析，一般當(dāng)芯樣直徑一定時(shí)，隨著高徑比的減小，芯樣強(qiáng)度逐漸增大；一些情況下的非標(biāo)準(zhǔn)芯樣較標(biāo)準(zhǔn)芯樣離散性大，表現(xiàn)不穩(wěn)定。

(2)不同研究者的結(jié)果會(huì)有所差異，這可是由于實(shí)驗(yàn)者采用的試驗(yàn)方法，養(yǎng)護(hù)條件，試驗(yàn)材料性能等有所差異造成的。我國(guó)幅員遼闊，東西南北地理環(huán)境差別較大，推行全國(guó)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)有較大阻礙，各地應(yīng)當(dāng)采用具有地方代表性的材料，適合的試驗(yàn)方法來制定符合本地情況的換算系數(shù)。