后裝拔出法檢測PP—ECC抗壓強度的試驗研究

卜良桃 侯琦 陳送送

摘 要：模擬實際工程加固情況，對5種強度等級的水泥聚丙烯纖維砂漿（PPECC）試件進行了后裝拔出法檢測砂漿抗壓強度的試驗研究；對加固層纖維砂漿有無布置鋼筋網時的拔出力數值進行對比，研究了不同鋼筋網間距對拔出力的影響；分析了后裝拔出法應用于實際工程中的可行性.試驗結果表明：水泥聚丙烯纖維砂漿后裝拔出力與其抗壓強度之間存在顯著的線性相關性；對砂漿拔出力值隨著鋼筋網間距的變化而變化；后裝拔出法檢測水泥聚丙烯纖維砂漿在加固工程中具有廣泛的實用性，滿足實際工程需要.

關鍵詞：聚丙烯纖維水泥砂漿；后裝拔出法；測強曲線；回歸分析；工程應用

中圖分類號：TU599 文獻標識碼：A

Experimental Evaluation of the Strength

of Polypropyleneengineered Cementitious Composite

in the Postinstalled Pullout Method

BU Liangtao，HOU Qi，CHEN Songsong

（College of Civil Engineering， Hunan Univ， Changsha， Hunan 410082， China）

Abstract： By simulating the fact circs of project reinforcement， an experimental study in the postinstalled pullout method was conducted for the evaluation of the strength of polypropyleneengineered cementitious composite with five strength grades. We compared the pullout force of PPECC with steel mesh with that without steel mesh. The effect of different steel mesh spacing on the pullout force was studied. The feasibility of the method in practical projects was analyzed. Test results have indicated that there is a significant linear correlation between the pullout force of PPECC and its compressive strength. The pullout force changes with the steel mesh spacing. The postinstalled pullout method has widespread applications in project reinforcement and meets the demand of practical projects.

Key words：polypropyleneengineered cementitious composite； postinstalled pullout method； strength curve； regression analysis； engineering application

近年來，水泥復合砂漿鋼筋網加固混凝土構件的技術在國內外有著較大的發展，水泥聚丙烯纖維砂漿具有抗壓強度高、延性好、耐高溫及造價低廉等顯著優點，是一種十分常見的水泥復合砂漿材料^{[1].目前，水泥聚丙烯纖維砂漿已在工程加固領域被廣泛應用.與工程中混凝土抗壓強度具有多種成熟的檢測方法不同，行業內針對構件加固層水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強度的現場檢測尚無標準.}

國內外許多學者對后裝拔出法檢測混凝土強度進行了大量的研究，我國也已頒布《拔出法檢測混凝土強度技術規程》（CECS69：2011）.考慮到砂漿與混凝土材性的相似性，本文采用后裝拔出法檢測PPECC抗壓強度，取得了較好的試驗結果，并建立考慮到鋼筋網間距的水泥聚丙烯纖維砂漿測強曲線，為今后的工程應用作出探索.

1 試驗方案

1.1 試驗材料選擇

水泥：摻入聚丙烯纖維等成份的水泥；砂：細度模數為2.3～2.6的中砂；鋼筋：湖南漣源鋼鐵集團有限公司生產的Φ6鋼筋；水：自來水；混凝土：某商品混凝土公司攪拌站提供.

1.2 試驗試件設計及試驗過程

澆筑尺寸為250 mm×250 mm×300 mm，強度等級為C20的素混凝土試塊120個，標準條件下進行養護.

湖南大學學報（自然科學版）2013年

第7期卜良桃等：后裝拔出法檢測PPECC抗壓強度的試驗研究

本次試驗采用5個強度等級的水泥聚丙烯纖維砂漿，每個強度等級中各鋼筋網間距情況下的試件均為6組（即相對應試塊數量6個），每組加固用砂漿預留70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方體試塊3個，用來測定水泥聚丙烯纖維砂漿的抗壓強度.試驗試件參數設置如表1所示.

素混凝土試塊14 d進行養護后，參照文獻[1-4]中的施工工藝采用水泥聚丙烯纖維砂漿（鋼筋網）進行加固處理.

加固試件及預留的水泥聚丙稀纖維砂漿立方體試塊在標準條件下養護28 d后，進行數據采集.采用TYA2000型電壓式壓力試驗機將預留的立方體試塊加荷載至破壞；使用SFTQ50后裝拔出法強度檢測儀，對加固層水泥聚丙烯纖維砂漿進行拉拔試驗，做法參照文獻[5].試驗裝置如圖1所示，設置了鋼筋網的試件拔出點位置選擇如圖2所示，沒有設置鋼筋網的砂漿層拔出點位于試件表面的中心.

（a） 拔出裝置側視圖 （b） 拔出裝置俯視圖

1-拉桿，直徑d1=10 mm；2-脹簧；3-對中圓盤；

4-反力支撐，內徑d3=55 mm；5-脹桿；錨盤直徑d2=25 mm；

錨固深度h=25 mm；h1-鉆孔深度

2 無鋼筋網砂漿試驗結果與分析

2.1 數據處理

試驗的相關數據采集結果見表2.

2.2 試驗數據回歸分析

國內外相關研究提出了水泥聚乙烯醇纖維砂漿的后裝拔出力極限值與其抗壓強度之間的線性關系式^[6].

根據表2，將試件加固層水泥聚丙烯纖維砂漿的拔出力極限值與其立方體抗壓強度值對應組合，參照推薦的回歸方程式，進行回歸計算分析^[7]：

fm2，e=aF0+b （1）

式中fm2，e為砂漿抗壓強度推定值（MPa）；F0為拔出力極限值（kN）；a，b為測強公式回歸系數.

按照文獻[5]的數學知識，通過計算分析得出a，b的數值分別為1.92，12.90.由式（1）所得出的擬合直線方程式為：

fm2，e=1.92F0+12.90（2）

將數據進行回歸分析并最終得出水泥聚丙烯纖維砂漿測強曲線如圖3所示.

拔出力極限值F0/kN

2.3 回歸分析的顯著性檢驗

相關性系數r表示水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強度推定值fm2，e與其拔出力極限值F0的線性關系的密切程度.平均相對誤差δ是反映方程值偏離實際值范圍的參數.相對標準差er可以衡量回歸方程所揭示的規律性強弱.

參照文獻[7]，將試驗數據代入相關數學公式，計算出r=0.986，δ=±3.40%，er=3.92%. |r|值接近于1，說明水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強度推定值fm2，e與拔出力極限值F0之間存在良好的線性相關性.擬合的方程式的準確度高，比較接近實際情況.er小于文獻[3]所設定的相對標準差12%，表明回歸方程預測的強度值較為精確.

經過對線性回歸分析的顯著性檢驗，表明水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強度推定值fm2，e和拔出力極限值F之間存在顯著而可靠的線性關系.

3 不同鋼筋網間距加固層砂漿試驗結果與

分析

加固層設置鋼筋網時，水泥聚丙烯纖維砂漿拔出力極限值的數據采集情況及分析比較見表3.

由表3可知，在水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強度等級相同的情況下，加固層布置鋼筋網時砂漿的拔出力極限值與未布置鋼筋網時的拔出力極限值相比有所增大，且隨著鋼筋網間距的變化，拔出力極限值的增大幅度不同.相同強度等級砂漿在鋼筋網間距為50 mm×50 mm， 75 mm×75 mm， 100 mm×100 mm時，相應拔出力極限值相對無鋼筋網時的極限值提高幅度分別為6.7%，21.3%和11.5%，從其提高幅度的趨勢來看，隨著鋼筋網間距的增大，砂漿拔出力極限值的提高幅度先增大后減小.

實際工程中，特別是混凝土構件的加固設計施工中，加固層中一般都會布置鋼筋網，且鋼筋網間距規格不止上述3種.在鋼筋網間距對拉拔力的影響研究并不系統完善的情況下，建議對不同鋼筋網間距影響極限值的幅度大小進行插值近似計算.

通過差值計算，同強度等級水泥聚丙烯纖維砂漿層設置鋼筋網時的拔出力極限值與不設置鋼筋網時的拔出力之間的關系式為：

F′=1.067+0.146（d-50）25·F0

（50 mm≤d≤75 mm）（3）

F′=1.213-0.098（d-75）25·F0

（75 mm≤d≤130 mm） （4）

式中F′為加固層設置鋼筋網情況下的拔出力極限值；d為鋼筋網間距.

將式（3），（4）代入式（2），可得出水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強度與拔出力極限值之間的關系如下：

fm2，e=1.92F·2519.375+0.146d+

12.90（50 mm≤d≤75 mm） （5）

fm2，e=1.92F·2537.675-0.098d+

12.90（75 mm≤d≤130 mm）（6）

fm2，e=1.92F+12.90（d≥130 mm）（7）

4 與其他砂漿測強曲線的對比分析

我國學者對后裝拔出法檢測混凝土強度的方法進行了一定的探索，如華南理工大學的張斌、哈爾濱工業大學的姜宏波等對各自地區的后裝拔出法測強曲線進行了研究，研究顯示不同地區的混凝土測強曲線存在一定的差異.而對水泥纖維砂漿的后裝拔出法的研究則較罕見，通過對筆者參與的不同水泥纖維砂漿的后裝拔出法測強曲線進行對比分析^{[8]，結果如表4和圖4所示.}

從表4和圖4中可以看出，不同種類水泥纖維砂漿的后裝拔出法測強曲線之間存在著明顯的區別：水泥聚乙烯醇纖維砂漿和水泥鋼纖維砂漿在同種裝置試驗的情況下，測強曲線存在差異的主要原因是砂漿中所摻纖維的特性差異較大.聚丙烯纖維砂漿與另外兩種纖維砂漿的測強曲線存在差異的原因除了纖維性能的差異外，更主要的原因則是試驗儀器裝置參數的不同；且本次水泥聚丙烯纖維砂漿測強曲線的建立過程中，試驗試件在最大程度上模擬了實際加固工程，另兩種水泥纖維砂漿的試驗試件均為水泥纖維砂漿立方體試塊.

從上述3種水泥纖維砂漿回歸曲線的相關系數和相對標準差的對比中可以看出，圓環支撐式設備比三點支持式設備的應用穩定性更好.

拔出力F/kN

5 工程應用分析

由于加固層水泥聚丙烯纖維砂漿的厚度一般在25～40 mm，傳統的回彈法精度不高、鉆芯法受到適用條件的限制，并不能很好地應用于其抗壓強度的現場檢測，而后裝拔出法設備特別是圓環支撐方式的后裝拔出法強度檢測儀器則不受上述條件限制.通過上述試驗數據的統計分析，也證明該方法具有較高的準確性.另外，后裝拔出法檢測過程中只會形成輕微的破損，檢測之后的修復較為簡便.綜上所述，在加固工程中，采用后裝拔出法檢測水泥聚丙烯纖維砂漿的抗壓強度具有廣泛的實用性.

6 結 論

通過本次后裝拔出法檢測水泥聚丙烯纖維砂漿抗壓強度的試驗研究，可以得到以下結論：

1）水泥聚丙烯纖維砂漿的后裝拔出法拔出力極限值與其抗壓強度之間存在顯著的線性相關性.本次研究提出了相應的擬合直線方程.該回歸曲線可以用來預測該種砂漿的抗壓強度.

2）構件加固層中鋼筋網的布置對水泥聚丙烯纖維砂漿的拔出力極限值存在一定影響，極限值提高幅度隨著鋼筋網間距的變大先增大后減小.

3）后裝拔出法檢測構件加固層水泥聚丙烯纖維砂漿的抗壓強度，在加固工程領域中有著廣泛和良好的工程實用性.

參考文獻

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