建立回彈法地區測強曲線的試驗因素分析

朱仁旺,詹炳根,胡星宇,完海鷹

(1.合肥工業大學 土木與水利工程學院,安徽 合肥 230009; 2.土木工程結構與材料安徽省重點實驗室,安徽 合肥 230009)

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建立回彈法地區測強曲線的試驗因素分析

朱仁旺1,2,詹炳根1,2,胡星宇1,2,完海鷹1,2

(1.合肥工業大學 土木與水利工程學院,安徽 合肥 230009; 2.土木工程結構與材料安徽省重點實驗室,安徽 合肥 230009)

文章結合《安徽省回彈法檢測泵送混凝土抗壓強度規程》編制的相關試驗工作,從測強曲線的精度和誤差角度,分析研究了試驗設計對建立回彈法地區測強曲線的影響。結果表明:建立測強曲線所需要進行的試驗有一個最少組數;試件應涵蓋各等級強度范圍,而且試件組數要均勻;建立回彈法地區測強曲線宜考慮碳化深度的影響。文中所得結論對建立回彈法地區測強曲線和專用曲線具有參考價值。

回彈法;測強曲線;混凝土

0 引 言

回彈法檢測混凝土抗壓強度簡便、靈活、準確、可靠、快速、經濟,是目前我國工程檢測中應用最為廣泛的檢測方法之一[1]。建立測強曲線,即建立混凝土強度與回彈值、碳化深度參數的關系曲線。測強曲線的精度決定了回彈性的測試精度,為了更準確地推測混凝土的抗壓強度,在給出了統一的測強曲線基礎上,規定可以建立地區測強曲線和專用測強曲線[2]。測強曲線的精度主要根據相關系數、平均相對誤差和相對標準差來確定。在行業標準中明確規定,要建立地區測強曲線,其平均相對誤差≤14%,相對標準差[2]≤17%。

建立測強曲線依賴于統計方法。在建立安徽省地區測強曲線時,對大量的試件做碳化深度和回彈試驗,利用最小二乘法[3],分別采用線性函數、二次函數、三次函數、對數函數、冪函數和指數函數形式建立測強曲線,結果表明，冪函數擬合出的測強曲線所得出的平均相對誤差和相對標準差相對較小,而且相關系數較大,因此本文采用冪函數的形式擬合安徽省地區測強曲線,所有平均相對誤差和相對標準差均采用冪函數擬合測強曲線而得出。

在統計方法中,樣本的數量與分布對結果有較大影響。樣本的數量越大,樣本分布越均勻,統計方法的代表性越好。但在建立地區測強曲線的過程中,應做多少組試驗,試驗混凝土的強度分布應當如何安排,這些問題并沒有統一的說明與規定。另外,對于碳化深度對測試結果的影響,特別是高強混凝土的碳化深度問題,存在著2種不同的觀點：觀點1認為混凝土碳化深度會直接影響回彈法檢測結果[4-8]；觀點2則認為碳化深度一般僅在表面幾毫米的范圍內,對檢測結果影響不大[9-11]。高強混凝土抗壓強度的換算值也并未考慮碳化深度的影響[12]。本文結合《安徽省回彈法測泵送混凝土抗壓強度規程》編寫的相關試驗工作,對這些影響因素進行探討。

1 試件組數對測強曲線的影響

編制《安徽省回彈法測泵送混凝土抗壓強度規程》的過程歷時2 a,先后進行了5 756組回彈值、抗壓強度和碳化深度試驗測試。 混凝土試件為標準試件(150 mm×150 mm×150 mm),強度范圍為10～90 MPa,齡期范圍為14～360 d,當試件分別為484、1 082、1 681、2 021、2 658、3 005、3 295、3 629和4 202組時,試件組數與相關系數和平均相對誤差的關系如圖1所示。

圖1 試件組數與相關系數、平均相對誤差和相對標準差的關系

從圖1可以看出,試驗試件組數越多,相關系數越好,平均相對誤差和相對標準差也越小。在試驗組數少于3 000組時,相關系數與試件組數基本上呈線性關系，平均相對誤差和相對標準差隨試件組數的增加而變小；但當試驗組數為3 000組時,相關系數已經趨近于0.9,而且平均相對誤差和相對標準差也都已經趨于穩定。因此,建立測強曲線的試驗必須達到一定的數量，建議試驗試件組數的最少組數為3 000組。

2 強度分布對測強曲線參數的影響

2.1 設計強度及分布對測強曲線參數的影響

利用《安徽省回彈法測泵送混凝土抗壓強度規程》的實驗數據,取其中強度為10～60 MPa的總共4 202組數據和60～90 MPa的總共1 554組數據,利用這些數據分別建立測強曲線,其相關系數、平均相對誤差和相對標準差,見表1所列。

表1 不同強度的相關系數、平均相對誤差和相對標準差

從表1可看出,高強部分的平均相對誤差和相對標準差都要比低強部分的小得多,更易達到所要求的取值范圍。以上所有測強曲線的強度平均相對誤差δ和相對標準差er的計算公式為:

(1)

(2)

(3)

(4)

利用《安徽省回彈法測泵送混凝土抗壓強度規程》編制中得到的實驗數據,取其中強度為10～60 MPa的總共3 132組數據,從這 3 132組數據中隨機取強度范圍10～60 MPa、20～30 MPa、50～55 MPa的數據各500組,分別進行擬合,得到測強曲線時的相關系數、平均相對誤差和相對標準差,見表2所列。

表2 各階段強度相關系數、平均相對誤差和相對標準差

從表2可以看出,隨機取強度為10～60 MPa的500組數據時的相關系數、平均相對誤差和相對標準差比僅僅取強度為20～30 MPa和50～55 MPa時的都要好。所以在建立10～60 MPa的測強曲線不能僅僅取其中的20～30 MPa或者50～55 MPa等部分數據,應當在10～60 MPa的所有強度等級獲取數據。

2.2 強度均勻分布對測強曲線參數的影響

強度在10～60 MPa范圍內,隨機取10～20 MPa、20～30 MPa、30～40 MPa、40～50 MPa和50～60 MPa的各階段強度范圍的實驗試件數量均為400組,總共2 000組實驗試件,視為10～60 MPa各階段強度范圍的實驗試件數量均勻,而取強度在10～60 MPa范圍內的各階段強度范圍的實驗試件數量分別為90、500、200、710、510時,視為不均勻。利用這些均勻和不均勻的數據分別擬合10～60 MPa的測強曲線,其相關系數、平均相對誤差和相對標準差,見表3所列。

從表3可以看出,利用10～60 MPa中10～20 MPa、20～30 MPa、30～40 MPa、10～50 MPa和50～60 MPa各階段強度范圍均勻的2 000組數據擬合10～60 MPa的測強曲線,其相關系數、平均相對誤差和相對標準差比不均勻時的都要好,因此建議在建立測強曲線時,各階段強度范圍所取實驗試件數量要平均。若不均勻,比如高強混凝土占所取數據的絕大部分,而低強混凝土數據少,則做出來的平均相對誤差就會小,反之則平均相對誤差就會大,因為所有平均相對誤差都按(1)式計算,所以在建立測強曲線時所取的混凝土在各階段強度范圍內都要有,而且要平均。

表3 試件數量均勻性的相關系數、平均相對誤差和相對標準差

3 碳化深度對測強曲線的影響

混凝土碳化是指水泥中的水化產物與周圍環境中的CO2等酸性氣體發生反應,生成碳酸鹽或其他物質并引起混凝土中性化的現象[14]。碳化是影響混凝土表面硬度的最主要因素,碳化使得表面硬度增大,通過碳化修正后的回彈值和抗壓強度有著比較好的關系[15]。考慮碳化深度是我國回彈法測混凝土強度的特色,20世紀80年代初,我國在編制回彈法規程時就考慮了碳化深度的影響。

在建立《安徽省回彈法測泵送混凝土抗壓強度規程》過程中共對標準試件150 mm×150 mm×150 mm做了5 756組試驗,試驗的標準試件強度范圍為10～90 MPa,齡期范圍為14～360 d。本文把抗壓強度在10～60 MPa范圍內的泵送混凝土稱為普通泵送混凝土,把抗壓強度在60～90 MPa范圍內的混凝土稱為高強泵送混凝土,在建立普通泵送和高強泵送混凝土測強曲線時是否考慮碳化深度的情況見表4所列。

表4 普通混凝土(10～60 MPa)是否考慮碳化深度的情況

從表4可以看出,在建立普通泵送混凝土測強曲線時,考慮碳化深度影響時的相關系數、平均相對誤差和相對標準差比不考慮碳化深度影響時明顯要好一些；在建立高強泵送混凝土測強曲線時,考慮碳化深度影響時的相關系數、平均相對誤差和相對標準差比不考慮碳化深度影響時要稍微好一些。建議在建立測強曲線時,不管是普通泵送混凝土還是高強泵送混凝土,都應該考慮碳化深度的影響。

4 結 論

(1) 建立地區測強曲線時,有最小的試件組數要求,本文建議至少3 000組。

(2) 各強度等級的試件都要有,而且試件組數要均勻。

(3) 建立地區測強曲線時,應考慮碳化深度的影響。

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(責任編輯 閆杏麗)

Influence of test factors to the establishment of regional strength detection curve by rebound method

ZHU Renwang1,2,ZHAN Binggen1,2,HU Xingyu1,2,WAN Haiying1,2

(1.School of Civil and Hydraulic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2.Anhui Key Laboratory of Structure and Materials in Civil Engineering， Hefei 230009, China)

The influence of test design to the establishment of regional strength detection curve by rebound method is analyzed from the perspectives of accuracy and error based on the related tests for compiling the Code for Testing of Compressive Strength of Pumped Concrete by Rebound Method in Anhui Province. The results show that there exists a minimum number of test set to establish the strength detection curve. The strength of all specimens should be distributed uniformly in whole strength range. And the effect of carbonation depth should be considered in the process of the establishment of strength detection curve. The study is valuable for the establishment of regional strength detection curve by rebound method and other special curves.

rebound method; strength detection curve; concrete

2015-04-23；

2015-07-14

安徽省建設廳科技資助項目(建標[2013]56)

朱仁旺(1989-),男,安徽安慶人,合肥工業大學碩士生;

詹炳根(1964-),男,安徽廬江人,博士,合肥工業大學教授,碩士生導師;

完海鷹(1960-),男,安徽合肥人,博士,合肥工業大學教授,碩士生導師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2016.10.018

TU528.07

A

1003-5060(2016)10-1386-04