50mm直徑芯樣檢測混凝土強度試驗研究與數據分析

趙量 ，吳志新 ，項炳泉 ，孟威

（安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230000）

1 引言

小芯樣試件檢測結構混凝土強度試驗研究與探討是在隨著建筑技術的進步，現行的國家規范已不能滿足在實際工程檢測中遇到的問題的情況下提出的，為解決裝配式建筑工程中使用鉆芯法測試工廠預制構件、疊合構件、鋼筋密集的混凝土構件的實體強度，減小對結構構件的損傷，如取樣部位不當，輕則消弱構件承載力，重則損傷主筋或鉆斷主筋。為配合安徽省預制混凝土結構檢測技術規程的編制，采用對比試驗的方法對50mm直徑芯樣檢測混凝土強度的可行性進行試驗研究。

2 試驗研究概況

2.1 研究方法

小芯樣比大芯樣的離散性問題更為突出，據土耳其學者omer arioz所做的2982個小芯樣抗壓強度試驗[1]，結果表明隨芯樣直徑的減小，數據的離散性增大。因此本批次試驗從材料本身離散性小、勻質性較好的混凝土品種開始研究，可以減小樣本的離散性。泵送混凝土采用機械攪拌較為均勻，且最大粒徑能易于控制。本次試驗選取 C30、C35、C40、C45、C50 共 5個等級的混凝土材料制成試驗試件，研究小芯樣抗壓強度值是否滿足正態分布似合性檢驗、與標準試塊抗壓強度有無顯著差異及強度換算系數。

2.2 配合比和試件制作要求

本次試驗選用兩種泵送混凝土配比進行配置（見表1、表2）。配合比要求：①粗骨料粒徑不得大于25mm；②用料的質量偏差，水泥、摻合料、水和外加劑為正負5%，骨料為正負1%。

第一批試件配合比匯總表 表1

第二批試件配合比匯總表 表2

試驗共分2個批次，每個批次每個等級各制作35個150mm立方體混凝土試塊，同條件養護28d后，從中抽取20個立方體試塊鉆取50mm直徑的芯樣。本試驗兩個批次共200個50mm直徑芯樣和150個對比立方體試塊。芯樣的制作和試件抗壓強度試驗均按現行鉆芯法規程的有關規定執行[2]。芯樣試件見下圖。

芯樣試件

3 試驗結果及分析

3.1 抗壓強度值正態分布擬合檢驗

3.1.1 x2擬合檢驗[3]

在實際問題中，無法預知總體服從何種分布，而希望根據樣本來檢驗對總體分布所提出的假設，稱為非參數假設檢驗，x2擬合檢驗適總體X是離散樣本的正態分布檢驗。

將50mm直徑小芯樣的抗壓強從小到大按順序排列，并劃分從r個區間（S1,S2……Sr），落在每個區間的頻次數分別為X1，X2……Xn作為總體X的樣本,mi=X1，X2……Xn落在 Si內的頻數，i=1,2……r。樣本X1，X2……Xn擬合優度為：

假設H0：X的分布函數F=Fθ,當n夠大時，近似有Kn≈x2（r-k-1），r為分組數，θ為分布中所含未知參數的個數，當r＞k+1若Kn≥x2（r-k-1）,則拒絕H0；若Kn＜x2（r-k-1），則接受H0。

極大似然估計值：

3.1.2 芯樣試件抗壓數據整理及正態分布擬合檢驗

在試驗數據的前期整理過程中，對數據的剔除本著謹慎的態度，盡可能找到技術上和物理上的原因。本次試驗小芯樣試件共200個，試驗數據共199個，檢驗結果匯總見表3。

由表3顯示：

②其它9組芯樣試件抗壓強度值擬合優度Kn均落在接受域內，即19.023，滿足正態分布。

③由以上分析可知，50mm直徑小芯樣抗壓強度值離散性大（從標準差可以看出），但基本上仍滿足正態分布。

3.2 對比試件抗壓強度顯著性真假檢驗

先對總體的某個參數提出一個假設，再對此假設進行檢驗以確定該假設是否成立，此過程為統計學中對參數的真假檢驗。進行假設檢驗是以樣本數據為依據的，如果樣本的觀察結果與假設的數據有很大的差異，就會懷疑原假設是否成立。在一次檢驗中，概率很小的隨機事件是不可能發生的，這是統計學中著名的“小概率原理”。正是根據這一原理，可以做出是否拒絕原假設的決定[4]。

3.2.1 對比試件抗壓強度均值顯著性真假檢驗[3]

假設用50mm小芯樣測得的平均值與用150mm立方體試塊測得的平均值沒有顯著差異，即μ=μ0，但總體方差 σ 未知。檢驗條件：H0∶μ=μ0?H1∶μ≠μ0，當H0成立時，可知故選取 U=作為檢驗統計量，當｜u｜＞uα/2時，則拒絕 H0，當｜u｜＜uα/2時，則接受 H0，認為總體均值與μ0之間無顯著差異。檢驗結果匯總見表4。

3.2.2 對比試件抗壓強度總體方差顯著性真假檢驗[3]

假設50mm直徑小芯樣抗壓強度與100mm立方體試塊抗壓強度的標準差無顯著性差異，即但均值 μ1，μ2未知。檢驗條件當H0成立時，可知，故選作為檢驗統計量，當 F≤F1-α/2（n1-1,n2-1） 或 F≥Fα/2（n1-1,n2-1）時，則拒絕 H0，否則，接受 H0認為兩個樣本的總體方差之間無顯著差異。其中為修正標準差。檢驗結果匯總見表5。

芯樣試件抗壓強度正態分布擬合檢驗結果匯總 表3

對比試件總體均值顯著性真假檢驗結果匯總 表4

對比試件總體方差顯著性真假檢驗結果匯總 表5

各組芯樣與試塊抗壓強度平均值比匯總 表6

由表4和表5顯示：

①對比組試件均值檢驗結果基本上無顯著差異，說明50mm直徑小芯樣與150mm立方體試件抗壓強度平均值相當；

②多數對比組試件總體方差檢驗結果有顯著差異，說明50mm直徑小芯樣檢測混凝土強度時，離散性大；

③由以上分析可知，采用50mm直徑小芯樣檢測混凝土強度時，應適當增加檢測批數量，且需要對抗壓強度值作正態樣本離群值的判斷和處理，同時對試件的制作要求更高。

3.3 抗壓強度換算系數

從以上分析可知，50mm直徑小芯樣抗壓強度符合正態分布，且與150mm立方體試塊抗壓強度無顯著差異，因此小芯樣與標準試塊之間存在某種特定的對應關系。各組芯樣與試塊抗壓強度平均值比匯總見表6。

由表6顯示：

①第一批對比試件抗壓強度平均值之比在0.95～1.01之間，標準差在 0.09～0.12 之間；第二批平均值之比在0.91～0.99之間，標準差在0.12～0.15之間，從總體來看，小直徑芯樣與標準試塊抗壓強度有著特定的關聯性，在實際工程檢測中，若需要將小芯樣檢測的混凝土轉換成立方體試塊或標準芯樣強度時，可以采用fco，re=kfco,r公式進行轉換，其中k為抗壓強度換算系數，根據表3.5計算k=1/k*=1.03。

5 結論

①通過試驗數據分析可知，50mm直徑芯樣檢測混凝土抗壓強度值是符合正態分布規律；與150mm立方體試塊抗壓強度值的均值和總體方差基本無顯著差異，證明50mm直徑芯樣檢測混凝土強度是可行的。

②試驗的芯樣抗壓強度普遍比同批標準立方體試塊抗壓強度小，這與小芯樣骨料粒徑、蜂窩和制作時造成的芯樣缺陷對抗壓強度值和離散性有直接關系。在工程實際應用中，可適當增加樣本數量來提高檢測結果的可靠度。

③普遍認為小芯樣受壓產生的“環箍效應”，會對強度值有一定提高[5]。而在試驗過程中，小芯樣因“尺寸效應”的影響，實際抗壓強度值普遍偏低，而且試驗數據離散性大。在工程檢測應用時，建議抗壓強度換算系數可取在[1.03,1.10]之間。