淺析影響預應力混凝土鋼絞線力學性能檢測的若干因素

張維杰，孟 揚，崔德奎，張 杉，劉 然

（國家建筑工程質量監督檢驗中心，北京 100013）

0 引 言

預應力混凝土用鋼絞線是廣泛用于各種建筑工程和橋梁工程中不可或缺的材料，其力學性能是表征產品質量的重要指標，與工程質量和安全息息相關。預應力混凝土用鋼絞線力學性能檢測項目主要包括：最大力Fm、公稱抗拉強度 Rm、0.2 % 屈服力 Fp0.2以及最大力總伸長率 Agt。這些技術參數不僅是建工領域實驗室的常規檢測項目，也是施工驗收的見證檢測項目。檢測結果的準確與否反映了實驗室在預應力混凝土用鋼絞線力學性能檢測的基本技術能力。對此，為了解行業內相關實驗室的總體情況，找出影響檢測結果準確度的關鍵因素，從而促進實驗室技術能力的提升，故自 2017年起，筆者單位連續兩年開展了“預應力混凝土用鋼絞線力學性能檢測”能力驗證項目（以下稱“檢測能力驗證項目”）。

通過上述項目的開展，認為行業總體情況良好，能力驗證結果的滿意率大約為 83 %。但是，從中也發現一些問題，比如夾具裝置不合適、試件端部處理不當、引伸計的安裝位置不合理等均會對檢測結果帶來一定的偏差。下面，將以兩次項目的實施情況介紹作為切入點，重點對影響檢測結果準確度的關鍵因素進行分析。

1 檢測標準及參數

兩次檢測能力驗證項目均根據 GB/T 5224-2014《預應力混凝土用鋼絞線》標準，保證參加實驗室按照上述標準的相關要求，測試預應力混凝土用鋼絞線的力學性能，包括最大力 Fm、公稱抗拉強度 Rm、0.2 % 屈服力Fp0.2以及最大力總伸長率 Agt。

2 參與實驗室基本情況

在 2017年檢測能力驗證項目實施過程中，共有 43 家檢測實驗室報名參加且全部按期返回了結果。其中，已獲得 CNAS 認可的實驗室有 22 家，占實驗室總數的 51.2 %，未獲 CNAS 認可的實驗室有 21 家，占實驗室總數的 48.8 %。

在 2018年檢測能力驗證項目實施過程中，共有 37 家實驗室報名參加且全部按期返回了結果。其中，已獲得 CNAS 認可的實驗室有18家，占實驗室總數的48.6 %，未獲 CNAS 認可的實驗室有19家，占實驗室總數的 51.4 %。

由此可見，行業內相關實驗室的參與程度較高，兩次檢測能力驗證項目反映出的預應力混凝土用鋼絞線力學性能檢測能力水平具有一定的代表性，所發現的一些檢測問題具有普遍適用性。

3 樣品制備

兩次檢測能力驗證項目用樣品的制備方法相同，均從同批（整盤）預應力混凝土用鋼絞線的中部開始連續切割，每根鋼絞線的切割長度為 1 200 mm。切割后，從所有切割下的樣品中隨機選取 3 根組成一組樣品，并加以編號。樣品在包裝時，用 PVC 薄膜包裹后外加塑料氣泡袋，再用防潮編織條纏繞（見圖1）。

圖1 待發樣品

4 樣品的均勻性和穩定性

4.1 均勻性檢驗

兩次檢測能力驗證項目用樣品的均勻性均按照CNAS-GL003∶2018《能力驗證樣品均勻性和穩定性評價指南》（原 CNAS-GL03∶2006《能力驗證樣品均勻性和穩定性評價指南》）的相關要求，采用 S≤0.3σ 準則，進行了均勻性檢驗。檢驗結果表明：樣品的均勻性良好，不會影響相關參加實驗室能力驗證的評價結果。

4.2 穩定性檢驗

預應力混凝土用鋼絞線樣品性能穩定，運輸過程和天氣因素不會造成其出現變形等異常情況，故在發樣前后不再進行穩定性檢驗。

5 結果評價設計

兩次檢測能力驗證項目的測試結果統一采用穩健技術處理，并將穩健平均值設置為指定值。穩健平均值與穩健標準差的定義及計算方法見 GB/T 28043-2011《利用實驗室間比對進行能力驗證的統計方法》。

各實驗室的檢測結果，按式（1）計算 Z 值。

兩次檢測能力驗證項目涉及的統計量有：結果數、穩健平均值、穩健標準差、穩健平均值的標準不確定度、最小值、最大值、極差、能力評定標準差和穩健變異系數。

以∣Z∣比值的絕對值評價每個參加實驗室的能力。

∣Z∣≤2表示“滿意”，不用采取進一步措施；

2＜∣Z∣＜3表示“有問題”，產生警戒信號；

∣Z∣≥3表示“不滿意”，產生措施信號。

在每個參加實驗室反饋的測試結果——最大力、公稱抗拉強度、0.2 % 屈服力以及最大力總伸長率中，任何一個結果出現不滿意，則判斷該實驗室結果不滿意；任何一個結果有問題，但無不滿意結果，則判斷該實驗室結果有問題。

6 統計結果

兩次檢測能力驗證項目的統計結果如表1 所示。

表1 能力驗證項目統計結果

從表1 可以看出，隨著兩次能力驗證項目的相繼開展，行業內相關實驗室的技術能力有所提升，能力驗證結果的滿意率大約為 83 %。

7 技術分析及建議

通過兩次檢測能力驗證項目的實施，在試驗設備和檢測過程兩個方面，開展了技術分析并進一步給出具體相關建議。

7.1 試驗設備的影響

1）試驗機。項目依據標準所引用的 GB/T 21839-2008《預應力混凝土用鋼材試驗方法》中第 5.2 條款的要求，試驗機至少為 1 級精度。同時，計量單位定期對試驗機的精度進行檢定或校準，可在一定程度上減少測量誤差。

2）引伸計。項目依據標準所引用的 GB/T 21839-2008《預應力混凝土用鋼材試驗方法》中第 5.2 條款的要求，測定 Fp0.2時，引伸計的精度應為 GB/T 12160-2002《單軸試驗用引伸計的標定》中 1 級；測定 Agt時，可為 GB/T 12160-2002 《單軸試驗用引伸計的標準》中 2 級。同時，計量單位定期對引伸計的精度進行檢定或校準，可在一定程度上減少測量誤差。

3）夾具裝置。適當的夾具型式和夾持方法對預應力混凝土用鋼絞線的力學性能測試較為重要。在力學性能檢測中，鋼絞線所承受的拉荷載是試驗機通過鉗口與鋼絞線外層鋼絲之間摩擦力傳遞過來的。當采用 V 型夾具時，鋼絞線外層的各根鋼絲無法實現均勻夾持，結果使得其所受的拉荷載（摩擦力）不盡相同。由此：一方面，各根鋼絲達到極限荷載的時間不同，故所測得的極限荷載在一定程度下低于其實際值；另一方面，各根鋼絲產生不等量的滑移，故所測得的最大力總伸長率在一定程度下也低于其實際值。而采用圓形夾具，保證了鉗口能與鋼絞線外層的各根鋼絲同時相內接，從而實現了均勻加持，提高了測量結果的準確度。

7.2 檢測過程的影響

1）試件端部處理。預應力混凝土用鋼絞線表面硬度較高，這就對試驗機夾具有更高的硬度要求，否則將會引起試件打滑從而導致無法正常拉伸。所以通常情況下，夾具的硬度應當高于試件硬度。然而，過高硬度的夾具會引起試件機械損傷而產生提前斷裂，從而導致測量結果產生偏差。對此，可提前對試件的端部進行預處理，例如利用乳膠將薄鋁片和金剛砂進行粘連，再將薄鋁片與試樣端部進行捆綁固定。

2）試件受力的軸向性。試件置于夾具裝置后，應保證其上部夾持端與下部夾持端處于同一豎向垂直軸，由此可確保試件受力的軸向性，從而在一定程度上減少測量誤差。

3）引伸計的標距。一般情況下，實驗室所用的引伸計的標距從 100～600 mm 不等。因此，應采用至少大于本次能力驗證樣品一個捻距的引伸計標距，從而使得預應力混凝土用鋼絞線結構特性不會影響變形的測量。另外，可以使用螺紋固定的環形卡式標距的引伸計來替換橡皮筋固定的引伸計，因為常用引伸計為平直刀口，單用橡皮筋固定只能加持部分絲，且各絲的變形程度不均勻，會對變形測量產生影響。

4）引伸計的安裝。引伸計應安裝在試件中間部位，要安裝牢固，并且上、下刀口不能扭轉，否則對變形的測量會產生一定的影響。

5）加荷速度。為了避免試件被過早破壞，對測量結果造成人為誤差，需要控制加荷速度不要過快，否則會使被加持端表面受到的剪應力突然增長，并使得此處應力集中得不到有效緩解，從而導致試件過早破壞。

6）影響最大力總伸長率測量結果的因素。①試件原始標距的測量誤差；②預加負荷對試件所產生的延伸率未加在總延伸內；③當采用斷裂總伸長率 Ag替代最大力總伸長率 Agt，并且送、回油閥可控時，當試件中一根或幾根鋼絲被破壞后，需要及時關閉送油閥，快速測量試驗機上下工作臺面距離后，再將回油閥打開，將拉力卸載，取出試件；否則，會由于試驗機油缸的進回油，而使得工作臺的位置發生變化，對測量結果造成影響。

8 結 語

從兩次能力驗證項目結果可以看出大多數參加實驗室的檢測人員具備符合要求的技術能力，能夠準確理解并應用相關技術標準。但也有個別參加實驗室的檢測人員在專業知識和技術能力方面還不能滿足預應力混凝土鋼絞線力學性能檢測的基本技術要求。因此，建議相關實驗室進一步開展對相關檢測人員的培訓工作，從而促進預應力混凝土鋼絞線力學性能檢測實際操作的規范，逐步提高建工領域實驗室的理論和實踐水平。Q