淺析鉆芯法檢測混凝土強度的尺寸效應

(華北理工大學 河北 唐山 063210)

一、引言

隨著社會的飛速發展，高層及超高層的普及，鋼筋混凝土結構所用的鋼筋直徑越來越粗，其間距也越來越密。再加之高強混凝土的運用，在采用鉆芯法檢測混凝土抗壓強度時，要鉆取標準直徑為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件的有效面積，結構的受力鋼筋可能也隨之受到破壞。尤其是，對重要結構的核心部位(如薄壁柱、梁柱節點)鉆芯取樣時存在一定風險。所以，有必要對小直徑芯樣代替標準直徑芯樣(直徑=100mm)進行深入研究。

二、文獻綜述

目前，國內外研究者對中小直徑芯樣在鉆芯法檢測混凝土強度中的應用進行了較多的研究，取得了許多的研究成果：

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

三、試驗研究[7-9]

(一)試驗原材料

試驗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，細度模數為2.6；碎石：遷安生產的天然碎石，粒徑5-20mm。

(二)芯樣制取

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

芯樣鉆取位置：每個試件均勻布置18個250mm×250mm測區,每個測區分別鉆取直徑100mm芯樣2個,直徑70mm芯樣1個,直徑50mm芯樣1個，將所有鉆取的芯樣統一編號。

(三)芯樣加工[10]

注意控制鋸切割速度，在磨平機上磨平端面，可用聚合物水泥砂漿、環氧膠泥、水泥凈漿或水泥砂漿補平端面，也可采用硫磺膠泥補平。最終抗壓試驗的芯樣試件尺寸應符合如下規定：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長度內不得大于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、試驗結果及分析

本實驗制作了較多的芯樣試件，采用格拉布斯檢驗法[11]對可疑數據進行剔除。制作了直徑為100mm、70mm、50mm不同直徑芯樣抗壓強度值折線圖。

圖1 直徑100mm芯樣抗壓強度值

圖2 直徑70mm芯樣抗壓強度值

圖3 直徑50mm芯樣抗壓強度值

根據折線圖，直徑100mm、70mm、50mm在高徑比為1:1時，芯樣抗壓強度值離散性最小；直徑50mm、高25mm的小芯樣抗壓強度值離散性較大。當芯樣直徑一定時，隨著高徑比的減小，芯樣強度逐漸增大；在直徑100mm、50mm時，隨著高徑比的減小，芯樣強度值離散性有逐漸增大的趨勢，表現為不穩定。

五、結論

(1)綜合多方面的研究分析，一般當芯樣直徑一定時，隨著高徑比的減小，芯樣強度逐漸增大；一些情況下的非標準芯樣較標準芯樣離散性大，表現不穩定。

(2)不同研究者的結果會有所差異，這可是由于實驗者采用的試驗方法，養護條件，試驗材料性能等有所差異造成的。我國幅員遼闊，東西南北地理環境差別較大，推行全國統一標準可能會有較大阻礙，各地應當采用具有地方代表性的材料，適合的試驗方法來制定符合本地情況的換算系數。