魏志文　王大勇　韩春雷

【摘   要】   试验研究小芯样径向对压应力与混凝土抗压强度的关系。在预拌泵送混凝土浇筑成型的大型足尺结构模型剪力墙混凝土中钻取直径38mm小芯样，由专用试验装置测试其径向混凝土对压力，并对应测区钻取标准直径芯样得到芯样试件抗压强度，采用单因素试验分析金刚砂耦合材料目数/硬度和试件混凝土干湿程度对小芯样对压强度的影响，确定小芯样对压试件样本最小取样数量，采用最小二乘法原理回归得到小芯样弧面对压法检测混凝土测强曲线。试验结果表明，混凝土干湿程度、受压截面位置与金刚砂目数及硬度对小芯样试件对压强度影响不显著;小芯样对压试件的取样数量不宜少于5个;建立的小芯样弧面对压法检测预拌泵送混凝土专用测强曲线可用于工程结构实体混凝土强度检测，研究结果可供结构混凝土强度质量检测与控制参考。

【关键词】   小芯样弧面对压法;预拌泵送混凝土;抗压强度;取样数量;测强曲线

Study on Compressive Strength of Ready Mixed Pumping Concrete by Arc Pressure Method with Small Core Sample

Wei Zhiwen Wang Dayong Han Chunlei

（1.Langfang Yangguang Construction Engineering Quality Testing Co.， Ltd.， Langfang 065000， China;

2.Langfang Construction Engineering Quality Testing Center， Langfang 065000， China）

【Abstract】    The relationship between radial compressive stress of small core sample and compressive strength of concrete is studied. Small core samples with diameter of 38mm were drilled in the shear wall concrete of large-scale structure model cast by ready mixed pumping concrete. The radial concrete pressure was tested by a special test device， and the compressive strength of core samples was obtained by drilling standard diameter core samples corresponding to the test area. The effects of mesh/hardness of emery coupling material and the degree of concrete drying and wetting on the compressive strength of small core samples were analyzed by single factor test According to the influence of compressive strength， the minimum sampling quantity of small core sample on compressive specimen is determined， and the strength curve of small core sample is obtained by least square regression. The test results show that the dry and wet degree of concrete， compressive section position and the mesh number and hardness of emery have no significant influence on the compressive strength of small core samples; it is suggested that the number of small core samples should not be less than 5; the special strength curve of small core samples for testing ready mixed pumping concrete by arc pressure method can be used for the strength testing of engineering structural solid concrete. The research results can be used as a reference for the quality inspection and control of structural concrete strength.

【Key words】     small core sample arc pressure method; premixed pumping concrete; compressive strength; sampling quantity; strength curve

〔中图分类号〕TU528.1                   〔文献标识码〕  A              〔文章編号〕 1674 - 3229（2022）02- 0072- 0512594973-637A-4385-89E4-A805B4CFF275

0     引言

结构实体混凝土强度常采用间接无损检测方法进行现场强度检测，如回弹法、超声回弹综合法等，但受混凝土测试面质量影响较大[1-3];钻芯法[4]虽为国内外公认的较为准确、直观的检测方法，但检测周期长、影响因素多且会给受检结构构件混凝土带来损伤，影响结构安全与混凝土耐久性;直拔法[5]（或拉脱法）与抗折法[6]通过测试硬化混凝土中钻取的微小芯样单轴抗拉强度或抗折强度来推定混凝土抗压强度，虽检测精度较高，但测试物理量数值较小，易出现对结构混凝土强度的误判。为提高结构混凝土现场抗压强度的检测精度，经试验发现硬化混凝土中直径38mm微小芯样试件弧面径向对压强度较高，其数值在数量级别上与相应混凝土抗压强度相当[7]，但目前研究其与结构实体混凝土抗压强度相关性的文献较少。本文基于足尺结构试验模型，系统测试硬化混凝土中钻取的直径38mm微小芯样径向对压力与对应该测点钻取直径100mm芯样试件抗压强度，建立小芯样试件弧面径向对压强度与混凝土抗压强度的相关关系，提出基于小芯样力学性能的弧面对压法检测预拌泵送混凝土抗压强度技术。

试验研究对象为碎石粗骨料粒径为5.0～25.0mm的预拌泵送混凝土结构实体剪力墙模型，采用单因素试验分析小芯样试件与装置对压头耦合材料和小芯样试件混凝土干湿程度对其混凝土对压强度的影响，确定小芯样对压试件的最小取样数量，比较两种变量取值规则对小芯样弧面对压法测强曲线统计误差的影响，建立混凝土对压强度与混凝土抗压强度关系，得到弧面对压法测强曲线。研究结果可供工程结构混凝土强度质量控制参考。

1     试验原理

小芯样弧面对压法检测混凝土抗压强度技术是在硬化混凝土中钻取直径38mm微小芯样作为对压试件，由专用对压装置对微小芯样施加径向荷载，得到混凝土破坏峰值力，然后建立名義弧面对压应力与相应标准芯样试件抗压强度的相关关系。对试验数据采用最小二乘法回归，得到小芯样弧面对压法专用测强曲线，以推定结构混凝土抗压强度。其中加载装置曲面承压板与试件间隙采用金刚砂材料耦合，保证小芯样曲面平整度符合试验要求。弧面对压法试验装置及压头基本尺寸如图1所示。

2     试验设计

2.1   原材料与混凝土配合比

试验用水泥（C）为P·O42.5级（C20～C60）和P·O52.5级（C70）水泥，Ⅱ级粉煤灰（FA），S95级矿粉（SG），中砂 （MS），粒径5.0～25.0mm碎石（G），高效泵送减水剂（JF），混凝土拌合及养护用水（W）为当地自来水。混凝土配合比设计以强度为目标，采用复掺粉煤灰、矿粉的方法并加入适量高效泵送减水剂方式配置C20、C30、C40、C50、C60、C70强度等级，试验混凝土配合比见表l。

2.2   足尺结构模型

由本地区生产质量稳定且有代表性的大型商品混凝土公司提供预拌泵送混凝土成型足尺结构试验模型（图2）。其中剪力墙构件为构造配筋，墙体厚度200mm，混凝土保护层设计值为15mm。结构混凝土按GB 50666-2011《混凝土结构工程施工规范》规定施工。构件模板拆除即洒水湿润并覆膜养护14昼夜后，自然养护，裸置备用。

2.3   试验方法

在剪力墙混凝土浇筑侧面沿墙体高度方向预先划分好200mm×200mm测区。试验龄期14、28、60、90、180d时，在测区硬化混凝土中由钻芯机钻取7个长度不小于58mm、直径38mm的微小芯样，由对压试验装置测试小芯样径向对压力;并与每个小芯样相邻钻取直径100mm标准芯样，按《钻芯法检测混凝土强度技术规程》JGJ/T 384-2016测试标准芯样试件抗压强度。试验用仪器设备检定有效。

3     结果与分析

3.1   破坏机理

由对压试验装置通过金刚砂耦合密实传递垂直于小芯样试件轴向荷载，使混凝土逐渐沿试件径向变形并形成塑性应变能;当受压段的应变能量或变形积蓄到一定程度时，试件因变形不协调而在欠约束段（含自由段）产生裂纹，并最终使试件混凝土破坏。

小芯样对压试件典型破坏模式为三段式，中间段长度一般为20～25mm，但端口处有细微差别，一为断口基本整齐规则，断裂位置基本与加载装置曲面高度相当，中高强混凝土多为此种破坏形式，如图3中破坏形式A所示;二为断裂处呈斜截面，端口处常见粒径较大粗骨料，此破坏形式多发生于砂浆与粗骨料粘结力较弱的低强度等级混凝土，如图3中破坏形式B所示。

3.2   检测精度

表2为与小芯样弧面对压法试验同期，采用不同标称能量回弹仪在足尺结构试验模型剪力墙混凝土侧面进行相应回弹测试，得到回弹法与弧面对压法的统计检测精度。

试验取得芯样试件抗压强度范围为25.5～80.6MPa，小芯样对压强度范围为11.5～58.4MPa，检测精度为46.9/55.1=0.85MPa/MPa，故弧面对压法检测精度显著高于回弹法。

3.3   影响因素分析

3.3.1   试验加荷速度确定

加荷速度对混凝土力学性能试验有重要影响[9]。参考GB/T 50081-2019《普通混凝土物理力学性能试验方法标准》对立方体试件混凝土抗压强度加荷速度0.3～1.0MPa/s规定，将该加载速度乘以小芯样对压试件的名义受力投影面积，确定本试验加载速度取值为0.3～1.0kN/s。

3.3.2   金刚砂种类、混凝土强度对小芯样对压强度的影响12594973-637A-4385-89E4-A805B4CFF275

采用单因素方差统计法分析金刚砂目数/硬度、混凝土强度对小芯样对压强度影响的显著性。表3为不同金刚砂目数/硬度和混凝土强度时，小芯样对压强度试验结果。

因F_{金刚砂，C30=}2.3790.05（1，12）=4.747，这表明金刚砂目数/硬度对小芯样对压强度影响不显著;而F_{混凝土强度，80目金刚砂}=654.324>F_0.05（1，12）=4.747，这表明混凝土强度对小芯样对压强度影响极显著;由表3可知，目数80/硬度9.0金刚砂耦合材料试验得到小芯样对压强度的变异系数较小。

3.3.3   混凝土干湿程度对小芯样对压强度的影响

采用单因素方差统计法分析试件干湿程度对小芯样对压强度影响的显著性。表4为不考虑混凝土内部自身含水率，而仅测试两种工况下小芯样对压强度的试验结果：工况1，试件钻取后，擦去表面水分后立即试验;工况2，试件在室温静置2h后再试验。

因F_干濕工况=2.5480.05（1，12）=4.747，这表明检验工况下的混凝土干湿程度对小芯样对压强度有影响但不显著。

3.4    对压试件最小样本容量确定

若试验中样本数量过少，则样本强度均值变化大，试验结果可靠性不足;若样本数量太多，虽增加了试验结果可靠性，但工程实际应用中实现的成本高且特殊情况下实现比较困难，故需确定合理的对压试件最小样本容量。图4为不同强度等级剪力墙混凝土中小芯样对压强度数据，按不同样本容量分别计算样本的均值、标准差和变异系数。由图4可知，各强度等级混凝土在小芯样试件对压强度样本容量大于5时，相应对压强度样本的均值、标准差和变异系数均逐渐趋于稳定，因此对于小芯样对压试件的取样数量建议不宜少于5个。

3.5   小芯样弧面对压法测强曲线

3.5.1   回归变量取值

以小芯样对压强度为自变量，混凝土抗压强度为因变量，按如下两种变量取值规则对数据进行预回归处理：

（1）取值规则1：每强度等级混凝土各龄期的每个测区小芯样试件对压强度与其相应测区标准芯样试件抗压强度一一对应;

（2）取值规则2：对各强度等级混凝土每龄期的小芯样对压试件强度取算术平均值与其相应标准芯样试件抗压强度均值对应。

3.5.2   小芯样弧面对压法测强曲线模型

图5为小芯样对压强度与混凝土抗压强度关系。由图5可看出，变量取值规则1的样本量较大且强度覆盖范围宽广;变量取值规则2的样本量相对较小但数据散点相对集中。

采用4种数学函数回归模型，对有效试验数据采用最小二乘法回归，拟合的小芯样弧面对压法测强曲线及其相应统计指标值见表5。表中平均相对误差δ和相对标准差e_r按式（1）（2）计算。式中：r为相关系数;δ为平均相对误差，精确至0.1%;e_r为相对标准差，精确至0.1%;n为回归样本数量;f_cu，cor，i为对应芯样抗压强度，精确至0.1MPa。由表5可知，回归变量取均值的拟合测强曲线较一一对应测强曲线的相关性更高，相应的误差统计值显著偏小，且后者误差统计值达到专用测强曲线技术指标规定值。

3.5.3   小芯样弧面对压法测强曲线选择

采用均值对应法建立的弧面对压法测强曲线的相关系数r与相应δ、e_r值均优于其他回归模型，故优选其为本文所建立的小芯样弧面对压法检测预拌泵送混凝土专用测强曲线，见式（3）。

3.5.4   小芯样弧面对压法测强曲线检验

图6为本文测强曲线（式3）换算强度与标准芯样抗压强度及其相对误差的散点图。在图6a中，本文测强曲线换算强度的散点基本均匀分布在y=x线两侧;在图6b中，测强曲线相对误差从混凝土强度的平面散点中间穿过，散点分布具有随机性，不存在明显有偏区段，且在横轴两侧正负偏差基本均匀分布。

4   结   论

通过测试在预拌泵送混凝土浇筑成型的大型结构实体模型混凝土中钻取的小芯样试件弧面对压强度以及对应其原位钻取的标准直径芯样抗压强度试验数据，得到如下结论。

（1）金刚砂耦合材料和混凝土干湿程度对直径38mm小芯样混凝土对压强度影响不显著，但混凝土强度因素对其影响极显著。

（2）当样本容量不少于5个时，小芯样对压强度均值、标准差和变异系数逐步趋于稳定，建议小芯样对压试件现场取样数量不宜少于5个。

（3）本文所建立的弧面对压法专用测强曲线适用于强度等级C20～C70、粗骨料粒径5.0～25.0mm预拌泵送混凝土结构实体抗压强度检测，尤其适用于密集配筋结构、装配式建筑与梁柱节点混凝土抗压强度检测，可供结构混凝土强度质量检测与控制参考。

[参考文献]

[1] 童寿兴.混凝土假性碳化引起回弹法强度的误判[J].无损检测，2006（8）：406-408.

[2] 熊静.回弹法评定混凝土抗压强度的主要影响因素及测强曲线的研究[D].广州：华南理工大学，2015.

[3] 王大勇.超声回弹综合法检测大掺量复掺矿物掺合料混合砂混凝土实体抗压强度试验研究[J].混凝土，2011（5）：

140-141+144.

[4] 高向玲，颜迎迎，李杰.一般大气环境下混凝土经时抗压强度的变化规律[J].土木工程学报，2015，48（1）：19-26.

[5] 李杰成.直拔法检测混凝土强度影响因素研究[J].建筑科学，2015，31（1）：75-80.

[6] 唐泽铭，皮永光，耿雷，等.抗折法检测混凝土抗压强度的试验研究[J].建设科技，2019（12）：85-87.

[7] 韩春雷，王大勇.弧面对压法检测混凝土抗压强度技术研究[J].建筑结构，2022，52（3）：89-93.

[8] 王文明，邓军，陈光荣，等.高强混凝土回弹仪检测精度的试验研究[J].工程质量，2010，28（7）：9-11.

[9] 中国建筑科学研究院有限公司.混凝土物理力学性能试验方法标准：GB/T 50081-2019[S].北京：中国建筑工业出版社，2019.12594973-637A-4385-89E4-A805B4CFF275

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