引言
混凝土抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度是混凝土結(jié)構(gòu)中兩項重要的技術(shù)指標(biāo)，是設(shè)計、施工、驗收、使用的重要依據(jù)，目前檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的技術(shù)比較成熟，試驗方法分試驗室（制作同條件標(biāo)準(zhǔn)試塊或鉆取芯樣的抗壓試驗）和原位檢測技術(shù)（如回彈法、超聲回彈綜合法、后裝拔出法、拉脫法等），而檢測抗拉強(qiáng)度的技術(shù)只有在試驗室通過制作同條件標(biāo)準(zhǔn)試塊或鉆取芯樣在壓力機(jī)上通過劈裂抗拉試驗完成，目前沒有原位檢測混凝土抗拉強(qiáng)度的技術(shù)手段，為此我們提出研究原位劈裂試驗方法可用于檢測混凝土抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，即利用原位劈裂測得的內(nèi)應(yīng)力與試驗室的同條件劈裂抗拉試驗應(yīng)力值建立擬合曲線，在已有檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上建立一套可在原位檢測混凝土抗拉強(qiáng)度又可檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的綜合技術(shù)，即一次采集數(shù)據(jù)可完成兩個參數(shù)的推算。
1 試驗方法與數(shù)據(jù)分析
研究抗拉檢測技術(shù)，依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50081規(guī)定采用標(biāo)準(zhǔn)立方體試件或圓試件進(jìn)行劈裂試驗作為抗拉標(biāo)準(zhǔn)值，作為數(shù)據(jù)溯源的基本依據(jù)。仿照規(guī)程中的試驗方法，擬在結(jié)構(gòu)上鉆制一個小芯樣，通過在原位進(jìn)行劈裂的方法，采集芯樣徑向方向的劈裂強(qiáng)度，研究原位劈裂抗拉強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)試件的劈裂抗拉強(qiáng)度之間的差異和規(guī)律，確定一種既可以檢測混凝土抗拉強(qiáng)度也可以檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的檢測技術(shù)。
制作不同強(qiáng)度等級的標(biāo)準(zhǔn)立方體試件，每個強(qiáng)度等級共三組，一組進(jìn)行原位劈裂試驗，一組進(jìn)行抗壓試驗，一組進(jìn)行立方體試件劈裂試驗，原位劈裂是在混凝土結(jié)構(gòu)上鉆制直徑Ф44mm，深度44mm混凝土試件，利用原位劈裂試驗裝置將在試件的深度25mm的徑向位置將其劈斷，采集劈裂時的最大峰值劈裂力，用劈裂力除以被劈裂位置的截面積，得到表1第二欄的原位劈裂強(qiáng)度，立方體試件的劈裂強(qiáng)度按照規(guī)范GB/T 50081規(guī)定進(jìn)行試驗，其劈裂標(biāo)準(zhǔn)值的計算按公式:fct=2F/πA=0.637F/A計算，立方體試件的劈裂抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值見表1第三欄，同樣對另一組進(jìn)行抗壓試驗，確定試驗結(jié)果的混凝土抗壓強(qiáng)度，見表1第四欄。要求用原位采集劈裂強(qiáng)度與立方體試件劈裂強(qiáng)度進(jìn)行對比，同時用原位劈裂強(qiáng)度與混凝土抗壓強(qiáng)度、原位劈裂強(qiáng)度與立方體試塊劈裂強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的建立相關(guān)關(guān)系，研究一種可在原位檢測混凝土抗拉與抗壓強(qiáng)度方法。
原位劈裂裝置由左右劈裂頭組成，劈裂頭在深入混凝土圓芯試件25mm的位置設(shè)有兩個對稱的弧形凸頭，用于施加劈裂力，圖1反映了建立原位劈裂與混凝土抗拉與抗壓之間擬合分析的過程。
圖1 建立原位劈裂和試塊劈裂、試塊抗壓的擬合關(guān)系
首先對齡期超過360天，八種強(qiáng)度等級的立方體試件，采用三種不同試驗方法進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果如表1所示。
表1 試驗結(jié)果
從表1中的原位劈裂強(qiáng)度與立方體劈裂強(qiáng)度值進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，原位劈裂抗拉強(qiáng)度值大于立方體試件劈裂強(qiáng)度值，規(guī)范中的圓芯樣劈裂強(qiáng)度是對芯樣試件軸線的位置施加一對劈裂荷載，而原位劈裂是在芯樣的徑向位置施加一對劈裂荷載，為此如果按照規(guī)程的修正方法乘以一個0.637的修正系數(shù)，其原位劈裂強(qiáng)度的修正值將低于立方體試件劈裂強(qiáng)度，為了找出兩種不同條件下，測試結(jié)果之間的規(guī)律及相關(guān)性，分別采用比值修正系數(shù)法、增量修正法以及兩種測試結(jié)果的擬合曲線法?，F(xiàn)分別介紹如下：
1.1比值修正系數(shù)法、增量修正法
分別求出8組試驗數(shù)據(jù)的增量值和比值，求出它們的平均值，比值修正系數(shù)和增量系數(shù)如表2所示。
表2 比值修正系數(shù)和增量系數(shù)（MPa）
其中增量修正系數(shù)為-1.29，比值修正系數(shù)為0.8，與規(guī)程GB/T 50081給出的0.637,修正系數(shù)要大，說明徑向和軸向劈裂存在一定差異，通過對原位劈裂強(qiáng)度分別進(jìn)行增量和比值修正后的結(jié)果如表3所示。
表3 增量和比值修正后的結(jié)果（MPa）
根據(jù)每組修正量值計算得到修正后的劈裂抗拉強(qiáng)度，在計算后得到平均相對誤差均為δ為6.5和7.4，平均標(biāo)準(zhǔn)差е為5.7和6.3，結(jié)果表明比值法修正的誤差比增量法稍大。
1.2原位劈裂與立方體試件劈裂的強(qiáng)度擬合曲線法
原位劈裂強(qiáng)度與立方體試件劈裂強(qiáng)度均來自同一批的混凝土試件，具有內(nèi)在的聯(lián)系，為了確定他們之間的相關(guān)性，通過回歸分析確定他們的相關(guān)系數(shù)和平均相對誤差和平均標(biāo)準(zhǔn)差，最終研究確定合適的擬合曲線，原位劈裂強(qiáng)度與立方體試快劈裂強(qiáng)度的擬合曲線匯總和參數(shù)估計值如表4。
表4 原位劈裂強(qiáng)度與立方體試塊劈裂強(qiáng)度的擬合曲線匯總和參數(shù)估計值
因變量: 試件劈裂
自變量為 原位劈裂。
原位劈裂強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)立方體試件的劈裂強(qiáng)度擬合曲線散點圖見圖2所示。
圖2 原位劈裂強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)立方體試件的劈裂強(qiáng)度擬合曲線
通過回歸分析，其中擬合曲線中直線方程的相關(guān)系數(shù)為0.95，顯著性水平F為50.590，比其他擬合曲線的相關(guān)性和顯著性要好，因此原位劈裂強(qiáng)度與立方體試件的劈裂強(qiáng)度具有線性關(guān)系，誤差分析結(jié)果見表5。
表5 誤差分析結(jié)果 （MPa）
表4誤差分析結(jié)果表明，采用直線方程進(jìn)行擬合分析，其相對平均誤差為δ=6.9%，平均標(biāo)準(zhǔn)差為е=3.2%，比表3中增量修正和比值修正的誤差明顯改善，具有較好的應(yīng)用價值。
1.3原位劈裂與立方體試件抗壓強(qiáng)度的擬合曲線
試驗表明原位劈裂強(qiáng)度與立方體試件的劈裂強(qiáng)度具有較好的相關(guān)性，而原位劈裂強(qiáng)度與混凝土抗壓強(qiáng)度是否相關(guān)？是否顯著？通過分析發(fā)現(xiàn)原位劈裂強(qiáng)度與立方體試件也具有較好的相關(guān)性和顯著性，其原位劈裂與立方體試件抗壓強(qiáng)度的擬合曲線和參數(shù)估計值見表6。
表6 原位劈裂與立方體試件抗壓強(qiáng)度的擬合曲線和參數(shù)估計值
因變量: 試件抗壓
自變量為 原位劈裂。
原位劈裂強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)立方體試件的抗壓強(qiáng)度擬合曲線見圖3所示。
圖3 原位劈裂擬合曲線
通過比較相關(guān)系數(shù)和顯著性檢驗F值，綜合考慮后選擇直線方程作為原位劈裂法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度換算曲線。其相對誤差和標(biāo)準(zhǔn)差如表6所示。
表6 相對誤差和標(biāo)準(zhǔn)差 （MPa）
通過表4的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用直線方程的換算值進(jìn)行方差分析，其方差值小于相關(guān)規(guī)范《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》JGJ/T 23規(guī)定的平均相對誤差δ≤15%和平均標(biāo)注差е≤18%的規(guī)定。因此采用劈裂強(qiáng)度換算混凝土抗壓強(qiáng)度是一種可行的方法。
2 結(jié)論
1）采用原位劈裂法檢測混凝土抗拉強(qiáng)度的技術(shù)可填補(bǔ)檢測領(lǐng)域在原位檢測混凝土抗拉強(qiáng)度技術(shù)領(lǐng)域的空白。
2）劈裂法檢測混凝土抗拉強(qiáng)度具有簡單、可靠、對結(jié)構(gòu)損傷小的優(yōu)點，采用直線方程曲線，其相關(guān)系數(shù)和顯著性指標(biāo)優(yōu)于其他曲線，誤差分析表明，其相對誤差和標(biāo)準(zhǔn)差均小于增量修正法和比值修正法，即原位劈裂檢測直線方程作為推薦曲線。
3）采用原位劈裂法不但可以檢測混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，也可以檢測混凝土抗壓強(qiáng)度，一次采集的原位劈裂參數(shù)可以分別推算混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度，是一種綜合檢測技術(shù)。
4）由于原位劈裂法的試驗數(shù)據(jù)有限，更深入的研究還需要更多的試驗數(shù)據(jù)，相信此法是一種非常有效的檢測技術(shù)，必將受到用戶的認(rèn)可和歡迎。
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