砂盒法检测混凝土芯样抗压强度的试验研究

2013-04-15时光明

建材世界 2013年2期

邵珊，洪波，时光明

（1.广州市建筑材料工业研究所有限公司，广州 510663；2.广东省材料与构件防火检测技术企业重点实验室，广州 510663）

钻芯法检测结构混凝土强度是最能直接反映混凝土建筑结构实体质量的方法，并且也被认为是最直观和较为准确的方法［1－2］。然而混凝土芯样抗压强度的高低在试验中受诸多因素影响，主要是混凝土芯样锯切加工成形时，由于受到振动、夹持不紧、偏斜等因素的影响，芯样端面的不平整度及不垂直度常常不能满足试验要求，芯样的几何形状偏差会造成芯样在抗压试验中产生局压、轴压力偏心、受压截面变小等情况，这些都会直接影响到芯样抗压试验的抗压强度。

根据国家标准CECS 03：2007《钻芯法检测混凝土强度技术规程》，对于切割后的混凝土芯样宜采取在磨平机上磨平端面的处理方法，也可采取环氧胶泥或聚合物水泥砂浆补平芯样端面［3］。采用磨平机对芯样端面进行磨平处理，有时不一定能满足芯样端面的不平整度在100mm长度内小于0.1mm的要求，芯样在不同的端面平整度时，极限强度差值是比较明显的。采用补平法的缺点是检测周期长，有时工期短，无法满足委托方要求。而且补平法加工芯样，做抗压强度试验时，芯样端面受力仍有不均匀现象，对基体的抗压强度有一定影响。

针对目前混凝土芯样抗压试验中容易产生的上述种种问题，该文提出采用砂盒法用于芯样抗压强度试验，对其作用原理作出论述，同时进行验证试验，并与补平法及磨平法的试验结果进行对比，研究其在混凝土芯样抗压强度检测中的可行性。

1 砂盒法作用原理

桩基试验时一般在千斤顶与试桩帽之间用砂层补平、托梁面与主梁底间用砂找平，从此类试验的经验看出，砂粒的抗压强度极高，在周围有约束的情况下，能承受非常大的平面压力亦不会压碎，并且能很好地发挥其传力的作用。鉴于砂具有良好的找平和传力作用，该文将其应用于混凝土芯样的找平。钢车制用以盛砂的两个盒子，砂盒的孔径稍比芯样直径大些（见图1），先将砂填入砂盒内，然后将锯切后的芯样放置于两砂盒的中间（见图2），然后置于压力机上进行抗压强度试验。作为传递轴压力的砂，一般采用中细砂，砂的含水率适中，能用手揸成砂团为宜。

砂盒的作用在于把试验机的轴压力P均匀作用在芯样的两个端面上，使芯样的两个端面在虽然有些不平整或倾斜的状态下，仍然能受到轴压力P的均匀垂直作用。其作用原理是利用砂盒内砂粒的空隙在压力作用下的挤压，砂粒在盒内向芯样端面稍低处产生相对移动，由于砂盒周边对砂粒的约束，砂粒不可能从盒内挤出而向疏松不密处移动挤压，填补了芯样端面与砂盒内端面之间的空隙和较疏松的砂层位置，砂垫层在不断的填补和不断的挤压，使砂盒内的砂层密实均匀，压力自动调整至均衡状态，即在芯样端面上每一点的位置的压力p处于均等状态，且由于芯样底端的反力R作用而使作用在芯样内的轴压力N垂直于芯样的水平截面上（见图2）。

从上述分析，采用砂盒的作用原理进行混凝土芯样抗压试验，能使轴压力均匀分布在芯样的两端面上，就算芯样端面在不平整或有不平行的状态下，轴压力始终能均匀垂直作用在芯样上，从而降低了芯样在抗压试验中，由于芯样端面不平整或不平行而产生局压破坏的影响，从而能获得芯样比较真实的抗压强度结果。

2 试验内容

2.1 试验材料及仪器设备

2.1.1 试验材料

混凝土芯样试件，直径82mm；自来水；砂；补平材料，聚合物水泥砂浆。

2.1.2 仪器设备压力试验机，精度1级；数显卡尺，分度值0.02mm；芯样切割机；磨平机；砂盒（自制加工），内径85mm，外径95mm。

2.2 试验方法

根据CECS 03∶2007《钻芯法检测混凝土强度技术规程》，分别在5个不同构件部位钻取芯样，每个相同构件部位钻取3组共15组芯样进行试验，并按照此技术规程切割加工成高径比为1∶1的芯样试件。取两个构件部位的6组芯样试件分别用于研究砂的含水率和砂的细度模数两个影响因素，从而确定砂盒法用砂和水的最佳配比。另外3个构件部位的9组芯样试件分别采用砂盒法、补平法和磨平法3种端面处理方法后进行试验，对这3种端面处理方法的试验结果进行比对和讨论。

3 试验结果

3.1 砂的含水率对砂盒法用于芯样抗压强度的影响

取一个构件部位的三组芯样，采用细度模数为2.6的中砂，分别配置3%、6%和9%含水率的砂进行试验，试验结果见表1。

从表1的试验结果可以看出，采用不同含水率的砂进行试验时，抗压强度结果差别很小，3组结果偏差在1%以内，所以当砂的细度模数相同时，砂的含水率对混凝土芯样抗压试件的抗压强度影响并不大。因此在用砂盒法进行芯样抗压强度的实际试验操作过程中，只需砂的含水率适中，能用手揸成砂团为宜。

表1 砂盒法采用不同含水率的砂的试验结果

3.2 砂的细度模数对砂盒法用于芯样抗压强度的影响

另取一个构件部位的三组芯样，分别采用细度模数为1.9、2.3和2.6的中砂进行试验，含水率控制在6%，试验结果见表2。

由表2可以明显看出，采用细度模数为1.9的细砂进行试验，芯样试件的抗压强度低于采用中砂的芯样试件，而采用细度模数为2.3和2.6的中砂，芯样试件的抗压强度结果比较相近，由此可以说明采用砂盒法时，使用中砂进行实验优于采用细砂，这应该是由于细砂粒径过小，砂粒过细，砂的表面积较大，粘结性较差，在进行砂盒法试验时，不能很好的起到对芯样端面进行矫平的作用，砂子传力不均匀，而且细砂没有中砂抗压强度高，从而导致采细砂的试验结果比中砂低。因此在用砂盒法进行芯样抗压强度试验时，应选用中砂进行试验。

表2 砂盒法采用不同细度模数的砂的试验结果

3.3 采用三种端面处理方法的试验结果比对

将剩余三个构件部位的九组芯样分别采用砂盒法、磨平法、补平法进行端面处理，制成三组对比试验芯样试件，然后进行抗压强度试验，试验结果见表3。

表3 采用不同端面处理方法的试验结果

由表3的结果表明，砂盒法与磨平法进行端面处理后的芯样，抗压强度结果比较接近，而补平法进行端面处理后，芯样的抗压强度比采用砂盒法以及磨平法的芯样低了一个强度等级，有些强度结果甚至相差7MPa、8MPa。对于锯切后芯样的处理方法，CECS 03∶2007《钻芯法检测混凝土强度技术规程》规定“对于锯切后的芯样应进行端面处理，宜采取在磨平机上磨平端面的处理方法，也可采取环氧胶泥或聚合物水泥砂浆补平；抗压强度低于40MPa的芯样时间，可采用水泥净浆或聚合物水泥砂浆补平”，从文字表达上可以看出，该规程表示在条件许可时首先应采用磨平法进行端面处理，在一定条件下也可以采用补平法。山东省建科院成勃等人研究了端面补平材料对芯样抗压强度的影响，他们发现磨平法加工的芯样进行抗压试验时，芯样端面受力均匀，能反应芯样的实际抗压强度；而补平法加工的芯样进行抗压强度试验时，芯样端面有受力不均匀现象，从而影响抗压强度结果［4］。上海市建设工程质量检测中心的徐勤等人也研究了端面处理对钻芯法检测混凝土强度的影响，他们研究发现机械磨平的抗压强度与同条件养护标准混凝土立方体试块最为接近，而采用硫磺补平的芯样抗压强度则比磨平法偏低5%～9%［5］。由此可见，在实际检测过程中，按照CECS 03：2007规程，对芯样加工的处理方法应采用磨平法为宜，这与这次对比试验结果相吻合。同时从三种端面处理方法的试验结果也可以充分说明砂盒法试验的可行性以及其试验结果的准确性，虽然与磨平法的试验结果有一点偏差，但是对整体试验结果的判定没有太大影响。