后装拔出法检测PP—ECC抗压强度的试验研究

卜良桃 侯琦 陈送送

摘 要：模拟实际工程加固情况，对5种强度等级的水泥聚丙烯纤维砂浆（PPECC）试件进行了后装拔出法检测砂浆抗压强度的试验研究；对加固层纤维砂浆有无布置钢筋网时的拔出力数值进行对比，研究了不同钢筋网间距对拔出力的影响；分析了后装拔出法应用于实际工程中的可行性.试验结果表明：水泥聚丙烯纤维砂浆后装拔出力与其抗压强度之间存在显著的线性相关性；对砂浆拔出力值随着钢筋网间距的变化而变化；后装拔出法检测水泥聚丙烯纤维砂浆在加固工程中具有广泛的实用性，满足实际工程需要.

关键词：聚丙烯纤维水泥砂浆；后装拔出法；测强曲线；回归分析；工程应用

中图分类号：TU599 文献标识码：A

Experimental Evaluation of the Strength

of Polypropyleneengineered Cementitious Composite

in the Postinstalled Pullout Method

BU Liangtao，HOU Qi，CHEN Songsong

（College of Civil Engineering， Hunan Univ， Changsha， Hunan 410082， China）

Abstract： By simulating the fact circs of project reinforcement， an experimental study in the postinstalled pullout method was conducted for the evaluation of the strength of polypropyleneengineered cementitious composite with five strength grades. We compared the pullout force of PPECC with steel mesh with that without steel mesh. The effect of different steel mesh spacing on the pullout force was studied. The feasibility of the method in practical projects was analyzed. Test results have indicated that there is a significant linear correlation between the pullout force of PPECC and its compressive strength. The pullout force changes with the steel mesh spacing. The postinstalled pullout method has widespread applications in project reinforcement and meets the demand of practical projects.

Key words：polypropyleneengineered cementitious composite； postinstalled pullout method； strength curve； regression analysis； engineering application

近年来，水泥复合砂浆钢筋网加固混凝土构件的技术在国内外有着较大的发展，水泥聚丙烯纤维砂浆具有抗压强度高、延性好、耐高温及造价低廉等显著优点，是一种十分常见的水泥复合砂浆材料^{[1].目前，水泥聚丙烯纤维砂浆已在工程加固领域被广泛应用.与工程中混凝土抗压强度具有多种成熟的检测方法不同，行业内针对构件加固层水泥聚丙烯纤维砂浆抗压强度的现场检测尚无标准.}

国内外许多学者对后装拔出法检测混凝土强度进行了大量的研究，我国也已颁布《拔出法检测混凝土强度技术规程》（CECS69：2011）.考虑到砂浆与混凝土材性的相似性，本文采用后装拔出法检测PPECC抗压强度，取得了较好的试验结果，并建立考虑到钢筋网间距的水泥聚丙烯纤维砂浆测强曲线，为今后的工程应用作出探索.

1 试验方案

1.1 试验材料选择

水泥：掺入聚丙烯纤维等成份的水泥；砂：细度模数为2.3～2.6的中砂；钢筋：湖南涟源钢铁集团有限公司生产的Φ6钢筋；水：自来水；混凝土：某商品混凝土公司搅拌站提供.

1.2 试验试件设计及试验过程

浇筑尺寸为250 mm×250 mm×300 mm，强度等级为C20的素混凝土试块120个，标准条件下进行养护.

湖南大学学报（自然科学版）2013年

第7期卜良桃等：后装拔出法检测PPECC抗压强度的试验研究

本次试验采用5个强度等级的水泥聚丙烯纤维砂浆，每个强度等级中各钢筋网间距情况下的试件均为6组（即相对应试块数量6个），每组加固用砂浆预留70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的立方体试块3个，用来测定水泥聚丙烯纤维砂浆的抗压强度.试验试件参数设置如表1所示.

素混凝土试块14 d进行养护后，参照文献[1-4]中的施工工艺采用水泥聚丙烯纤维砂浆（钢筋网）进行加固处理.

加固试件及预留的水泥聚丙稀纤维砂浆立方体试块在标准条件下养护28 d后，进行数据采集.采用TYA2000型电压式压力试验机将预留的立方体试块加荷载至破坏；使用SFTQ50后装拔出法强度检测仪，对加固层水泥聚丙烯纤维砂浆进行拉拔试验，做法参照文献[5].试验装置如图1所示，设置了钢筋网的试件拔出点位置选择如图2所示，没有设置钢筋网的砂浆层拔出点位于试件表面的中心.

（a） 拔出装置侧视图 （b） 拔出装置俯视图

1-拉杆，直径d1=10 mm；2-胀簧；3-对中圆盘；

4-反力支撑，内径d3=55 mm；5-胀杆；锚盘直径d2=25 mm；

锚固深度h=25 mm；h1-钻孔深度

2 无钢筋网砂浆试验结果与分析

2.1 数据处理

试验的相关数据采集结果见表2.

2.2 试验数据回归分析

国内外相关研究提出了水泥聚乙烯醇纤维砂浆的后装拔出力极限值与其抗压强度之间的线性关系式^[6].

根据表2，将试件加固层水泥聚丙烯纤维砂浆的拔出力极限值与其立方体抗压强度值对应组合，参照推荐的回归方程式，进行回归计算分析^[7]：

fm2，e=aF0+b （1）

式中fm2，e为砂浆抗压强度推定值（MPa）；F0为拔出力极限值（kN）；a，b为测强公式回归系数.

按照文献[5]的数学知识，通过计算分析得出a，b的数值分别为1.92，12.90.由式（1）所得出的拟合直线方程式为：

fm2，e=1.92F0+12.90（2）

将数据进行回归分析并最终得出水泥聚丙烯纤维砂浆测强曲线如图3所示.

拔出力极限值F0/kN

2.3 回归分析的显著性检验

相关性系数r表示水泥聚丙烯纤维砂浆抗压强度推定值fm2，e与其拔出力极限值F0的线性关系的密切程度.平均相对误差δ是反映方程值偏离实际值范围的参数.相对标准差er可以衡量回归方程所揭示的规律性强弱.

参照文献[7]，将试验数据代入相关数学公式，计算出r=0.986，δ=±3.40%，er=3.92%. |r|值接近于1，说明水泥聚丙烯纤维砂浆抗压强度推定值fm2，e与拔出力极限值F0之间存在良好的线性相关性.拟合的方程式的准确度高，比较接近实际情况.er小于文献[3]所设定的相对标准差12%，表明回归方程预测的强度值较为精确.

经过对线性回归分析的显著性检验，表明水泥聚丙烯纤维砂浆抗压强度推定值fm2，e和拔出力极限值F之间存在显著而可靠的线性关系.

3 不同钢筋网间距加固层砂浆试验结果与

分析

加固层设置钢筋网时，水泥聚丙烯纤维砂浆拔出力极限值的数据采集情况及分析比较见表3.

由表3可知，在水泥聚丙烯纤维砂浆抗压强度等级相同的情况下，加固层布置钢筋网时砂浆的拔出力极限值与未布置钢筋网时的拔出力极限值相比有所增大，且随着钢筋网间距的变化，拔出力极限值的增大幅度不同.相同强度等级砂浆在钢筋网间距为50 mm×50 mm， 75 mm×75 mm， 100 mm×100 mm时，相应拔出力极限值相对无钢筋网时的极限值提高幅度分别为6.7%，21.3%和11.5%，从其提高幅度的趋势来看，随着钢筋网间距的增大，砂浆拔出力极限值的提高幅度先增大后减小.

实际工程中，特别是混凝土构件的加固设计施工中，加固层中一般都会布置钢筋网，且钢筋网间距规格不止上述3种.在钢筋网间距对拉拔力的影响研究并不系统完善的情况下，建议对不同钢筋网间距影响极限值的幅度大小进行插值近似计算.

通过差值计算，同强度等级水泥聚丙烯纤维砂浆层设置钢筋网时的拔出力极限值与不设置钢筋网时的拔出力之间的关系式为：

F′=1.067+0.146（d-50）25·F0

（50 mm≤d≤75 mm）（3）

F′=1.213-0.098（d-75）25·F0

（75 mm≤d≤130 mm） （4）

式中F′为加固层设置钢筋网情况下的拔出力极限值；d为钢筋网间距.

将式（3），（4）代入式（2），可得出水泥聚丙烯纤维砂浆抗压强度与拔出力极限值之间的关系如下：

fm2，e=1.92F·2519.375+0.146d+

12.90（50 mm≤d≤75 mm） （5）

fm2，e=1.92F·2537.675-0.098d+

12.90（75 mm≤d≤130 mm）（6）

fm2，e=1.92F+12.90（d≥130 mm）（7）

4 与其他砂浆测强曲线的对比分析

我国学者对后装拔出法检测混凝土强度的方法进行了一定的探索，如华南理工大学的张斌、哈尔滨工业大学的姜宏波等对各自地区的后装拔出法测强曲线进行了研究，研究显示不同地区的混凝土测强曲线存在一定的差异.而对水泥纤维砂浆的后装拔出法的研究则较罕见，通过对笔者参与的不同水泥纤维砂浆的后装拔出法测强曲线进行对比分析^{[8]，结果如表4和图4所示.}

从表4和图4中可以看出，不同种类水泥纤维砂浆的后装拔出法测强曲线之间存在着明显的区别：水泥聚乙烯醇纤维砂浆和水泥钢纤维砂浆在同种装置试验的情况下，测强曲线存在差异的主要原因是砂浆中所掺纤维的特性差异较大.聚丙烯纤维砂浆与另外两种纤维砂浆的测强曲线存在差异的原因除了纤维性能的差异外，更主要的原因则是试验仪器装置參数的不同；且本次水泥聚丙烯纤维砂浆测强曲线的建立过程中，试验试件在最大程度上模拟了实际加固工程，另两种水泥纤维砂浆的试验试件均为水泥纤维砂浆立方体试块.

从上述3种水泥纤维砂浆回归曲线的相关系数和相对标准差的对比中可以看出，圆环支撑式设备比三点支持式设备的应用稳定性更好.

拔出力F/kN

5 工程应用分析

由于加固层水泥聚丙烯纤维砂浆的厚度一般在25～40 mm，传统的回弹法精度不高、钻芯法受到适用条件的限制，并不能很好地应用于其抗压强度的现场检测，而后装拔出法设备特别是圆环支撑方式的后装拔出法强度检测仪器则不受上述条件限制.通过上述试验数据的统计分析，也证明该方法具有较高的准确性.另外，后装拔出法检测过程中只会形成轻微的破损，检测之后的修复较为简便.综上所述，在加固工程中，采用后装拔出法检测水泥聚丙烯纤维砂浆的抗压强度具有广泛的实用性.

6 结 论

通过本次后装拔出法检测水泥聚丙烯纤维砂浆抗压强度的试验研究，可以得到以下结论：

1）水泥聚丙烯纤维砂浆的后装拔出法拔出力极限值与其抗压强度之间存在显著的线性相关性.本次研究提出了相应的拟合直线方程.该回归曲线可以用来预测该种砂浆的抗压强度.

2）构件加固层中钢筋网的布置对水泥聚丙烯纤维砂浆的拔出力极限值存在一定影响，极限值提高幅度随着钢筋网间距的变大先增大后减小.

3）后装拔出法检测构件加固层水泥聚丙烯纤维砂浆的抗压强度，在加固工程领域中有着广泛和良好的工程实用性.

参考文献

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SHANG Shouping. High performance cement mortar steel reinforced concrete composite structure design and construction guidelines [M].Beijing：China Architecture and Building Press，2008：160-164.（In Chinese）

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BU Liangtao， CHEN Jun. Experimental on fullscale RC beam reinforced by polyvinyl alcoholengineered cementitious mortar in flexure subjected to secondary load [J]. Journal of Hunan University：Natural Sciences，2011，38（1）：1-7. （In Chinese）

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ZENG Jinping. Numerical computing methods [M].Changsha： Hunan University Press，2004：85-106. （In Chinese）

[8] 李静媛.后装拔出法检测纤维水泥砂浆抗压强度试验研究[D].长沙：湖南大学土木工程学院， 2010.

LI Jingyuan. Experimental research on fibre reinforced cement mortar strength by pullout postinsert method [D].Changsha： College of Civil Engineering， Hunan University，2010.（In Chinese）