建立回弹法地区测强曲线的试验因素分析

朱仁旺,詹炳根,胡星宇,完海鹰

(1.合肥工业大学 土木与水利工程学院,安徽 合肥 230009; 2.土木工程结构与材料安徽省重点实验室,安徽 合肥 230009)



建立回弹法地区测强曲线的试验因素分析

朱仁旺1,2,詹炳根1,2,胡星宇1,2,完海鹰1,2

(1.合肥工业大学 土木与水利工程学院,安徽 合肥 230009; 2.土木工程结构与材料安徽省重点实验室,安徽 合肥 230009)

文章结合《安徽省回弹法检测泵送混凝土抗压强度规程》编制的相关试验工作,从测强曲线的精度和误差角度,分析研究了试验设计对建立回弹法地区测强曲线的影响。结果表明:建立测强曲线所需要进行的试验有一个最少组数;试件应涵盖各等级强度范围,而且试件组数要均匀;建立回弹法地区测强曲线宜考虑碳化深度的影响。文中所得结论对建立回弹法地区测强曲线和专用曲线具有参考价值。

回弹法;测强曲线;混凝土

0 引 言

回弹法检测混凝土抗压强度简便、灵活、准确、可靠、快速、经济,是目前我国工程检测中应用最为广泛的检测方法之一[1]。建立测强曲线,即建立混凝土强度与回弹值、碳化深度参数的关系曲线。测强曲线的精度决定了回弹性的测试精度,为了更准确地推测混凝土的抗压强度,在给出了统一的测强曲线基础上,规定可以建立地区测强曲线和专用测强曲线[2]。测强曲线的精度主要根据相关系数、平均相对误差和相对标准差来确定。在行业标准中明确规定,要建立地区测强曲线,其平均相对误差≤14%,相对标准差[2]≤17%。

建立测强曲线依赖于统计方法。在建立安徽省地区测强曲线时,对大量的试件做碳化深度和回弹试验,利用最小二乘法[3],分别采用线性函数、二次函数、三次函数、对数函数、幂函数和指数函数形式建立测强曲线,结果表明，幂函数拟合出的测强曲线所得出的平均相对误差和相对标准差相对较小,而且相关系数较大,因此本文采用幂函数的形式拟合安徽省地区测强曲线,所有平均相对误差和相对标准差均采用幂函数拟合测强曲线而得出。

在统计方法中,样本的数量与分布对结果有较大影响。样本的数量越大,样本分布越均匀,统计方法的代表性越好。但在建立地区测强曲线的过程中,应做多少组试验,试验混凝土的强度分布应当如何安排,这些问题并没有统一的说明与规定。另外,对于碳化深度对测试结果的影响,特别是高强混凝土的碳化深度问题,存在着2种不同的观点：观点1认为混凝土碳化深度会直接影响回弹法检测结果[4-8]；观点2则认为碳化深度一般仅在表面几毫米的范围内,对检测结果影响不大[9-11]。高强混凝土抗压强度的换算值也并未考虑碳化深度的影响[12]。本文结合《安徽省回弹法测泵送混凝土抗压强度规程》编写的相关试验工作,对这些影响因素进行探讨。

1 试件组数对测强曲线的影响

编制《安徽省回弹法测泵送混凝土抗压强度规程》的过程历时2 a,先后进行了5 756组回弹值、抗压强度和碳化深度试验测试。 混凝土试件为标准试件(150 mm×150 mm×150 mm),强度范围为10～90 MPa,龄期范围为14～360 d,当试件分别为484、1 082、1 681、2 021、2 658、3 005、3 295、3 629和4 202组时,试件组数与相关系数和平均相对误差的关系如图1所示。

图1 试件组数与相关系数、平均相对误差和相对标准差的关系

从图1可以看出,试验试件组数越多,相关系数越好,平均相对误差和相对标准差也越小。在试验组数少于3 000组时,相关系数与试件组数基本上呈线性关系，平均相对误差和相对标准差随试件组数的增加而变小；但当试验组数为3 000组时,相关系数已经趋近于0.9,而且平均相对误差和相对标准差也都已经趋于稳定。因此,建立测强曲线的试验必须达到一定的数量，建议试验试件组数的最少组数为3 000组。

2 强度分布对测强曲线参数的影响

2.1 设计强度及分布对测强曲线参数的影响

利用《安徽省回弹法测泵送混凝土抗压强度规程》的实验数据,取其中强度为10～60 MPa的总共4 202组数据和60～90 MPa的总共1 554组数据,利用这些数据分别建立测强曲线,其相关系数、平均相对误差和相对标准差,见表1所列。

表1 不同强度的相关系数、平均相对误差和相对标准差

从表1可看出,高强部分的平均相对误差和相对标准差都要比低强部分的小得多,更易达到所要求的取值范围。以上所有测强曲线的强度平均相对误差δ和相对标准差er的计算公式为:

(1)

(2)

(3)

(4)

利用《安徽省回弹法测泵送混凝土抗压强度规程》编制中得到的实验数据,取其中强度为10～60 MPa的总共3 132组数据,从这 3 132组数据中随机取强度范围10～60 MPa、20～30 MPa、50～55 MPa的数据各500组,分别进行拟合,得到测强曲线时的相关系数、平均相对误差和相对标准差,见表2所列。

表2 各阶段强度相关系数、平均相对误差和相对标准差

从表2可以看出,随机取强度为10～60 MPa的500组数据时的相关系数、平均相对误差和相对标准差比仅仅取强度为20～30 MPa和50～55 MPa时的都要好。所以在建立10～60 MPa的测强曲线不能仅仅取其中的20～30 MPa或者50～55 MPa等部分数据,应当在10～60 MPa的所有强度等级获取数据。

2.2 强度均匀分布对测强曲线参数的影响

强度在10～60 MPa范围内,随机取10～20 MPa、20～30 MPa、30～40 MPa、40～50 MPa和50～60 MPa的各阶段强度范围的实验试件数量均为400组,总共2 000组实验试件,视为10～60 MPa各阶段强度范围的实验试件数量均匀,而取强度在10～60 MPa范围内的各阶段强度范围的实验试件数量分别为90、500、200、710、510时,视为不均匀。利用这些均匀和不均匀的数据分别拟合10～60 MPa的测强曲线,其相关系数、平均相对误差和相对标准差,见表3所列。

从表3可以看出,利用10～60 MPa中10～20 MPa、20～30 MPa、30～40 MPa、10～50 MPa和50～60 MPa各阶段强度范围均匀的2 000组数据拟合10～60 MPa的测强曲线,其相关系数、平均相对误差和相对标准差比不均匀时的都要好,因此建议在建立测强曲线时,各阶段强度范围所取实验试件数量要平均。若不均匀,比如高强混凝土占所取数据的绝大部分,而低强混凝土数据少,则做出来的平均相对误差就会小,反之则平均相对误差就会大,因为所有平均相对误差都按(1)式计算,所以在建立测强曲线时所取的混凝土在各阶段强度范围内都要有,而且要平均。

表3 试件数量均匀性的相关系数、平均相对误差和相对标准差

3 碳化深度对测强曲线的影响

混凝土碳化是指水泥中的水化产物与周围环境中的CO2等酸性气体发生反应,生成碳酸盐或其他物质并引起混凝土中性化的现象[14]。碳化是影响混凝土表面硬度的最主要因素,碳化使得表面硬度增大,通过碳化修正后的回弹值和抗压强度有着比较好的关系[15]。考虑碳化深度是我国回弹法测混凝土强度的特色,20世纪80年代初,我国在编制回弹法规程时就考虑了碳化深度的影响。

在建立《安徽省回弹法测泵送混凝土抗压强度规程》过程中共对标准试件150 mm×150 mm×150 mm做了5 756组试验,试验的标准试件强度范围为10～90 MPa,龄期范围为14～360 d。本文把抗压强度在10～60 MPa范围内的泵送混凝土称为普通泵送混凝土,把抗压强度在60～90 MPa范围内的混凝土称为高强泵送混凝土,在建立普通泵送和高强泵送混凝土测强曲线时是否考虑碳化深度的情况见表4所列。

表4 普通混凝土(10～60 MPa)是否考虑碳化深度的情况

从表4可以看出,在建立普通泵送混凝土测强曲线时,考虑碳化深度影响时的相关系数、平均相对误差和相对标准差比不考虑碳化深度影响时明显要好一些；在建立高强泵送混凝土测强曲线时,考虑碳化深度影响时的相关系数、平均相对误差和相对标准差比不考虑碳化深度影响时要稍微好一些。建议在建立测强曲线时,不管是普通泵送混凝土还是高强泵送混凝土,都应该考虑碳化深度的影响。

4 结 论

(1) 建立地区测强曲线时,有最小的试件组数要求,本文建议至少3 000组。

(2) 各强度等级的试件都要有,而且试件组数要均匀。

(3) 建立地区测强曲线时,应考虑碳化深度的影响。

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(责任编辑 闫杏丽)

Influence of test factors to the establishment of regional strength detection curve by rebound method

ZHU Renwang1,2,ZHAN Binggen1,2,HU Xingyu1,2,WAN Haiying1,2

(1.School of Civil and Hydraulic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China; 2.Anhui Key Laboratory of Structure and Materials in Civil Engineering， Hefei 230009, China)

The influence of test design to the establishment of regional strength detection curve by rebound method is analyzed from the perspectives of accuracy and error based on the related tests for compiling the Code for Testing of Compressive Strength of Pumped Concrete by Rebound Method in Anhui Province. The results show that there exists a minimum number of test set to establish the strength detection curve. The strength of all specimens should be distributed uniformly in whole strength range. And the effect of carbonation depth should be considered in the process of the establishment of strength detection curve. The study is valuable for the establishment of regional strength detection curve by rebound method and other special curves.

rebound method; strength detection curve; concrete

2015-04-23；

2015-07-14

安徽省建设厅科技资助项目(建标[2013]56)

朱仁旺(1989-),男,安徽安庆人,合肥工业大学硕士生;

詹炳根(1964-),男,安徽庐江人,博士,合肥工业大学教授,硕士生导师;

完海鹰(1960-),男,安徽合肥人,博士,合肥工业大学教授,硕士生导师.

10.3969/j.issn.1003-5060.2016.10.018

TU528.07

A

1003-5060(2016)10-1386-04