浅析钻芯法检测混凝土强度的尺寸效应

(华北理工大学 河北 唐山 063210)

一、引言

随着社会的飞速发展，高层及超高层的普及，钢筋混凝土结构所用的钢筋直径越来越粗，其间距也越来越密。再加之高强混凝土的运用，在采用钻芯法检测混凝土抗压强度时，要钻取标准直径为100mm混凝土芯样的难度也逐渐加大。不仅如此，采用大芯样还减小了构件的有效面积，结构的受力钢筋可能也随之受到破坏。尤其是，对重要结构的核心部位(如薄壁柱、梁柱节点)钻芯取样时存在一定风险。所以，有必要对小直径芯样代替标准直径芯样(直径=100mm)进行深入研究。

二、文献综述

目前，国内外研究者对中小直径芯样在钻芯法检测混凝土强度中的应用进行了较多的研究，取得了许多的研究成果：

序号研究者/时间主要结论1黄陶[1],2004混凝土强度在40-55MPa时,直径73mm,高度70mm或直径70mm、高度100mm的混凝土芯样强度与标准芯样强度很接近:f73,100:f100,100=0.9,f73,70:f100,100=1.03。2Omer Arioz[2],2007高径比相同时,随着芯样直径的减小,芯样强度逐渐增大;这种效应在l/d=2时比l/d=1时更明显并随着混凝土强度等级的提高而减弱。3刘梦溪[3],2012直径相同时,随着高径比的增大,换算系数逐渐增大,即随着高径比的增大,芯样强度逐渐减小。4李翀[4],2013泵送混凝土50mm芯样的抗压强度平均值与标准试件测得的抗压强度平均值为1.01;喷射混凝土50mm芯样的抗压强度平均值与标准试件测得的抗压强度平均值为0.9。5刘红义[5],2013在直径为100mm、67mm、49mm、32mm情况下,当高径比小于等于1时,随着直径的减小,芯样强度逐渐增大;当高径比为1.5和1.2时,随着直径的减小,芯样强度先增大后减小。6Reddy&Wanjari[6],2018直径一定,高径比降低,芯样抗压强度提高。芯样抗压强度随直径增加而增大,然而抗压强度变化不明显。

三、试验研究[7-9]

(一)试验原材料

试验选用本地具有代表性的原材料。水泥：“冀东牌”32.5R普通硅酸盐水泥和42.5R普通硅酸盐水泥；减水剂：聚羧酸减水剂，减水率为30%；砂子：迁安县的天然河砂，细度模数为2.6；碎石：迁安生产的天然碎石，粒径5-20mm。

(二)芯样制取

浇筑八个混凝土等级：C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55，尺寸为2500mm×1650mm×200mm的试件，采用振捣棒振捣；自然养护;坍落度大于220mm。

芯样钻取位置：每个试件均匀布置18个250mm×250mm测区,每个测区分别钻取直径100mm芯样2个,直径70mm芯样1个,直径50mm芯样1个，将所有钻取的芯样统一编号。

(三)芯样加工[10]

注意控制锯切割速度，在磨平机上磨平端面，可用聚合物水泥砂浆、环氧胶泥、水泥净浆或水泥砂浆补平端面，也可采用硫磺胶泥补平。最终抗压试验的芯样试件尺寸应符合如下规定：a.沿芯样试件高度的任一直径与平均直径相差不得大于2mm；b.抗压芯样试件端面的不平整度在100mm长度内不得大于0.1mm；c.芯样试件端面与轴线的不垂直度不得大于1°；d.芯样不得有裂缝或有其他较大陷。

四、试验结果及分析

本实验制作了较多的芯样试件，采用格拉布斯检验法[11]对可疑数据进行剔除。制作了直径为100mm、70mm、50mm不同直径芯样抗压强度值折线图。

图1 直径100mm芯样抗压强度值

图2 直径70mm芯样抗压强度值

图3 直径50mm芯样抗压强度值

根据折线图，直径100mm、70mm、50mm在高径比为1:1时，芯样抗压强度值离散性最小；直径50mm、高25mm的小芯样抗压强度值离散性较大。当芯样直径一定时，随着高径比的减小，芯样强度逐渐增大；在直径100mm、50mm时，随着高径比的减小，芯样强度值离散性有逐渐增大的趋势，表现为不稳定。

五、结论

(1)综合多方面的研究分析，一般当芯样直径一定时，随着高径比的减小，芯样强度逐渐增大；一些情况下的非标准芯样较标准芯样离散性大，表现不稳定。

(2)不同研究者的结果会有所差异，这可是由于实验者采用的试验方法，养护条件，试验材料性能等有所差异造成的。我国幅员辽阔，东西南北地理环境差别较大，推行全国统一标准可能会有较大阻碍，各地应当采用具有地方代表性的材料，适合的试验方法来制定符合本地情况的换算系数。