卜良桃，劉德成

(湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410082)

纖維水泥砂漿用先裝拔出法檢測強(qiáng)度的制訂標(biāo)準(zhǔn)研究*

卜良桃?，劉德成

(湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410082)

借鑒混凝土抗壓強(qiáng)度檢測方法，對(duì)采用9種強(qiáng)度等級(jí)纖維水泥砂漿(聚丙烯纖維水泥砂漿、聚乙烯醇纖維水泥砂漿及鋼纖維水泥砂漿)加固的混凝土構(gòu)件加固層進(jìn)行先裝拔出試驗(yàn)，對(duì)預(yù)留的纖維水泥砂漿試塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，利用最小二乘法對(duì)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，從而得到3種纖維水泥砂漿強(qiáng)度測強(qiáng)公式，最后對(duì)測強(qiáng)公式進(jìn)行相關(guān)性評(píng)價(jià)，由評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，兩者之間線性關(guān)系較好．該方法具有較高的精度和實(shí)用性，可在工程實(shí)踐中推廣應(yīng)用.

纖維水泥砂漿；先裝拔出試驗(yàn)；最小二乘法；測強(qiáng)公式；回歸分析

目前，纖維水泥砂漿鋼筋網(wǎng)加固法作為一種新型加固技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固工程之中應(yīng)用得越來越廣泛[1]，但對(duì)于纖維水泥砂漿強(qiáng)度的現(xiàn)場檢測仍沒有專門的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn).相比較而言，拔出法作為一種混凝土強(qiáng)度檢測方法應(yīng)用已比較成熟，而且我國先后制訂了拔出法檢測混凝土強(qiáng)度的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).筆者借鑒拔出法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)制訂的研究思路，采用山東樂陵回彈儀廠生產(chǎn)的ZH-60多功能型后錨固法強(qiáng)度檢測儀，并重新設(shè)計(jì)了適用于纖維水泥砂漿的錨固件及其固定裝置，對(duì)聚乙烯醇纖維水泥砂漿、聚丙烯纖維水泥砂漿以及鋼纖維水泥砂漿現(xiàn)場強(qiáng)度檢測進(jìn)行試驗(yàn)研究.

有文獻(xiàn)表明，當(dāng)加固鋼筋網(wǎng)間距大于75 mm時(shí)，鋼筋網(wǎng)對(duì)拉拔力幾乎無影響[2].實(shí)際工程中加固鋼筋網(wǎng)的間距往往超過75 mm，故本試驗(yàn)在被加固構(gòu)件上未設(shè)置鋼筋網(wǎng).同時(shí)為了使標(biāo)準(zhǔn)制訂更貼近工程實(shí)際應(yīng)用，規(guī)定加固層厚度30 mm.

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料選擇

試驗(yàn)選用普通硅酸鹽水泥(強(qiáng)度等級(jí)為32.5,42.5 MPa)；最大直徑不大于30 mm的卵石；自來水；細(xì)度模數(shù)為2.4～2.6中砂；聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維、鋼纖維；RPC干混料；HPPC外加劑.

1.2 試驗(yàn)試件設(shè)計(jì)、分組及試驗(yàn)過程

1.2.1 試件設(shè)計(jì)與試驗(yàn)分組

被加固的原試件尺寸為300 mm×300 mm× 600 mm，采用強(qiáng)度等級(jí)為C15,C20,C30,C40,C50的素混凝土制作，每個(gè)試件預(yù)留3個(gè)混凝土試塊；加固層厚度為30 mm，3種纖維水泥砂漿加固層分別采用了聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維、鋼纖維，每種類型纖維水泥砂漿均設(shè)計(jì)了M20,M30,M40, M50,M60,M70,M80,M90,M100 共9個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，每組纖維水泥砂漿預(yù)留3個(gè)砂漿試塊.

試驗(yàn)分組見表1.

1.2.2 試驗(yàn)過程

1)制作混凝土原試件

采用標(biāo)準(zhǔn)方法制作混凝土原試件共162個(gè)(其中C15的18個(gè)，C20,C30,C40,C50均為36個(gè))．

2)原試件表面處理

表1 試件分組及編號(hào)

考慮到界面粗糙度對(duì)拔出力影響，同時(shí)為保證混凝土與纖維水泥砂漿能夠可靠粘結(jié)，在抹壓砂漿前應(yīng)對(duì)混凝土原試件表面鑿毛處理．

3)安裝錨固件

錨固件應(yīng)在抹壓砂漿前利用固定架安放到測點(diǎn)部位，安放錨固件時(shí)注意保持與測試面垂直.

4)抹壓加固層

分兩次抹壓纖維水泥砂漿加固層，每次抹壓砂漿厚度控制在15 mm左右.先抹壓底層砂漿，在錨固件周圍底層砂漿終凝前應(yīng)拆除固定架，然后抹壓面層砂漿.

5)拔出試驗(yàn)

拔出試驗(yàn)裝置見圖1.

將拉桿與錨固件用螺紋套筒連接，安裝反力支承圓環(huán)使之緊貼加固砂漿表面，以保持拉桿與操作面垂直，安裝拔出儀器在拉桿上，用緊固螺絲擰緊，旋轉(zhuǎn)搖桿施加拔出力，其速度應(yīng)控制在0.5～ 1.0 kN/s，待測力顯示器讀數(shù)不再增加，停止搖動(dòng)搖桿，記錄極限拔出力.

1-錨固件；2-拔出儀拉桿；3-反力支承圓環(huán)；

6)立方體砂漿試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

將預(yù)留的立方體砂漿試塊與原試件置于同條件養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)28 d后，將立方體試塊放到壓力試驗(yàn)機(jī)上用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法加荷直至破壞，記錄砂漿立方體抗壓強(qiáng)度代表值.

2 聚乙烯醇纖維水泥砂漿先裝拔出試驗(yàn)結(jié)果

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

國內(nèi)的研究成果證明：聚乙烯醇纖維水泥砂漿后裝拔出力與立方體抗壓強(qiáng)度存在很好的線性關(guān)系[3].采用先裝拔出法對(duì)聚乙烯醇纖維水泥砂漿加固的混凝土構(gòu)件砂漿層進(jìn)行拔出試驗(yàn)，試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)采集結(jié)果如表2所示.

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析

將表2中數(shù)據(jù)，按照最小二乘法原理進(jìn)行回歸分析[4].計(jì)算模型簡化為：

(1)

將表2中數(shù)據(jù)代入式(1)得:

a=5.718 4,b= -24.697 3

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

注：f—砂漿抗壓強(qiáng)度代表值,MPa；F—拔出力,kN.

2.3 對(duì)一元回歸方程的評(píng)價(jià)

2.3.1 相關(guān)系數(shù)r

相關(guān)系數(shù)的表達(dá)式為：

(2)

式中SF，Sfm,cu分別為拔出力和砂漿抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式(2)計(jì)算得出r=0.957 5.

2.3.2 平均相對(duì)誤差δ

平均相對(duì)誤差表達(dá)式為:

(3)

δ=9.27%

式中ffm,ei為第i組試件抗壓強(qiáng)度推定值，整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式(3)計(jì)算 .

2.3.3 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er

相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差表達(dá)式為：

(4)

整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，代入式(4)計(jì)算可以得出er=11.56%.該計(jì)算值小于《規(guī)程》[5]所設(shè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差12%.

2.3.4 剩余標(biāo)準(zhǔn)差s

剩余標(biāo)準(zhǔn)差表達(dá)式為：

(5)

整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入式(5)計(jì)算得出s=6.43.

2.3.5 回歸方程的顯著性檢驗(yàn)

采用F檢驗(yàn)法對(duì)聚乙烯醇纖維水泥砂漿的回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)[4,6].

提出假設(shè)：H0=0；

給定顯著性水平α=0.05，確定臨界值 ；

α=0.05

Fα(1,n-2)=F0.05(1,52)=4.03式中SSR,SSE分別為回歸平方和、殘差平方和.

因?yàn)镕=572.04>F0.05，所以拒絕原假設(shè)H0，說明回歸方程是顯著的，具有統(tǒng)計(jì)意義.

可以看出，相關(guān)系數(shù)、平均相對(duì)誤差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差和剩余標(biāo)準(zhǔn)差均較小，達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,回歸方程的顯著性檢驗(yàn)達(dá)到規(guī)范要求，這說明得到的聚乙烯醇纖維水泥砂漿先裝拔出力與立方體抗壓強(qiáng)度具有良好的線性相關(guān)性，先裝拔出法測強(qiáng)公式精度較高，可應(yīng)用于實(shí)際預(yù)測其強(qiáng)度，因此為標(biāo)準(zhǔn)制訂提供的測強(qiáng)方程為：

ffm,e=5.718F-24.697

(6)

測強(qiáng)曲線如圖2所示.

3 聚丙烯纖維水泥砂漿與鋼纖維水泥砂漿 先裝拔出試驗(yàn)結(jié)果 在實(shí)際加固工程中，對(duì)于聚丙烯纖維水泥砂漿

和鋼纖維水泥砂漿的應(yīng)用也相當(dāng)?shù)膹V泛[8]，為完善先裝拔出法檢測纖維水泥砂漿抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，本試驗(yàn)對(duì)聚丙烯纖維水泥砂漿與鋼纖維水泥砂漿用先裝拔出法檢測抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了研究.

F/kN

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)采集結(jié)果如表3所示.

表3 試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表3

砂漿強(qiáng)度 聚丙烯纖維水泥砂漿 鋼纖維水泥砂漿 F/kNf/MPaF/kNf/MPaM6015．2260．5418．3259．1514．9459．1420．3161．1015．9665．4519．1659．4816．1266．7315．4658．4915．5764．7315．2358．3615．2960．1515．0957．79M7016．2366．7217．2869．2517．5373．3018．7469．9116．1366．3714．1063．215．3965．6021．1071．7315．6469．6016．6464．2617．4670．3117．0867．49 M8016．7273．3022．1582．5119．0385．3721．0379．9816．2477．5621．8480．6017．1269．3726．9485．1918．0581．8320．3677．5618．6085．0622．4082．99 M9018．3183．0020．1776．3819．3689．3021．8585．3918．2682．4725．8689．2319．9383．0320．4183．1618．0678．5625．8694．3119．8681．1822．3585．89 M10020．6891．1321．4981．7518．7578．2723．8097．9819．7483．5223．3189．5618．2882．3923．5689．9219．8884．1922．4584．4719．4782．7718．4381．00

注：f—砂漿抗壓強(qiáng)度代表值，MPa；F—拔出力，kN.

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸分析

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性評(píng)價(jià)，所得相關(guān)參數(shù)見表4.

表4 相關(guān)參數(shù)

如表4所示的兩種纖維水泥砂漿的數(shù)據(jù)分析結(jié)果：兩種纖維水泥砂漿抗壓強(qiáng)度與先裝拔出力之間的相關(guān)系數(shù)、平均相對(duì)誤差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差、剩余標(biāo)準(zhǔn)差都比較小，F(xiàn)檢驗(yàn)顯著性滿足要求，擬合公式比較精確，表明聚丙烯纖維水泥砂漿與鋼纖維水泥砂漿抗壓強(qiáng)度和拔出力之間具有顯著的線性相關(guān)性.

由此得到圓環(huán)式先裝拔出法檢測聚丙烯和鋼纖維水泥砂漿的測強(qiáng)方程分別為：

ffm,e=5.466F-21.471(聚丙烯纖維水泥砂漿)

(7)

ffm,e=3.501F-4.025(鋼纖維水泥砂漿)

(8)

最終得出聚丙烯纖維水泥砂漿和鋼纖維水泥砂漿測強(qiáng)曲線分別如圖3,圖4所示.

F/kN

F/kN

4 結(jié) 論

1)本試驗(yàn)擬合出的先裝拔出法檢測聚乙烯醇纖維水泥砂漿抗壓強(qiáng)度的測強(qiáng)公式為：

ffm,e=5.718F-24.697

先裝拔出法檢測聚丙烯纖維水泥砂漿抗壓強(qiáng)度的測強(qiáng)公式為：

ffm,e=5.466F-21.471

先裝拔出法檢測鋼纖維水泥砂漿抗壓強(qiáng)度的測強(qiáng)公式為：

ffm,e=3.501F-4.025

2)對(duì)3種纖維水泥砂漿測強(qiáng)公式進(jìn)行評(píng)價(jià)，樣本相關(guān)系數(shù)接近于1，線性相關(guān)性比較好，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差、剩余標(biāo)準(zhǔn)差、平均相對(duì)誤差都比較小，回歸方程的顯著性檢驗(yàn)滿足要求，拔出力對(duì)纖維水泥砂漿抗壓強(qiáng)度影響顯著，測強(qiáng)方程可用于預(yù)測推定3種纖維水泥砂漿抗壓強(qiáng)度，本文所依據(jù)的試驗(yàn)研究結(jié)果適用于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制訂和技術(shù)應(yīng)用推廣.

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Research on Formulating Standards for Inspection of Fiber Reinforced Cement Mortar Strength by Cast-in-place Pull-out Method

BU Liang-tao?, LIU De-cheng

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

Referring to the methods and equipment of concrete compressive strength testing, the cast-in-place pull-out test was conducted on concrete specimens, which were reinforced by Polypropylene-Engineered Cementitious Composite, Polyvinyl Alcohol-Engineered Cementitious Composite, steel fiber cement mortar with nine strength grades. And the cube compressive strength test was conducted on fiber reinforced cement mortar specimens, which were reserved. Choosing linear relationship to fit the experimental data by using the method of least squares, this paper obtained three kinds of fiber reinforced cement mortar strength curves. At last, the relevant evaluation between them was carried out. The test data showed that there was a good linear relationship between them. This method has been proved to have very high precision, and can be used to predict fiber reinforced cement mortar compressive strength.

fiber reinforced cement mortar; cast-in-place pull out experience; the least squares; strength curve; regression analysis

1674-2974(2015)07-0056-06

2014-10-16

國家火炬計(jì)劃項(xiàng)目(2013GH561393)

卜良桃(1963-)，男，湖南南縣人，湖南大學(xué)教授，博士

?通訊聯(lián)系人，E-mail:plt63@126.com

TU317

A