CN101149318A - 混凝土强度无约束后锚固检测法 - Google Patents

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崔士起
王金山
石磊
李红
姜丽萍
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Abstract

一种混凝土强度无约束后锚固检测法，其特征是它包括如下步骤：在试件表面钻出锚固件安装孔和环绕所述锚固件安装孔的同心环状隔离槽，在所述锚固件安装孔中植入带锚固胶的锚固件，待锚固胶固化后，在支撑在隔离槽外的反力环支撑下拔出锚固件并测定拔出力，根据拔出力与混凝土强度的对应关系，推定混凝土的强度。本发明主要用于混凝土强度的检测。

Description

混凝土强度无约束后锚固检测法
技术领域
本发明涉及建筑技术领域，尤其涉及一种现场检测混凝土强度的方法。
背景技术
结构混凝土强度现场检测技术近三十年来其研究和应用发展很快，已成为土建工程中一项自成体系的新测试技术，目前国外已倾向于将这一技术作为衡量一国土建水平的依据之一予以重视，先后研究制订了相应的国家及国际标准。结构混凝土强度现场检测方法很多，包括：回弹法、超声波法、后装拔出法、钻芯法、射钉法等。钻芯法测试结果准确可靠，但取样加工复杂，且对结构造成局部破损，因而使用范围受到限制。非破损检测方法以回弹法、超声回弹综合法为代表：检测过程快速、简单，对结构无损伤，但检测结果准确性受诸多因素的影响。钻芯法适用于对局部确定有质量问题混凝土进行现场强度检测，而无损检测方法适合大范围混凝土强度现场质量监控。如何提高混凝土强度现场检测结果的准确性，同时使检测对结构的损伤降到最低一直是混凝土强度现场检测技术需要突破的一个难题。
世界范围内，混凝土强度现场检测方法的探索一直没有停止，采取的途径也多种多样，根据检测原理不同可大致分如下主要类形：
1、表层硬度法：对混凝土表面进行撞击或射击，因混凝土表层硬度不同引起能量传递或变形的不同，测定混凝土吸收的能量或混凝土的变形等参数，推定出混凝土强度。如回弹法、射钉法等。
2、物理参数法：根据不同强度混凝土物理特性的不同，通过检测混凝土某项物理参数，推定出混凝土强度。如超声波法。
3、静力法：对混凝土某些力学性能指标进行检测，推定出混凝土强度。如钻芯法、拔出法等。
以上几类检测方法中，静力法因对混凝土力学性能直接检测，具有更高可靠性，各国试验研究结果也表明，静力法准确性更高。其中拔出法因损伤小，得到人们的普遍重视。
后装拔出法是检测混凝土强度的一种微破损试验方法。山东省建筑科学研究院于1999年建立了山东地区后装拔出法检测混凝土强度地方曲线，并制定了《后装拔出法检测混凝土技术规程》DBJ14-BG6-99。后装拔出法实施步骤：水钻钻孔，在孔内壁上磨定位槽，插入与定位槽配合的锚固件，拔出锚固件时测力，根据拔出力推定混凝土强度。后装拔出法存在以下缺陷：(1)由于磨槽机磨槽深度限制(磨槽深度为25mm)后装拔出法只能精确的检测出距离混凝土表面一定范围内的混凝土强度。(2)在约束反力环的作用下，混凝土破坏体是一圆锥体，而且当反力环直径越小，由于反力传递和约束应力影响，拔出力较大，对锚固件要求很高，国内目前生产的后装拔出仪仅能检测强度较低的混凝土，当检测C40以上混凝土时，锚固件出现断裂。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足提出了一种现场检测混凝土强度的方法，使其具有操作简单、检测结果准确，具备现场可操作性的特点。
本方案是通过如下技术措施来实现的：它包括如下步骤：在试件表面钻出锚固件安装孔和环绕所述锚固件安装孔的同心环状隔离槽，在所述锚固件安装孔中植入带锚固胶的锚固件，待锚固胶固化后，在支撑在隔离槽外的反力环支撑下拔出锚固件并测定拔出力，根据拔出力与混凝土强度的对应关系，推定混凝土的强度。
本方案的具体特点还有，所述锚固件安装孔和隔离槽是在试件表面用钻孔机钻取内外2个同心环槽，外环槽即为隔离槽，将内环槽中央的芯柱取出形成锚固件安装孔。所述钻孔机为带有同心双管钻头的钻孔机。所述锚固件为铁质锚固件。所述锚固件为带有圆柱头的螺栓。钻出锚固件安装孔后对所述锚固件安装孔进行干燥处理。所述干燥处理为用吹风机吹干或者晾干；所述锚固胶为快速固化型改性丙烯酸脂胶粘剂。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，本发明与已有技术相比具有以下显著特点和积极效果：与回弹法等其他表层硬度法、物理参数法相比无约束后锚固拔出法是对混凝土力学性能直接检测，具有更高可靠性；《混凝土结构设计规范》GB50010-2002条文说明4.5.4可知：混凝土的抗压强度与其抗拔力具有一一对应相关关系，因而，只要建立这种对应关系，就可以通过无约束后锚固拔出法推定任意深度处混凝土的抗压强度。在后装拔出法中，反力环为内径55mm圆环，在反力环反力的作用下，C60混凝土拔出力为53.3kN，本发明由于利用切槽的作用解除了反力环反力对破坏体的影响，使反力传递至破坏体之外，此时混凝土破坏时的拔出力仅为15.2kN，比未切槽时小得多，因此，对锚固件和锚固材料的强度要求不高。市场上销售的快速固化型的改性丙烯酸脂胶粘剂完全可以达到要求；同时对锚固件强度的要求也大为降低，目前国内几家生产后装拔出法设备的厂家生产的锚固件使用寿命短，特别是在检测C60以上高强度混凝土时，往往是锚固件被拔断而无法进行检测。总之，无约束后锚固法操作简单，省去了磨槽等比较费时费力的工作，使整个检测时间和成本大大减少。本方法可以检测距表面任意深度处的混凝土强度，如检测火灾等混凝土受损伤较深的构件时，其余现场检测方法均不适用，必须采用本方法。因此本发明与现有技术相比，实现了技术目的。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细地描述。
图1为混凝土试件简图；
图2为图1中局部A-A视图；
图3为无约束后锚固法实施简图；
图4为无约束后锚固法散点图及测强曲线；
图中，1、隔离槽，2、锚固件安装孔，3、混凝土，4、锚固胶，5、锚固件，6、转接头，7、拉杆，8、液压千斤顶，9、螺帽，10、反力环。
具体实施方式
如图3所示，无约束后锚固拔出法检测结构混凝土强度实施步骤(1)在混凝土试件表面用带有同心双管钻头的钻机，内管外径d，外管内径D，形成图1和2所示混凝土试样，在确定回归曲线时，内管外径d＝25mm，外管内径D＝75mm。
(2)用吹风机将混凝土试样锚固件安装孔2吹干或者晾干。
(3)用改性丙烯酸脂胶粘剂将直径25mm锚同件5埋入锚固件安装孔2中。
(4)待改性丙烯酸脂胶粘剂固化后(常温条件，固化时间为30分钟)，反力环10放置在混凝土隔离槽1之外(反力环10内径大于75mm)，通过转接头6把锚固件5和拉杆7连接，拉杆7穿过液压千斤顶8后，拧紧螺帽9使拉杆7与液压千斤顶8紧密接触，对锚固件5施加的拔出力就通过液压千斤顶8传给反力环10，反力环10传到混凝土破坏体之外。测力设备采用数显传感器，加载速度控制在0.1kN/s，加载至混凝土被拔出。
(5)根据公式fcu＝3.8453N+10.872，推定混凝土的强度。
式中fcu——混凝土立方体抗压强度(MPa)；
N——混凝土极限拔出力(kN)
以下我们制作了大量混凝土试件来制定拔出力与混凝土强度的关系曲线。作为一种新的现场检测混凝土抗压强度的方法，我们制作了3天、7天、14天、28天、60天、90天、180天、365天、共8个龄期的混凝土试件及同条件试块进行试验，回归出拔出力与混凝土强度的关系。
1、普通混凝土强度等级：C10、C20、C30、C40、C50，石子粒径5～25mm。
2、大流动性混凝土：分别采用奈系、聚羧酸高效减水剂等，强度等级：C10、C20、C30、C40、C50、C60、C70、C80。
3、掺膨胀剂混凝土强度等级：C20、C30、C40、C50。
4、人工砂混凝土强度等级：C20、C30、C40、C50。
5、混凝土试件制作同时，制作150×150×150mm混凝土立方体试块。8个龄期每个龄期2组。
每个编号每一龄期得到一组混凝土极限拉力和混凝土立方体抗压强度，进行数据进行回归分析，得到混凝土极限拉力与混凝土抗压强度之间关系曲线fcu＝f(N)。
回归曲线的形式有多种，线性回归、幂回归、指数回归、多项式回归等，对各种回归结果进行对比，线性同归相关系数高于幂回归、指数回归，多项式回归相关系数高于线性回归，多项式回归曲线的基本线型接近直线，而且从理论上分析，混凝土极限拉力与混凝土抗压强度应是线性递增关系，所以，选择线性回归。
混凝土极限拔出力与混凝土立方体抗压强度之间关系曲线：
线性回归
fcu＝3.8453N+10.872                              (1)
相关系数r＝0.924
式中fcu——混凝土立方体抗压强度(MPa)；
N——混凝土极限拔出力(kN)
由数据分析得出，混凝土拉力与混凝土立方体抗压强度线性关系曲线相关系数在0.9以上，属于显著性相关关系。
无约束后锚固拔出法检测结构混凝土强度的实际效果：
为了现场验证无约束后锚固法的检测精度，我们专门制作了一批混凝土试件和同条件试块，分别采用后装拔出法及无约束后锚固法进行推定混凝土强度并与同条件试块的强度相对照。
序号   后装拔出(MPa)   无约束后锚固(MPa)  试块强度(MPa)    无约束后锚固误差    后装拔出误差
  1   24.3   22.1   22.8    -0.03    0.07
  2   30.2   27.8   28.3    -0.02    0.07
  3   35.6   34.8   33.9    0.03    0.05
  4   46.8   44.6   45.3    -0.02    0.03
表1.与后装拔出法推定混凝土强度对比
由表1可以看出：无约束后锚固法检测混凝土强度推定值比试块混凝土抗压强度值小2％；后装拔出法检测混凝土强度推定值比试块混凝土抗压强度值大5％。无约束后锚固拔出法比后装拔出法准确。
虽然本发明已经通过选用的实施例及其附图进行描述并完全公开，但是对本领域技术人员来说，在不超出本发明实质的情况下，任何改变和变化都属于本发明的范围。

Claims (8)

1.一种混凝土强度无约束后锚固检测法，其特征是它包括如下步骤：在试件表面钻出锚固件安装孔和环绕所述锚固件安装孔的同心环状隔离槽，在所述锚固件安装孔中植入带锚固胶的锚固件，待锚固胶固化后，在支撑在隔离槽外的反力环支撑下拔出锚固件并测定拔出力，根据拔出力与混凝土强度的对应关系，推定混凝土的强度。
2.根据权利要求1所述的混凝土强度无约束后锚固检测法，其特征是所述锚固件安装孔和隔离槽是在试件表面用钻孔机钻取内外2个同心环槽，外环槽即为隔离槽，将内环槽中央的芯柱取出形成锚固件安装孔。
3.根据权利要求2所述的混凝土强度无约束后锚固检测法，其特征是所述钻孔机为带有同心双管钻头的钻孔机。
4.根据权利要求1或2或3所述的混凝土强度无约束后锚固检测法，其特征是所述锚固件为铁质锚固件。
5.根据权利要求4所述的混凝土强度无约束后锚固检测法，其特征是所述锚固件为带有圆柱头的螺栓。
6.根据权利要求1或2所述的混凝土强度无约束后锚固检测法，其特征是钻出锚固件安装孔后对所述锚固件安装孔进行干燥处理。
7.根据权利要求6所述的混凝土强度无约束后锚固检测法，其特征是所述干燥处理为用吹风机吹干或者晾干。
8.根据权利要求1或2或3所述的混凝土强度无约束后锚固检测法，其特征是所述锚固胶为快速固化型改性丙烯酸脂胶粘剂。
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