CN112033842A - 一种混凝土劈拉强度现场无损检测方法 - Google Patents

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徐小枫
徐耀
黄耀英
岳跃真
谢同
秦明豪
丁宇
费大伟
李蓉
肖俊
孙粤琳
郭仁坤
孟丽娟
王禹迪
杨述
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    • G01N2203/0083—Rebound strike or reflected energy

Abstract

本发明公开了一种混凝土劈拉强度现场无损检测方法，具体包括以下步骤：S1、选择回弹仪，对回弹仪按照参照规定进行仪器检定，同时按照规定选定地区代表性的材料，成型配制目标混凝土试件，并养护至目标龄期，S2、按照参照规定对步骤S1中配制的混凝土试件先进行回弹测值，测值完毕后，再进行劈拉强度测值，并记录数据，本发明涉及混凝土检测技术领域。该混凝土劈拉强度现场无损检测方法，实现了运用相对较少的时间、财力、人力，采用无损的方式，现场及时得到混凝土的劈拉强度，可更加及时便捷地控制施工时的材料选择以满足施工质量，以及检测已有混凝土结构体的劈拉强度。

Description

一种混凝土劈拉强度现场无损检测方法
技术领域
本发明涉及混凝土检测技术领域，具体为一种混凝土劈拉强度现场无损检测方法。
背景技术
混凝土是目前水利工程中使用最广泛的工程建筑材料，具有高抗压低抗拉的的特性。由于混凝土轴向抗拉强度试验困难，在工程上常测试混凝土的劈拉强度。混凝土劈拉强度作为衡量混凝土抗拉性能的重要强度指标之一，其主要涉及混凝土结构体裂缝的控制相关工作，尤其是大体积混凝土工程，若能及时有效的掌握混凝土劈拉强度信息，那对工程施工以及工程质量控制有着极大帮助。目前工程上主要根据《水工混凝土试验规程》(SL 352-2006)等相关规范推荐的关于混凝土劈裂抗拉强度的试验方法进行强度测试，仍主要属于室内测试，室内试验难免与现场实际情况存在一定的差异。目前，若要得到工程现场混凝土结构体的劈裂抗拉强度值，主要的可能常用方法就是取样送检或现场同条件养护标准试块送检等，其不足之处有二，第一，若混凝土结构体某些部位恰好是受力重点部位，如果只为估算劈拉强度而取芯样的话，可能对结构体造成损害，且性价比不高；第二，同条件标准试块养护并送检虽然具有准确性和必要性，但是耗时长，过程复杂，若实际需求对准确性和必要性要求不高，那么选择一种其操作方便、经济、迅速和具有相当的测试精度的特性，反而在检测混凝土劈拉强度时更具有适用性。
回弹法是一种常用的混凝土抗压强度指标的现场无损检测手段，其原理是利用混凝土的抗压强度与其表面硬度之间存在的某种相关关系，通过大量试验数据可以建立这种关系的经验公式，根据经验公式可推求混凝土的抗压强度。回弹法以其仪器简单、操作方便、经济、迅速和具有相当的测试精度，而始终保持着它在混凝土非破损检测领域内相当优越的地位。关于回弹法应用的研究仍主要集中在依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2011)建立抗压强度和回弹值的测强曲线来推算混凝土的抗压强度，而关于利用回弹值估算劈拉强度的文献匮乏。
由于回弹法的最初设计是为了检测混凝土的抗压强度，而根据大量学者研究以及相关规范，如2015版的混凝土结构设计规范(GB 50010-2010)、水工混凝土结构设计规范(DL/T 5057-2009)以及美国陆军工程师兵团的《Gravity Dam Design》，都阐述抗压强度与劈拉强度的统计关系。由于这样的统计关系会因试验条件、方式、配合比等多种因素而不尽相同，若运用已有的抗压强度与劈拉强度的统计关系式推算劈拉强度，可能出现与实际情况不一致，中间推算环节存在着适用公式选择时的不确定性和复杂性。
由于各种强度指标是从不同角度反映了混凝土的抗力性能，各指标之间往往存在一定的统计关系。显然，若建立混凝土劈拉强度与回弹值的测强曲线，那么利用回弹值同样可以对混凝土劈拉强度进行估算。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种混凝土劈拉强度现场无损检测方法，以解决上述问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种混凝土劈拉强度现场无损检测方法，具体包括以下步骤：
S1、选择回弹仪，对回弹仪按照参照规定进行仪器检定，同时按照规定选定地区代表性的材料，成型配制目标混凝土试件，并养护至目标龄期；
S2、按照参照规定对步骤S1中配制的混凝土试件先进行回弹测值，测值完毕后，再进行劈拉强度测值，并记录数据；
S3、按照参照规定，对步骤S2中记录的回弹值和劈拉强度数据进行精细的数据预处理；
S4、按照参照规定，选择最小二乘法的回归方程，对步骤S3中的预处理数据进行回归得到测强曲线；
S5、得到测强曲线以后，其应用以及适用范围可类比遵循回弹法检测混凝土抗压强度推算的相关细则，对混凝土劈拉的强度进行推算；
S6、按照参照规定，检验测强曲线的相关性、平均误差以及相对标准差是否满足规定。
优选的，所述步骤S1、S3、S4和S6中参照的规定均为JGJ/T23-2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程。
优选的，所述步骤S2中参照的规定为SL352-2006水工混凝土试验规程。
优选的，所述步骤S5中当测区数大于10时，需要计算劈拉强度的平均值与标准差，并按如下方式进行混凝土劈拉强度换算：
Figure BDA0002651985590000031
其中，
Figure BDA0002651985590000032
是结构或者构件劈拉强度推定值，单位为MPa，计算精确至0.1MPa，
Figure BDA0002651985590000033
是测区混凝土劈拉强度换算值的平均值，单位为MPa，计算精确至0.1MPa，
Figure BDA0002651985590000034
同批构件测区混凝土劈拉强度换算值标准差。
优选的，所述步骤S5中当结构或构件测区数少于10个时，需要计算劈拉强度的平均值与标准差，并按如下方式进行混凝土劈拉强度换算：
Figure BDA0002651985590000035
其中
Figure BDA0002651985590000036
是结构或者构件劈拉强度推定值，单位为MPa，计算精确至0.1MPa，
Figure BDA0002651985590000037
是结构或者构件测区最小劈拉强度换算值，单位为MPa，计算精确至0.1MPa。
有益效果
本发明提供了一种混凝土劈拉强度现场无损检测方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该混凝土劈拉强度现场无损检测方法，通过S1、选择回弹仪，对回弹仪按照参照规定进行仪器检定，同时按照规定选定地区代表性的材料，成型配制目标混凝土试件，S2、按照参照规定对步骤S1中配制的混凝土试件先进行回弹测值，S3、按照参照规定，对步骤S2中记录的回弹值和劈拉强度数据进行精细的数据预处理，S4、按照参照规定，选择最小二乘法的回归方程，对步骤S3中的预处理数据进行回归得到测强曲线，S5、得到测强曲线以后，对混凝土劈拉的强度进行推算，S6、按照参照规定，检验测强曲线的相关性、平均误差以及相对标准差是否满足规定，实现了运用相对较少的时间、财力、人力，采用无损的方式，现场及时得到混凝土的劈拉强度，可更加及时便捷地控制施工时的材料选择以满足施工质量，以及检测已有混凝土结构体的劈拉强度。
附图说明
图1为本发明检测方法的流程示意图；
图2为本发明劈拉强度与回弹值关系模型拟合曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种混凝土劈拉强度现场无损检测方法，具体包括以下步骤：
S1、选择回弹仪，对回弹仪按照参照规定进行仪器检定，同时按照规定选定地区代表性的材料，成型配制目标混凝土试件，并养护至目标龄期；
S2、按照参照规定对步骤S1中配制的混凝土试件先进行回弹测值，测值完毕后，再进行劈拉强度测值，并记录数据；
S3、按照参照规定，对步骤S2中记录的回弹值和劈拉强度数据进行精细的数据预处理；
S4、按照参照规定，选择最小二乘法的回归方程，对步骤S3中的预处理数据进行回归得到测强曲线；
S5、得到测强曲线以后，其应用以及适用范围可类比遵循回弹法检测混凝土抗压强度推算的相关细则，对混凝土劈拉的强度进行推算；
S6、按照参照规定，检验测强曲线的相关性、平均误差以及相对标准差是否满足规定。
本发明中，所述步骤S1、S3、S4和S6中参照的规定均为JGJ/T23-2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程。
本发明中，所述步骤S2中参照的规定为SL352-2006水工混凝土试验规程。
本发明中，所述步骤S5中当测区数大于10时，需要计算劈拉强度的平均值与标准差，并按如下方式进行混凝土劈拉强度换算：
Figure BDA0002651985590000051
其中，
Figure BDA0002651985590000052
是结构或者构件劈拉强度推定值，单位为MPa，计算精确至0.1MPa，
Figure BDA0002651985590000053
是测区混凝土劈拉强度换算值的平均值，单位为MPa，计算精确至0.1MPa，
Figure BDA0002651985590000054
同批构件测区混凝土劈拉强度换算值标准差。
本发明中，所述步骤S5中当结构或构件测区数少于10个时，需要计算劈拉强度的平均值与标准差，并按如下方式进行混凝土劈拉强度换算：
Figure BDA0002651985590000055
其中
Figure BDA0002651985590000056
是结构或者构件劈拉强度推定值，单位为MPa，计算精确至0.1MPa，
Figure BDA0002651985590000057
是结构或者构件测区最小劈拉强度换算值，单位为MPa，计算精确至0.1MPa。
同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。
测试实验
1、实验方案设计：试验采用华新牌P·O 42.5水泥，拌合用水为实验室自来水(符合国家自来水标准)，细骨料为细砂，粗骨料为花岗岩碎石，粒径为5-40mm，其中小石粒径为5-20mm，其中中石粒径为20-40mm，小石:中石＝40:60，减水剂选用聚羧酸高效减水剂，掺量为0.65％，砂率为34％，(混凝土配合比见表1)，设计水胶比为0.5和0.33，设计龄期分别为3d、14d和28d，一共6组，为减小混凝土相关测值的离散性，每组试件数量由规范推荐的3个增加到6个，共36个试件，试件编号如表2所示，尺寸均为150mm×150mm×150mm立方体。
表1混凝土配合比(单位kg/m3)
Figure BDA0002651985590000061
表2试件编号
Figure BDA0002651985590000062
回弹仪采用LD-225H高精度数显式中型回弹仪(标称动能2.2J)，压力机为200T压力试验机(最大加载为2000kN)，劈拉试验垫板为弧形钢制垫。
试验步骤：(1)试件成型后，在标准养护室(温度为20±5℃，相对湿度大于95％)内带模养护24h后拆模编号，并在标准养护室继续养护至设计龄期，(2)养护至设计龄期后，首先对试件进行回弹试验，预加压应力约为2.0MPa，选取两个相对的非成型抹面作为测试面进行回弹测试，并预先用记号笔标记回弹点，每个面包含8个测点，共16个测点，测点要求距边缘不小于30mm，测点间距不小于50mm，其中回弹试验的测量角度为水平90°，回弹值读数估读至1，(3)回弹测试结束后，接着进行劈裂抗拉试验，将非成型抹面作为劈裂抗拉受力面，进行劈拉试验时，垫条对准劈拉面中心位置，加载时速度控制在9kN/s～13.5kN/s，连续而均匀的加载，当试件接近破坏时，停止调整油门，直至试件破坏并记录破坏荷载，并计算劈拉强度，计算公式如下：
Figure BDA0002651985590000071
其中fsp是劈拉强度，单位为MPa，计算精确至0.1MPa，Psp是劈拉破坏荷载，单位为kN，Asp是劈拉面积，单位为mm2。
2、实验数据预处理：在剔除具有缺陷试件以后，按照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2011)规定，对回弹值和劈拉强度数据进行预处理，从测区的16个回弹值中剔除3个最大值和3个最小值，余下10个回弹值取平均值，记过如下表(表3)：
表3实测数据汇总
Figure BDA0002651985590000072
3、测强曲线的确立：可选用较为常用的幂函数作为混凝土劈拉强度推定值与回弹值之间关系式的回归方程形式，即
Figure BDA0002651985590000085
其中
Figure BDA0002651985590000086
为立方体劈拉强度换算值，单位是MPa，mN为测区平均回弹值，A、B均为试验常数，结合表3的实测数据，采用最小二乘法对回归方程公式进行拟合，容易得到：
Figure BDA0002651985590000087
劈拉强度与回弹值关系模型拟合曲线图，如图2所示。
4、测强曲线评定：为评价回归效果，引入皮尔逊相关系数(r)、相对标准差(er)、平均相对误差(MRE)，计算公式及结果如下表4所示：
表4相关评价指标
Figure BDA0002651985590000081
注：表中X为回弹值实测值，
Figure BDA0002651985590000082
为回弹值实测平均值，Y为劈拉强度实测值，
Figure BDA0002651985590000083
为劈拉强度拟合值，
Figure BDA0002651985590000084
劈拉强度实测平均值。
由表4可知，本次试验所得的劈拉强度与回弹值的皮尔逊相关系数r为0.867以及本实施例公式拟合的相对标准差er为14.5％，平均相对误差MRE为11.9％。按照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2011)相关描述，其皮尔逊相关系数r＝0.878，并规定全国统一测强曲线的相对标准差不应大于18.0％，平均相对误差不应大于15.0％，地区测强曲线的相对标准差不应大于17.0％，平均相对误差不应大于14.0％。
结果证明，可以利用混凝土劈拉强度与回弹值之间的关系，建立它们之间的测强曲线，以此来估算混凝土劈拉强度值。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种混凝土劈拉强度现场无损检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、选择回弹仪，对回弹仪按照参照规定进行仪器检定，同时按照规定选定地区代表性的材料，成型配制目标混凝土试件，并养护至目标龄期；
S2、按照参照规定对步骤S1中配制的混凝土试件先进行回弹测值，测值完毕后，再进行劈拉强度测值，并记录数据；
S3、按照参照规定，对步骤S2中记录的回弹值和劈拉强度数据进行精细的数据预处理；
S4、按照参照规定，选择最小二乘法的回归方程，对步骤S3中的预处理数据进行回归得到测强曲线；
S5、得到测强曲线以后，其应用以及适用范围可类比遵循回弹法检测混凝土抗压强度推算的相关细则，对混凝土劈拉的强度进行推算；
S6、按照参照规定，检验测强曲线的相关性、平均误差以及相对标准差是否满足规定。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土劈拉强度现场无损检测方法，其特征在于：所述步骤S1、S3、S4和S6中参照的规定均为JGJ/T23-2011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土劈拉强度现场无损检测方法，其特征在于：所述步骤S2中参照的规定为SL352-2006水工混凝土试验规程。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土劈拉强度现场无损检测方法，其特征在于：所述步骤S5中当测区数大于10时，需要计算劈拉强度的平均值与标准差，并按如下方式进行混凝土劈拉强度换算：
Figure FDA0002651985580000011
其中，
Figure FDA0002651985580000012
是结构或者构件劈拉强度推定值，单位为MPa，计算精确至0.1MPa，
Figure FDA0002651985580000013
是测区混凝土劈拉强度换算值的平均值，单位为MPa，计算精确至0.1MPa，
Figure FDA0002651985580000014
同批构件测区混凝土劈拉强度换算值标准差。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土劈拉强度现场无损检测方法，其特征在于：所述步骤S5中当结构或构件测区数少于10个时，需要计算劈拉强度的平均值与标准差，并按如下方式进行混凝土劈拉强度换算：
Figure FDA0002651985580000021
其中
Figure FDA0002651985580000022
是结构或者构件劈拉强度推定值，单位为MPa，计算精确至0.1MPa，
Figure FDA0002651985580000023
是结构或者构件测区最小劈拉强度换算值，单位为MPa，计算精确至0.1MPa。
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