混凝土抗拉强度测试方法的对比与分析_沈永强.pdf

DOI：10.13905/ki.dwjz.2022.12.019混凝土抗拉强度测试方法的对比与分析COMPARISON AND ANALYSIS OF TESTING METHODS FOR TENSILE STRENGTH OF CONCRETE沈永强1，侍华峰2（1.浙江天和建筑设计有限公司，浙江 湖州 313000；2.中国船舶集团有限公司第七二四研究所，南京 211153）SHEN Yongqiang1,SHI Huafeng2（1.Zhejiang Tianhe Architectural Design Co.,Ltd.,Zhejiang Huzhou 313000,China;2.724 Research Institute of CSSC,Nanjing 211153,China）【摘要】混凝土抗拉强度是反映混凝土参数的重要指标之一，不同的测试方法对混凝土抗拉强度有一定的影响。混凝土钻取芯样作为一种成熟的技术，方便了芯样轴心抗拉试验的开展。文中采用钻芯法和钻拉法试验测定混凝土进行抗拉强度，并与现有规范中的试验所得的结果进行对比，研究测试方法对混凝土抗拉强度的影响。【关键词】抗拉强度；钻拉法；钻芯法【中图分类号】TU528【文献标志码】A【文章编号】1001-6864（2022）12-0083-05Abstract：The tensile strength of concrete is the key index of concrete material,and different test methods have certain effects on the tensile strength of concrete.As a mature technology,concrete core drilling facilitates the development of core axial tensile test.The core drilling method,and the drilling and tensile strength method are used to measure the tensile strength of concrete,the results of which are compared with that in the existing specifications.The influence of the test methods on the tensile strength of concrete is studied.Key words：tensile strength of concrete;drilled core test method;drilling test method0引言抗拉强度是混凝土重要力学性能之一，不同的测试方法对混凝土抗拉强度的影响不同，在现有规范中，有标准试件抗拉强度试验、立方体劈裂抗拉强度试验等，现有许多学者采用规范中的试验对混凝土进行抗拉强度试验，但都具有一定的误差1-3。用劈裂抗拉强度代替轴心抗拉强度对早龄期混凝土而言是有局限性的4。研究发现养护龄期较短时，劈裂强度小于轴心抗拉强度；当养护龄期超过某一值时，劈裂强度大于轴心抗拉强度5-8。吴浪9通过制作强度等级为C25的普通混凝土试块，不同掺量的高效减水剂、早强减水剂试块，分别测试其3d、7d、14d、28d的劈裂抗拉强度、轴心抗拉强度，得出轴心抗拉强度与劈裂抗拉强度在比值在0.761.03之间变化。影响混凝土抗拉强度有各种因素10-12，采用普通全能试验机对混凝土进行轴心抗拉强度与劈裂抗拉强度试验，得出随着混凝土等级的提高，劈裂抗拉强度和轴心抗拉强度的比值也有所增加。张云莲等13采用150mm150mm360mm普通混凝土棱柱体试件进行混凝土均匀受拉强度的量测，拉伸试件在端部预埋偏心可调的带锚筋钢板以传递拉力荷载，得到的抗拉强度值更接近于混凝土的实际抗拉强度值。现有的试验14-16得出的抗拉强度有一定的误差。解咏平等17利用抗拉法试验得出抗拉法混凝土破坏机理是由于混凝土拉应力达到极限而发生脆性破坏。徐骋等18发现混凝土芯样劈裂抗拉强度与混凝土标准立方体试块劈裂抗拉强度密切相关。孔旭文等19采用钻芯法检测混凝土劈裂抗拉强度的试验方法，试验结果得出高径比取2、侧面加载时混凝土芯样劈裂抗拉强度与同期的标准立方体试块的劈裂抗拉强度相近，而端面加载时混凝土芯样劈裂抗拉强度明显低于同期的标准立方体试块劈裂抗拉强度。虽然现有很多试验都是利用钻芯法来测量混凝土抗拉强度，但很少有人钻取芯样进行芯样轴心抗拉试验来测定混凝土抗拉强度20。目前对混凝土钻取芯样是一种很成熟的技术，因此钻取芯样进行芯样轴心抗拉试验是相当方便的，并且为了测定混凝土抗拉强度不用预先在实验室制备标准试件，只需在现场钻取混凝土芯样。钻取芯样进行芯样抗拉试验和钻拉试验对混凝土抗拉强度有何影响，并且与规范中测定混凝土抗拉强度的试验方法对混凝土抗拉强度有何不同的影响，文中作了进一步的研究。1试验设计83低温建筑技术Dec.2022 No.294-建筑材料研究及应用试验分别采用水灰比为 0.45、0.43、0.39 的混凝土，预期强度等级为C20、C30、C40。（1）钻拉法试验和钻芯法试验混凝土试件尺寸为450mm450mm1100mm，每种水灰比浇筑一个混凝土试块，在标准自然条件下养护30d。采用直径75mm钻头按CECS 03：2007 钻芯法检测混凝土强度技术规程21要求布置钻拉法测区并钻芯，每个试件钻取高径比为2：1的同直径芯样6个，并钻得高径比为1：1的同直径芯样12个。（2）立方体劈裂抗拉强度试验混凝土尺寸为150mm150mm150mm的混凝土试件各6个，在标准自然条件下养护30d。（3）标准试件轴拉试验混凝土尺寸为100mm100mm550mm的混凝土试件各6个，在标准自然条件下养护30d。2试验方法2.1钻拉法试验采用钻拉法对混凝土进行抗拉强度检测。检测时，在结构或构件表面钻得芯样，利用在芯样外端粘贴钻拉标准块并安装拉拔仪，测定拉断芯样的轴向极限拔出力，计算得到结构混凝土轴心抗拉强度的检测方法。根据式（1）来计算钻拉法的混凝土抗拉强度换算值：f1t=PA=4PD2（1）式中，D为芯样直径，mm；ftl为混凝土抗拉强度换算值或新老混凝土粘结强度换算值，MPa；A为芯样承受荷载的计算面积，mm2；P为拉拔力代表值，即芯样破型时的荷载峰值，N。2.2钻芯法试验依据CECS 03：2007 钻芯法检测混凝土强度技术规程 附录A.1条的规定，采用钻芯法对混凝土进行抗拉强度检测。检测时，在结构或者构件表面钻取芯样，承受轴向拉力的芯样试件，可用建筑结构胶在试件两个端面粘贴特制的钢卡具，两个钢卡具的平面板部分应平行，拉杆轴线应与芯样试件的轴线重合。承受轴向拉力芯样试件的混凝土轴心抗拉强度可按式（2）计算ft,cor：ft,cor=FtAt（2）式中，Ft为芯样试件抗拉试验测得的最大拉力，N；At为芯样试件抗拉破坏截面面积，mm2。2.3立方体劈裂抗拉强度试验依据GB 50081-2002 普通混凝土力学性能试验方法标准 中第9.0.4条混凝土劈裂抗拉强度试验进行试验。首先，从标准养护室取出试件，用湿布覆盖，避免其湿度变化。检查外观，在试件中部划出劈裂面位置线，劈裂面与试件成型时的顶面垂直，尺寸测量精确至1mm。试件放在球座上，几何对中，放妥垫层垫条，其方向与试件成型时顶面垂直。当试件接近破坏而开始迅速变形时，不得调整试验机油门，直至试件破坏，记下破坏极限荷载F。结果按式（3）计算fts22：fts=2FA=0.637FA（3）式中，fts为混凝土劈裂抗拉强度，MPa；F为试件破坏荷载，N；A为试件劈裂面面积，mm2。劈裂抗拉强度计算精确到0.01MPa。立方体劈拉试验和试件破坏如图1所示。2.4芯样试件劈裂抗拉强度试验芯样试件劈裂抗拉强度试验的操作应符合现行国家标准GB 50081-2002 普通混凝土力学性能试验方法标准 中对立方体试件劈裂试验的规定。首先，测量试件的尺寸，在试件中部画出劈裂面的位置线，放好试件后，对混凝土加载，直至试件破坏，记下破坏荷载，准确至0.01kN。芯样试件混凝土的劈裂抗拉强度可按下式计算fcts：fcts=0.637Fspl,corAtsctsspl,corts（4）式中，Fspl,cor为芯样试件劈裂抗拉试验测得的最大劈裂力，MPa；Ats为芯样试件劈裂抗拉破坏截面面积，mm2。芯样劈裂抗拉试验和芯样破坏见图2。2.5标准试块轴心抗拉试验根据DL/T 5150-2001 水工混凝土试验规程 中第4.4.4条规定轴心抗拉强度按式（5）计算ft23：ft=PA（5）式中，ft为轴心抗拉强度，MPa；P为破坏荷载，N；A为试件断面面积，mm2。图2芯样劈裂抗拉试验和芯样破坏图1立方体劈拉试验和试件破坏84标准试块轴心抗拉试验和试块破坏见图3。3试验结果与分析3.1钻芯法试验与标准试件轴拉试验对比分析C20混凝土龄期在16d和30d时，标准试件轴拉强度设计值分别为0.94MPa和1.22MPa，钻芯法的推定强度值分别是0.85MPa和1.14MPa；C30混凝土龄期为16d 和 30d 时，标准试件轴拉强度设计值分别为1.29MPa 和 1.41MPa，钻芯法的推定强度值分别是1.35MPa和1.44MPa；C40混凝土龄期为16d和30d时，标 准 试 件 轴 拉 强 度 设 计 值 分 别 为 1.45MPa 和1.66MPa，钻芯法的推定强度值分别是 1.25MPa 和1.63MPa，从这些数据中可以得出钻芯法试验试验值与标准试件轴拉试验设计值在16d和30d的比值分别为0.936和0.983见图4，这表示它们的结果基本相等，用钻芯法测得的混凝土抗拉强度推定混凝土实际的抗拉强度误差较小，在实际工程中，可以采用钻芯法测混凝土的抗拉强度设计值。钻芯法抗拉强度推定值比标准试件轴拉强度推定值小，其主要原因是钻取芯样的工艺，包括操作技术、钻芯速度等；另外构件的制作过程，芯样的切割，打磨的过程等均对抗拉强度有一定的影响。在实际工程中，用钻芯法来推定混凝土抗拉抗拉强度有一定的可靠度，不用在试验室制备混凝土试块来进行室内抗拉强度试验。3.2钻拉法试验与标准试件轴拉试验对比分析计算得出C20混凝土龄期在16d和30d时，标准试件轴拉强度设计值分别为0.94MPa和1.22MPa，钻拉法的推定强度值分别是0.83MPa和1.19MPa；C30混凝土龄期为16d和30d时，标准试件轴拉强度设计值分别为1.29MPa和1.41MPa，钻拉法的推定强度值分别是 1.23MPa 和 1.33MPa；C40 混凝土龄期为 16d 和30d时，标准试件轴拉强度设计值分别为1.45MPa和1.66MPa，钻拉法的推定强度值分别是 1.24MPa 和1.45MPa，从以上数据中可以分析出钻拉法试验值与标准试件轴拉试验设计值在16d和30d比值分别为0.896和0.920见图5，可以说明它们的强度基本相等，在实际工程中可以用钻拉法测得的抗拉强度推定混凝土的抗拉强度设计值，从表格中可以看出钻拉法所测得抗拉强度推定值小于标准试件轴心抗拉试件的强度推定值，主要原因是在钻取芯样时，钻机在工作时钻头对芯样的碰撞产生一定的损伤；芯样最薄弱的地方受到破坏；芯样受力部位与拉拔仪不在同一直线上等。在实际工程中，用钻拉法来推定混凝土抗拉抗图3标准试块轴心抗拉试验和试块破坏10.50钻芯法强度推定值/MPa16d强度值y=0.936x00.51.01.5标准试件轴拉强度设计值/MPa（a）16d1.51.00.50钻芯法试验强度推定值/MPa30d强度值y=0.983x00.51.01.5标准试件轴拉强度设计值/MPa图4钻芯法试验强度推定值与标准试件轴拉强度设计值（b）30d（a）16d10.50钻拉法强度推定值/MPa00.51.01.5标准试件