弧面对压法检测混凝土抗压强度试验研究

引言混凝土是建设工程中最主要的结构材料之一，其质量直接关系到工程结构或构件的安全，与广大民众的工作生活息息相关。因此，混凝土质量的检测一直受到有关工程技术人员的高度重视[1]。混凝土抗压强度是混凝土质量中非常重要的技术指标，而混凝土无损检测是非常重要的技术手段。我国的混凝土无损检测技术从20世纪50年代中期开始进入有计划、有目标的研究开发和应用。先后对回弹法、钻芯法、拔出法、超声回弹综合法等进行了研究，近年来，还研究开发了红外热线法、超声反射法、超声波衰减层析成像法、雷达法、直拔法、抗剪法、抗折法、扭矩法等多种先进的检测技术方法[2-4]。本文介绍了一种新型的混凝土检测技术——弧面对压法。

1、材料与配合比

1.1材料水泥：P·C42.5和P·C52.5水泥，其技术指标符合GB12958—1999《复合硅酸盐水泥》的要求；细骨料：中砂，其技术指标符合JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的要求；粗骨料：卵石、碎石均可，粒径宜为5～31.5mm，其技术指标符合JGJ52—2006的要求；掺合料：F类II级粉煤灰、S95矿粉、硅灰，其技术指标符合GB/T18046—2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的要求；外加剂：普通型减水剂，其技术指标符合GB8076—2008《混凝土外加剂》的要求。1.2混凝土试件的制作及养护根据GB50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》中的方法制作立方体标准试件，尺寸为150mm×150mm×150mm，试件成型24h后脱模，逐一编号，作好标记，置于室内呈品字形码放，每天浇水2次，连续养护7昼夜后，裸置备用；试件应保护好，防止丢失、损坏、挪用，尤其要注意对长龄期试件的保护。不同强度等级混凝土立方体试件的制作数量见表1，共计制作258个试件。表1

不同强度等级混凝土立方体制作数量1.3配合比根据不同强度等级的要求，配制本地区常用混凝土，见表2；混凝土拌合物的坍落度控制在160～220mm范围内。表2

混凝土配合比2、试验方法

2.1试验设备主要试验装置为弧面对压仪，如图1所示，具体技术参数应符合以下规定：（1）压力表量程为0.00～100.00kN，测量精度为0.01kN；（2）压力表应具有峰值保持功能；（3）弧面对压件的弧面直径为39.00mm，弧长为1/3圆周长，开口尺寸为33.77mm，高度为31.00mm；（4）弧面对压件的位移行程不应小于10mm；（5）装有电振装置，通过振动能使金刚砂在试件间隙内分布均匀且饱和。图1

弧面对压仪结构示意图2.2弧面对压法取样（1）试件侧面上垂直钻制一个直径为38mm、长度75mm的混凝土芯样，对钻制后的混凝土试件表面擦拭干净，待用弧面对压法试件取出后进行编号，与所对应立方体标准试件编号相同。（2）采用游标卡尺测量试件的上部、中部和下部直径，精确至0.02mm，计算结果取3次测量的算术平均值作为对压试件直径，精确至0.1mm。有效试件直径范围为（38±0.4）mm。（3）试验用对压试件钻制长度宜为75mm左右，有效试件长度不应小于58mm。对于试件长度小于58mm的不宜用弧面对压法试验；测量的试件最小长度作为试件长度，精确至1mm。2.3弧面对压法试验步骤（1）对压试件居中，置于弧面对压仪施压块间，受压方向与混凝土浇筑方向垂直，顺时针方向摇动弧面对压仪加力摇杆至施压块两侧8个弹簧支撑在试件侧面时停止，此时施压块与试件间的空隙为2～3mm；（2）向施压块与试件间空隙灌入金刚砂至溢出；（3）按住振动开关振动5s，使施压块与试件耦合密实；（4）压力表清零后，置于峰值保持状态；（5）顺时针方向摇动弧面对压仪加力摇杆，施加试验荷载至对压试件破坏，加荷速率宜控制在0.6～0.9kN/s。2.4计算方法当1组对压力值中最大值与次大值之差大于15%，或最小值与次小值之差大于15%时，该最大值或最小值属于异常数据，需在出现异常数据的相应备选试件位置上再钻制1个试件，重新进行弧面对压法试验。

3、结果与分析

分别对258个混凝土立方体试块进行立方体抗压以及弧面对压试验，将同强度同龄期的每6个立方体试件作为1组，3个用作检测立方体抗压强度，3个用作检测弧面对压强度，并通过破坏荷载与强度的换算公式得到每组与之相对应的抗压强度，结果见表3。表3混凝土立方体抗压以及弧面对压试验结果

将每组数据3个立方体抗压强度的平均值作为该组弧面对压强度的对应值，并对该组的3个弧面对压强度值分别取最大值、最小值、中值、平均值、大小值、大中值、中小值的数据处理方式，“平均值”代表一组数据中所有数据的算术平均值；“大小值”代表一组数据中最大值与最小值的平均值；“大中值”代表一组数据中最大值和中值的平均值；“中小值”代表一组数据中中值与最小值的平均值。然后通过对表3所有混凝土强度等级，所有养护龄期下立方体抗压强度和弧面对压强度的数据进行对比，并分别建立线性函数、幂函数、指数函数、多项式函数的数学模型[5-9]，弧面对压强度作为自变量，立方体抗压强度作为因变量，并按照最小二乘法原理对数据（未去除任何一组可能的大误差数据）进行回归拟合，拟合的数值见表4。表4试验回归分析数值通过建立线性函数、幂函数、指数函数、多项式函数等数学模型和最大值、最小值、中值、平均值、大小值、大中值、中小值的数据处理方式进行拟合，最终得到在多项式函数模型的情况下，弧面对压强度和立方体抗压强度两者的相关系数达到最优，相关系数r为0.9580，平均误差为14.8%，相对标准差为18.6%，符合相关要求。试验研究确定的多项式函数形式为其最优测强曲线，见式（2），曲线图如图2所示。图2

回归分析最优曲线图结论

对不同养护龄期及不同混凝土强度设计等级下的多组立方体试块进行立方体抗压