基于回彈法檢測(cè)混凝土多孔磚抗壓強(qiáng)度換算值修正方法的研究

趙銀栓, 楊全兵, 張宗盛, 劉志娟, 趙成江

(1 甘肅新宇城市建設(shè)有限公司，蘭州 730030；2 甘肅省建筑科學(xué)研究院(集團(tuán))有限公司，蘭州 730070；3 中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，蘭州 730030)

0 引言

目前國(guó)內(nèi)混凝土多孔磚砌體結(jié)構(gòu)建筑物隨著建筑使用年限的增長(zhǎng),以及使用過(guò)程中環(huán)境的變化,導(dǎo)致砌塊材料強(qiáng)度產(chǎn)生一定的劣化,尤其對(duì)于前期養(yǎng)護(hù)未達(dá)到齡期要求的砌塊,材料強(qiáng)度的減弱尤為明顯。利用回彈法檢測(cè)燒結(jié)磚的抗壓強(qiáng)度技術(shù)國(guó)內(nèi)應(yīng)用相對(duì)已成熟,而對(duì)于非燒結(jié)磚的回彈法檢測(cè)應(yīng)用研究相對(duì)較少,湖南大學(xué)陳大川教授、羅虎等[1-6]在該領(lǐng)域進(jìn)行了一定的研究,他們利用室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)回歸分析的方法,建立了非燒結(jié)混凝土多孔磚(簡(jiǎn)稱(chēng)多孔磚)抗壓換算強(qiáng)度的計(jì)算公式,該公式已被引用到《非燒結(jié)磚砌體現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 371—2016)(簡(jiǎn)稱(chēng)砌體檢測(cè)規(guī)程)中,并被廣泛應(yīng)用到工程實(shí)踐中。

砌體檢測(cè)規(guī)程的計(jì)算公式明確僅適用于推定主規(guī)格為單排孔的普通小砌塊的抗壓強(qiáng)度。而在實(shí)際工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),利用砌體檢測(cè)規(guī)程計(jì)算公式所得到的多孔磚抗壓強(qiáng)度明顯低于多孔磚的實(shí)際抗壓強(qiáng)度。究其主要原因是陳大川教授等[3]在進(jìn)行混凝土空心砌塊抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式的建立時(shí),所采用的多孔磚為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下單排孔小砌塊,其空心率為47%。而實(shí)際多孔磚受養(yǎng)護(hù)條件和空心率的影響,與其相比都具有一定的差別。因此,本文依托實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行多孔磚的取樣,采用回彈法和室內(nèi)單軸抗壓試驗(yàn)檢測(cè)多孔磚的抗壓強(qiáng)度,并通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)回歸分析進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合和相應(yīng)的折減修正。

1 試驗(yàn)情況

1.1 多孔磚取樣

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的承重墻均采用雙排孔的多孔磚,空心率約為30%。為使修正公式的計(jì)算結(jié)果更具有代表性,在所有檢測(cè)樓棟便于取樣的墻體進(jìn)行隨機(jī)取樣,總計(jì)取多孔磚107塊,破損13塊,完整且可利用的取樣數(shù)量為94塊。多孔磚參照《承重混凝土多孔磚》(GB/T 25779—2010)中試驗(yàn)方法進(jìn)行處理及養(yǎng)護(hù),參考混凝土空心砌塊的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[7-8]進(jìn)行多孔磚的試驗(yàn)檢測(cè)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)回彈法采用HT-225K數(shù)顯式回彈儀,在進(jìn)行試驗(yàn)前將其在洛氏硬度HRC為60±2的鋼砧上進(jìn)行率定。單軸抗壓強(qiáng)度的測(cè)定采用CXWES-600B型單軸數(shù)顯式壓力機(jī)。

1.3 數(shù)據(jù)的獲取

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)獲取多孔磚的回彈數(shù)據(jù),目的是減少多孔磚在壓力機(jī)加壓時(shí)回彈對(duì)多孔磚的擾動(dòng)。多孔磚的實(shí)際抗壓強(qiáng)度為單軸壓力機(jī)完全破壞時(shí)的極限荷載值,室內(nèi)單軸抗壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片如圖1所示。

圖1 單軸抗壓試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片

2 換算強(qiáng)度的修正方法

2.1 數(shù)據(jù)處理

數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析采用肖維勒準(zhǔn)則和格拉布斯準(zhǔn)則[9-10]進(jìn)行組內(nèi)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),對(duì)多孔磚異常數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除處理。將94塊多孔磚檢測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin中,利用最小二乘法線性擬合工具計(jì)算得到,有7塊多孔磚數(shù)據(jù)相對(duì)誤差較大且離散度較高,判定為異常數(shù)據(jù),因此,在數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析時(shí)剔除此7塊數(shù)據(jù),剩余87塊多孔磚數(shù)據(jù)見(jiàn)表1,異常數(shù)據(jù)剔除見(jiàn)圖2。

表1 多孔磚數(shù)據(jù)

圖2 剔除異常數(shù)據(jù)結(jié)果圖

2.2 公式的修正

2.2.1 公式換算強(qiáng)度的計(jì)算

根據(jù)砌體檢測(cè)規(guī)程計(jì)算混凝土多孔磚的回彈換算強(qiáng)度,即:

f1ij=5×10-3R2.1-0.9

式中:f1ij為回彈換算強(qiáng)度,其中i代表測(cè)區(qū),j代表測(cè)位;R為回彈平均值。

將表1回彈值代入砌體檢測(cè)規(guī)程公式中,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。經(jīng)過(guò)分析可知,利用砌體檢測(cè)規(guī)程計(jì)算所得抗壓強(qiáng)度普遍低于單軸實(shí)際抗壓強(qiáng)度,且差值較大,反映出砌體檢測(cè)規(guī)程公式計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不相符的特征。

圖3 抗壓強(qiáng)度對(duì)比

因此,本文通過(guò)數(shù)據(jù)擬合回歸分析、標(biāo)準(zhǔn)值修正和有效面積折減三種方法對(duì)砌體檢測(cè)規(guī)程計(jì)算公式進(jìn)行修正,進(jìn)而將修正公式應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目檢測(cè)中。

2.2.2 數(shù)據(jù)擬合回歸分析

參照砌體檢測(cè)規(guī)程中規(guī)定的方法,對(duì)87塊磚樣數(shù)據(jù)按照回彈值從低到高的順序進(jìn)行排序,分別對(duì)其進(jìn)行等距分組,即以回彈值相近(回彈值極差不大于0.5)的1～7塊多孔磚為1組,共分為28組,見(jiàn)表2。分別計(jì)算各組多孔磚的平均回彈值和平均抗壓強(qiáng)度,作為各組多孔磚回彈值和抗壓強(qiáng)度的代表值。采用Origin軟件的內(nèi)置函數(shù)對(duì)分組后平均回彈值和平均抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析,擬合函數(shù)曲線如圖4所示。

表2 多孔磚分組數(shù)據(jù)

圖4 擬合函數(shù)曲線示意圖

通過(guò)數(shù)據(jù)擬合分析,得到3個(gè)冪函數(shù)回歸方程式,并計(jì)算每個(gè)回歸方程的相關(guān)系數(shù)r、平均相對(duì)誤差δ和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er,回歸方程式和誤差計(jì)算如下:

y=0.006 5R2.130 26-1.2

(1)

y=0.007R2.120 83-1.6

(2)

y=0.007 5R2.112 4-2.0

(3)

三個(gè)擬合函數(shù)公式的相關(guān)系數(shù)r、平均相對(duì)誤差δ和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er見(jiàn)表3。

表3 擬合函數(shù)式分析數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)比表3中數(shù)據(jù)可知,擬合函數(shù)式(1)的相關(guān)系數(shù)最高,且平均相對(duì)誤差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差較低,分別為20.9%和25.7%,因此選擇擬合函數(shù)式(1)為擬合計(jì)算公式,即y=0.006 5R2.130 26-1.2,簡(jiǎn)化為:

y=0.006 5R2.13-1.2

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)值修正

將磚樣壓力試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)的抗壓強(qiáng)度與回彈法檢測(cè)強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比分析求得修正系數(shù),即修正系數(shù)等于試驗(yàn)機(jī)抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以砌體檢測(cè)規(guī)程公式計(jì)算強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。標(biāo)準(zhǔn)值修正后和擬合公式計(jì)算結(jié)果對(duì)比,數(shù)據(jù)見(jiàn)表5和圖3。

表4 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值修正系數(shù)

表5 標(biāo)準(zhǔn)值修正和擬合公式計(jì)算結(jié)果對(duì)比

通過(guò)表5和圖3可知,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值修正和擬合公式計(jì)算的多孔磚抗壓強(qiáng)度結(jié)果統(tǒng)計(jì),平均相對(duì)誤差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差基本相同,兩條曲線的變化趨勢(shì)也基本完全重合。

2.2.4 有效面積折減

由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)多孔磚的空心率約為30%,而砌體檢測(cè)規(guī)程中單排孔小砌塊空心率約為47%。因此,亦可利用面積折減進(jìn)行計(jì)算修正,即修正系數(shù)等于多孔磚實(shí)際承壓面積除以砌體檢測(cè)規(guī)程混凝土空心砌塊實(shí)際承壓面積,計(jì)算得到有效面積折算修正系數(shù)為1.32,即70%/53%=1.32。

2.3 修正系數(shù)的確定

本文對(duì)砌體檢測(cè)規(guī)程換算強(qiáng)度計(jì)算公式修正時(shí),分別利用數(shù)據(jù)擬合回歸分析、標(biāo)準(zhǔn)值修正和有效面積折減三種方法。根據(jù)本文2.2節(jié)分析可知,利用數(shù)據(jù)擬合和標(biāo)準(zhǔn)值修正后,其計(jì)算結(jié)果相近,更加接近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。數(shù)據(jù)擬合主要是基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算得到的,其結(jié)果相較于其他方法更具有一定科學(xué)性。

綜上,對(duì)規(guī)程換算強(qiáng)度公式修正時(shí),其修正系數(shù)在1.32～1.45之間。在綜合考慮項(xiàng)目特點(diǎn)及實(shí)際情況,確定砌體檢測(cè)規(guī)程換算強(qiáng)度計(jì)算公式的修正系數(shù)為1.35,即回彈法檢測(cè)多孔磚的換算強(qiáng)度計(jì)算公式為:

f1ij=1.35×(5×10-3R2.1-0.9)

3 結(jié)論

為解決通過(guò)砌體檢測(cè)規(guī)程中計(jì)算混凝土多孔磚強(qiáng)度與實(shí)際結(jié)果相差較大的問(wèn)題,本文采取現(xiàn)場(chǎng)取樣的方法,利用數(shù)據(jù)擬合回歸分析、標(biāo)準(zhǔn)值修正、有效面積折減三種方法對(duì)規(guī)程公式進(jìn)行修正,得出以下結(jié)論:

(1)在進(jìn)行公式修正時(shí),數(shù)據(jù)擬合與標(biāo)準(zhǔn)值修正的計(jì)算結(jié)果相近,驗(yàn)證了標(biāo)準(zhǔn)值修正在實(shí)際工程應(yīng)用中具有較高的實(shí)用性。有效面積折減相比數(shù)據(jù)擬合和標(biāo)準(zhǔn)值修正的結(jié)果相對(duì)偏于安全。

(2)通過(guò)三種方法得到砌體檢測(cè)規(guī)程計(jì)算公式的修正系數(shù)介于1.32～1.45之間,綜合考慮多孔磚的實(shí)際情況,確定修正系數(shù)為1.35,主要適用于空心率為30%的混凝土雙排多孔磚。

(3)利用三種方法對(duì)換算強(qiáng)度計(jì)算公式的修正過(guò)程中發(fā)現(xiàn),標(biāo)準(zhǔn)值修正和有效面積折減兩種方法簡(jiǎn)單,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作性更高,但對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)值修正和有效面積折減還需進(jìn)一步深入研究。