深圳市建设工程质量检测中心广东深圳518000
摘要：混凝土抗压强度检测方法众多，通常被运用到建筑物的质量鉴定与加固之中。本文以小芯样混凝土力学强度为自变量，对小直径芯样强度推定混凝土抗压强度方法进行比较。
关键词：混凝土强度；小芯样法；检测精度
引言
随着当前建筑结构向大跨度、超高层方向的发展，如何对混凝土新建工程、改建工程以及加固工程进行科学合理的检测和评估已经成为了工程建设行业的重要问题。因此使混凝土无损检测技术向着操作简便、精度高、对原结构破坏小的方向发展成为了函待解决的重要课题。
1.试验设计
1.1试件制作
泵送混凝土配合比设计采用符合相应标准的水泥、中砂、碎石、水、掺合料和外加剂按现行JGJ55—2011《普通混凝土配合比设计规程》进行配制。本次试验共设置3个混凝土强度等级：C20、C40、C60，浇筑成型150mm×150mm×150mm标准立方体试件，成型24h后拆模，并移至室外阴凉处码放，并模拟施工现场采取覆膜保湿养护7d后，自然养护，裸置备用。
1.2测试方法
在龄期14d、28d、60d、90d、180d、360d时，从每强度等级试件中随机抽取不少于2组立方体试件，一组立方体试件为由混凝土钻芯机在每个试件侧面分别钻制抗拉、抗折、单剪与双剪试验用直径44mm圆柱体混凝土小芯样，其中抗拉与单剪用小芯样为原位测试，抗折与双剪用小芯样为钻取后置于专用装置中进行测试；另一组立方体试件用于得到同龄期的混凝土抗压强度而进行的试验压力机力学破型试验。试验用仪器设备均检定有效。
2.立方体试件强度与小芯样力学强度的函数关系
立方体试件抗压强度与小芯样抗拉强度、抗折强度、单剪强度及双剪强度的关系见图1。由图1可知，微小直径芯样的各种力学强度均与立方体试件抗压强度存在良好的相关关系。现仅就试验数据，采用幂函数形式的回归数学模型，给出其各自的相关拟合函数及相应的误差统计结果，如表1所示。表1中fccu表示混凝土强度换算值（MPa）；r表示相关系数；δ表示拟合函数的平均相对误差；er表示拟合函数的相对标准差。
3.小芯样强度推定混凝土抗压强度方法的比较
文中所涉及的4种方法均是围绕小直径芯样的各种力学强度与立方体抗压强度的关系而展开，现仅据本次试验数据对其检测效果进行比较与分析。
3.1混凝土换算强度与立方体抗压强度的比较
按表1中各方法的拟合曲线计算混凝土换算强度，并与相应的立方体试件抗压强度进行比较，结果见图2。由图2可知，各检测方法的混凝土强度换算值与立方体强度的变化趋势一致。
3.2混凝土强度变异性比较
表2为经统计得到的混凝土强度变异性技术指标。由表2可知，各检测方法计算得到的混凝土抗压强度均值基本相同，但标准差存在差异，其中抗拉法最小，与其相应的变异系数亦为最小；双剪法和试件法基本相当，抗折法和单剪法居中。若与试件法的技术指标结果相比，抗折法、单剪法以及双剪法在数值上与其基本一致。
3.3相对误差随立方体抗压强度的变化
图3为试验混凝土强度的相对误差随立方体抗压强度的变化情况。由图3可知，抗拉法表现出随立方体强度的增大，其相对误差由负偏差向正偏差呈现出规律性的单调递增的规律；其他3种方法的相对误差基本均匀的分布在y=0的两侧，其中单剪法的误差波动幅度较抗折法略高些，双剪法在中等混凝土强度时的误差幅度最大，达40%以上。
3.4误差统计指标的比较
经统计得到的4种小芯样检测混凝土抗压强度的平均相对误差与相对标准差见图4直方图所示。由图4可知，抗折法误差最小，单剪法居中，抗拉法和双剪法最大。
图4各检测方法误差统计指标的比较
3.5拟合曲线变化速率的比较
以立方体试件抗压强度极差为基准，通过单位立方体试件抗压强度时相应的4种小芯样相应力学强度的变化快慢的量来表示拟合曲线变化速率，即变化速率为小芯样相应力学强度最大值减去其最小值后的极差值与相应的立方体试件抗压强度极差值的比值来表示。表3为经统计得到的4种小芯样检测混凝土抗压强度拟合曲线变化速率的技术指标。
由表3可知，拟合曲线变化速率最大的是双剪法，从图1可看出，该曲线变化较慢，曲线发展趋势较平缓，斜率较小；变化速率最小的是抗拉法，从图1可看出，该曲线变化较快，曲线发展趋势较陡峭，斜率较大；抗折法与单剪法的变化速率居中。同时由表3亦可看出，各检测方法统计数值相对变化较大，究其原因为检测方法自身所造成的。抗拉法属于无约束破坏，测试装置对芯样混凝土无约束，芯样因混凝土轴向受拉不足而破坏，断面位置不固定，常破坏于混凝土粗骨料与砂浆的粘结界面，其数值一般较小；抗折法属于部分约束破坏，测试装置对芯样端部有一定程度的约束，芯样因混凝土受弯拉强度不足而破坏，断面常位于作用荷载附近，其数值较抗拉法略高；单剪法属于有约束破坏，测试装置对破环断面位置约束较严，芯样因混凝土受剪拉不足而破坏，断面常在作用荷载处出现，断面处混凝土粗骨料多寡会对测试结果产生影响，其数值一般较大；双剪法属于有约束破坏，测试装置对破环断面位置有部分限制，同时对芯样端部有一定程度的约束，最后芯样因两个断面混凝土同时受剪拉而破坏，破坏断面常在面荷载作用的两端，加之芯样混凝土断面处粗骨料多寡的原因，其数值要大。
3.6综合分析
混凝土为多项复合材料混成，其不同性质的力学强度为混凝土本质的固有属性，表现在量值上存在大小的差异。试验中以小芯样为测试样本，采用特定装置测试其不同性质的力学强度，经统计回归表现为与立方体抗压强度存在较为明显的相关性，但亦表现出小芯样因尺寸效应导致的力学强度与立方体抗压强度的相关敏感性的强弱和误差统计值的大小，其原因为既有测试装置对小芯样不同力学性能的测量结果造成的影响程度不同所致，也就是各检测方法不同所造成的，如特定的试验装置对双剪法试验结果的影响程度更大一些，表现为误差统计结果相对其他方法更大一些。因此，若改良测试装置会提高后期拟合曲线的检测精度，降低统计误差值。
单纯从拟合曲线的数学图形上来说，单位长度内跨越的范围越大，曲线斜率越小、越平缓，则曲线的检测精度越高，但从试验误差统计结果看到的情况却存在差异，双剪法统计误差值偏大，这也表明不同性质的小芯样强度与立方体抗压强度的整体检测的强弱不同，可能是客观存在的某种规律造成的。综上所述，采用既有试验方法得到的符合检测精度即误差指标应满足规定要求，目前的结果为抗折法、单剪法较好，而抗拉法、双剪法略差。
4.结论
综上所述，本试验从不同角度比较各检测方法的检测精度，并从理论角度对其产生原因进行剖析。研究得到的微小芯样各物理力学强度均表现出与立方体试件抗压强度较好的相关性，采用小直径芯样强度推定结构混凝土抗压强度的检测精度中抗折法、单剪法较好，而抗拉法、双剪法略差。因此测试装置的适恰性有待进一步的试验研究。
参考文献：
[1]关于钻芯法检测钢筋混凝土抗压强度采用不同芯样端面处理方法准确性的探讨[J].夏黎炯.中国建材科技.2017（03）
[2]砼标准试件强度与芯样强度关系对照分析[J].乔映旭.甘肃科技.2017（17）
[3]小直径芯样检测混凝土强度技术分析[J].黄智滨.江西建材.2018（01）