抗剪法检测预拌混凝土抗压强度试验研究

王大勇，张作栋，王亮，肖潇

（廊坊市阳光建设工程质量检测有限公司，河北 廊坊 065000）

抗剪法检测预拌混凝土抗压强度试验研究

王大勇，张作栋，王亮，肖潇

（廊坊市阳光建设工程质量检测有限公司，河北 廊坊 065000）

本文研究通过圆柱体小芯样剪切试验以及相应龄期的混凝土立方体试件力学性能试验，分别获得了小芯样抗剪强度和立方体试件抗压强度。试验结果表明：小芯样抗剪强度与混凝土立方体试件抗压强度存在显著的相关性；试验所建立的抗剪法测强曲线具有足够的检测精度，能够应用于预拌混凝土抗压强度的现场实体结构检测。研究结果可供工程质量检测与控制参考。

混凝土；小芯样；剪切强度；抗压强度；测强曲线；剪压比

0 引言

混凝土强度的现场检测技术分为间接检测技术与直接检测技术两种。其中间接检测技术包括回弹法、超声回弹综合法等无损检测方法，该类方法有许多优点，但也存在着一定的局限性，如测试参数（回弹值、超声声速值等）受混凝土配合比、原材料组成等因素影响而导致检测精度低的情况；在混凝土中钻取芯样的直接检测技术具有直观、可靠、精度高的优点，但试验周期长、检测费用高，同时对结构构件存在一定的损伤，影响结构安全。

抗剪法检测混凝土抗压强度技术是一种新型测强技术，仪器设备投资少、检测精度高，适宜现场结构混凝土抗压强度的检测，尤其是掺加矿物掺合料的预拌混凝土。本研究采用本地区常用原材料配制试验用混凝土，按标准方法成型标准立方体试件建立抗剪法检测预拌混凝土抗压强度曲线，并与各地抗剪法测强曲线进行比较，最后对以小芯样表征的抗剪强度与其相应立方体试件抗压强度之比的混凝土剪压比随龄期的变化进行分析。研究结果可供工程质量检测与控制参考。

1 试验原理与设计

1.1 试验原理抗剪法是从混凝土结构实体上钻取直径×长度＝44mm×100(150)mm 的小芯样作为抗剪试件，采用抗剪仪将试件剪断，试验原理如图 1 所示[1]。由得到的抗剪力 F 计算抗剪强度 fv，将得到的抗剪强度作为自变量，相应的混凝土标准立方体试件抗压强度作为因变量采用最小二乘法进行回归拟合，建立预拌混凝土测强曲线，并按照有关规定借以推定结构混凝土抗压强度的一种检测技术。

图 1 抗剪法试验原理图

1.2 试验设计

1.2.1 原材料及混凝土配合比

试验采用本地区常用原材料：42.5 级普通硅酸盐水泥，S95 级矿粉，Ⅱ级粉煤灰，细骨料为涿州中砂，粗骨料为5～25mm 粒径碎石，减水剂为萘系高效泵送防冻减水剂，拌合用水为当地自来水。混凝土配合比设计采用粉煤灰超量取代水泥、矿粉等量取代部分水泥，并加入适量萘系高效泵送减水剂的方式配制 C20、C40、C60 三个混凝土强度等级。

1.2.2 试验用标准立方体试块

委托生产质量稳定的某大型商品混凝土公司提供试验混凝土并按标准工艺制作 150mm×150mm×150mm 标准立方体试件，每强度等级各制作 12 组同条件试件与标准养护 28d 试件 1 组。混凝土浇筑成型后按现行 GB50204—2011《混凝土结构工程施工质量验收规范》养护 14d，后移至室外阴凉处品字型码放，自然养护，裸置备用。各强度等级混凝土标准养护28d 立方体试件抗压强度均合格。

1.2.3 测试方法

在 5d、14d、28d、56d、90d、120d、180d 测试龄期时,从每个强度等级试件中随机抽取 3 块，在每个试件的混凝土浇筑侧面用内径为 44mm 钻头的钻芯机钻取小直径芯样作为抗剪试件。待小芯样晾干后测量其实际直径并记录。把抗剪试件放入抗剪仪并置于压力机上，待对中后加载至试件破坏并记录压力机所显示的抗剪力值，见图 2；同时从各强度等级试件中随机抽取 1 组（3 块）立方体试件进行混凝土力学性能试验。

图 2 小芯样抗剪试验

1.2.4 试验用仪器设备

试验用定型抗剪仪、压力机、钻芯机等，所有仪器设备均检定有效。

2 试验结果及分析

2.1 剪切破坏形态

从抗剪试件的破坏结果和形态看，可分为两种形式：一种是抗剪试件断为三段，大多发生在低龄期低强度的小芯样抗剪试件；另一种是断为两段，基本发生在中高强度等级，并且随龄期的增加，该现象也越明显。破坏机理分析表明：低强混凝土的变形协调能力强，两个抗剪面基本能协调同步，故此表现为双剪断裂；高强度混凝土弹性模量大、脆性大，其变形协调能力差，容易形成不完全双剪状态，表现为数据离散性大，破坏结果大多为芯样抗剪试件断为两段。

2.2 试验参数取值规则

2.2.1 抗剪试件强度代表值 fv,i的取值

据抗剪试件的抗剪力 Fi.j与其相应直径均值计算得到抗剪强度 fv,i,j（式 1），取每组 3 个抗剪试件强度的均值作为抗剪强度代表值 fv,i,。

2.2.2 标准立方体试件混凝土抗压强度的取值

标准立方体试件混凝土抗压强度的取值按 GB50107—2010《混凝土强度检验评定标准》的规则来确定该组标准立方体试件混凝土抗压强度代表值。

2.3 抗剪法测强曲线

2.3.1 抗剪法测强曲线建模

把得到的试验数据进行预处理后，选取线性函数，对数函数、二次多项式函数、幂函数、指数函数等五种函数形式，采用最小二乘法对龄期 5～28d、28～180d 以及 5～180d试验数据分别进行回归拟合，得到的抗剪法测强曲线见表 1、2、3。不同函数形式的回归模型计算得到的平均相对误差б及相对标准差 εr如表 1～3 所示。

表 1 龄期 5～28d 早龄期抗剪法测强曲线及其统计指标

表 2 龄期 28～180d 抗剪法测强曲线及其统计指标

表 3 龄期 5～180d 抗剪法测强曲线及其统计指标

由表 1～3 可知，（1）所拟合不同函数形式的测强曲线相关系数均较高；（2）早龄期抗剪法测强曲线除截距为零的线性函数与对数函数外、龄期 28～180d 抗剪法测强曲线除截距为零的线性函数与对数函数外，其他测强曲线均满足专用测强曲线要求；龄期 5～180d 抗剪法测强曲线除对数函数和指数函数外，其他测强曲线均满足专用测强曲线要求。

2.3.2 抗剪法测强曲线选择

由表 1～3 可知：（1）二次多项式函数与幂函数测强曲线的相关系数、平均相对误差及相对标准差指标为最佳，本文优选物理意义明确的幂函数曲线作为抗剪法测强曲线。（2）回归的三个龄期范围的抗剪法幂函数测强曲线误差统计指标相差不大，故本文所得到的抗剪法专用测强曲线为：fc

cu,i= 4.3814fv,i1.1900

(2)

上式相关系数为 0.91，平均相对误差为 ±9.8%，相对标准差 11.7%。式中 fccu,i为第 i 个结构或构件混凝土抗压强度推定值，结果精确至 0.1MPa；fv,i为第 i 个结构或构件所取 3个直径 44mm 芯样抗剪试件强度的算术平均值，结果精确至0.01MPa。

2.3.3 抗剪法测强曲线效果检验

以抗剪法测强曲线（式 2）检测预拌混凝土结构实体混凝土强度推定值与立方体试件抗压强度的比较见图 3。在图3中，抗剪法测强曲线换算强度的散点基本均匀分布在 y=x 线两侧。

2.4 与其他地区抗剪法测强曲线的比较

由于直径 44mm 小芯样抗剪强度与混凝土立方体抗压强度的相关性极高，各地对其进行了深入的研究，建立了各自的抗剪法测强曲线[3,4]，式 3、4 依次为兰州地区测强曲线与广西地区测强曲线。现结合试验数据，对其进行比较分析（见图 4）。

由图 4 可知：（1）由 3 条测强曲线所计算的混凝土抗压强度均表现出随小芯样抗剪强度的增加而增长的现象。（2）在抗剪强度小于 5.6MPa 时，相同抗剪强度所对应的混凝土抗压强度推定值按广西曲线、本文曲线、兰州曲线顺序依次增大；在抗剪强度不小于 5.6MPa 时，相同抗剪强度所对应的混凝土抗压强度推定值按兰州曲线、本文曲线、广西曲线顺序依次增大。这表明抗剪法测强曲线试验用混凝土存在地方性的特点，实际应用中宜建立地区测强曲线以提高检测精度。

2.5 混凝土剪压比随龄期的变化

图 5 为依据试验数据计算得到的剪压比随龄期的变化。

由图 5 可知，28d 前剪压比均值为 0.179，标准差为0.026，变异系数为 0.146；28d 后剪压比均值为 0.156，标准差为 0.017，变异系数为 0.109，究其原因为 28d 前混凝土抗压强度增长缓慢，以小芯样表征的混凝土剪切强度相对增长较快；28d 后，混凝土抗压强度增长相对其抗剪强度增长略快的缘故。总之，剪压比随龄期在较小范围内波动，龄期对剪压比影响不大。

2.6 需要进一步研究的工作

本次试验仅对粗骨料为 5～25mm 粒径的碎石预拌混凝土进行了研究，后续试验将对混凝土种类（如钢纤维混凝土、再生混凝土等）进行验证与修正，对混凝土粗集料种类、粒径以及抗剪用小芯样含水率对抗剪法测强曲线的影响程度做进一步的研究。

3 结论

（1）利用试验数据拟合得到的抗剪法专用测强曲线具有足够的精度，适合于预拌混凝土抗压强度的结构实体检测，可供工程结构混凝土强度检测鉴定参考。

（2）抗剪法测强曲线可不必分段拟合，误差指标比较结果表明，本文抗剪法测强曲线亦适用于早龄期混凝土抗压强度的检测。由于各地混凝土原材料、配合比等的差异，宜建立各自的专用测强曲线以提高检测精度。

（3）由于抗剪法检测混凝土抗压强度技术是在结构混凝土中钻取小芯样抗剪试件后直接进行抗剪试验，工效较钻芯法明显提高；此外该方法亦适用于钢筋配置密集的结构构件，故抗剪法检测混凝土强度技术推广应用前景广阔。

[1] 邱平，朱跃武．抗剪法检测混凝土抗压强度技术[J]. 施工技术，2012(24): 99-101．

[2] 杜雷，张波，周茗如，等．抗剪法及原位单剪法推定混凝土抗压强度的试验研究[J]．工程质量，2013(08): 14-17．

[3] 李杰成．抗剪法检测混凝土抗压强度技术[C]．第十一届全国建设工程无损检测技术学术会议论文集[A]，2013,8: 315-323．

［通讯地址］河北省廊坊市富康道 113 号 廊坊市阳光建设工程质量检测有限公司（065000）

The study of the shear-resistance method to detect compressive strength of ready-mixed concrete

Wang Dayong, Zhang Zuodong, Wang Liang, Xiao xiao ( Langfang YangGuang Construction Engineering Quality Supervision CO., Ltd., Langfang 065000, Hebei,China)

This test based on the shear experiment of small diameter cylinder cores and the mechanical properties experiment of cube specimens, the small core shear strength and cube specimens compression strength was obtained. The test results showed that the small core shear strength and cube specimens compression strength were significant correlation , using the shear-resistance method to assess the compressive strength of concrete is higher accuracy. At the same time, the shear-resistance method strength curve is established, and it can be applied to the compressive strength of the entity structure which pumped with premixed concrete. The results of the study can be the reference for the engineering quality detection and control.

concrete; small diameter core; shear strength ;compression strength; strength curve; shear compression ratio

王大勇（1974—），男，高级工程师，从事工程质量检测鉴定与研究工作，全国建设工程无损检测技术学术委员会委员。