纤维水泥砂浆用先装拔出法检测强度的制订标准研究*

卜良桃，刘德成

(湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082)

纤维水泥砂浆用先装拔出法检测强度的制订标准研究*

卜良桃†，刘德成

(湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082)

借鉴混凝土抗压强度检测方法，对采用9种强度等级纤维水泥砂浆(聚丙烯纤维水泥砂浆、聚乙烯醇纤维水泥砂浆及钢纤维水泥砂浆)加固的混凝土构件加固层进行先装拔出试验，对预留的纤维水泥砂浆试块进行标准立方体抗压强度试验，利用最小二乘法对得到的试验数据进行线性拟合，从而得到3种纤维水泥砂浆强度测强公式，最后对测强公式进行相关性评价，由评价结果可以看出，两者之间线性关系较好．该方法具有较高的精度和实用性，可在工程实践中推广应用.

纤维水泥砂浆；先装拔出试验；最小二乘法；测强公式；回归分析

目前，纤维水泥砂浆钢筋网加固法作为一种新型加固技术在混凝土结构修补加固工程之中应用得越来越广泛[1]，但对于纤维水泥砂浆强度的现场检测仍没有专门的规范和标准.相比较而言，拔出法作为一种混凝土强度检测方法应用已比较成熟，而且我国先后制订了拔出法检测混凝土强度的技术标准.笔者借鉴拔出法检测混凝土抗压强度的标准制订的研究思路，采用山东乐陵回弹仪厂生产的ZH-60多功能型后锚固法强度检测仪，并重新设计了适用于纤维水泥砂浆的锚固件及其固定装置，对聚乙烯醇纤维水泥砂浆、聚丙烯纤维水泥砂浆以及钢纤维水泥砂浆现场强度检测进行试验研究.

有文献表明，当加固钢筋网间距大于75 mm时，钢筋网对拉拔力几乎无影响[2].实际工程中加固钢筋网的间距往往超过75 mm，故本试验在被加固构件上未设置钢筋网.同时为了使标准制订更贴近工程实际应用，规定加固层厚度30 mm.

1 试验方案

1.1 试验材料选择

试验选用普通硅酸盐水泥(强度等级为32.5,42.5 MPa)；最大直径不大于30 mm的卵石；自来水；细度模数为2.4～2.6中砂；聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、钢纤维；RPC干混料；HPPC外加剂.

1.2 试验试件设计、分组及试验过程

1.2.1 试件设计与试验分组

被加固的原试件尺寸为300 mm×300 mm× 600 mm，采用强度等级为C15,C20,C30,C40,C50的素混凝土制作，每个试件预留3个混凝土试块；加固层厚度为30 mm，3种纤维水泥砂浆加固层分别采用了聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、钢纤维，每种类型纤维水泥砂浆均设计了M20,M30,M40, M50,M60,M70,M80,M90,M100 共9个强度等级，每组纤维水泥砂浆预留3个砂浆试块.

试验分组见表1.

1.2.2 试验过程

1)制作混凝土原试件

采用标准方法制作混凝土原试件共162个(其中C15的18个，C20,C30,C40,C50均为36个)．

2)原试件表面处理

表1 试件分组及编号

考虑到界面粗糙度对拔出力影响，同时为保证混凝土与纤维水泥砂浆能够可靠粘结，在抹压砂浆前应对混凝土原试件表面凿毛处理．

3)安装锚固件

锚固件应在抹压砂浆前利用固定架安放到测点部位，安放锚固件时注意保持与测试面垂直.

4)抹压加固层

分两次抹压纤维水泥砂浆加固层，每次抹压砂浆厚度控制在15 mm左右.先抹压底层砂浆，在锚固件周围底层砂浆终凝前应拆除固定架，然后抹压面层砂浆.

5)拔出试验

拔出试验装置见图1.

将拉杆与锚固件用螺纹套筒连接，安装反力支承圆环使之紧贴加固砂浆表面，以保持拉杆与操作面垂直，安装拔出仪器在拉杆上，用紧固螺丝拧紧，旋转摇杆施加拔出力，其速度应控制在0.5～ 1.0 kN/s，待测力显示器读数不再增加，停止摇动摇杆，记录极限拔出力.

1-锚固件；2-拔出仪拉杆；3-反力支承圆环；

6)立方体砂浆试块抗压强度试验

将预留的立方体砂浆试块与原试件置于同条件养护，养护28 d后，将立方体试块放到压力试验机上用标准试验方法加荷直至破坏，记录砂浆立方体抗压强度代表值.

2 聚乙烯醇纤维水泥砂浆先装拔出试验结果

2.1 试验数据

国内的研究成果证明：聚乙烯醇纤维水泥砂浆后装拔出力与立方体抗压强度存在很好的线性关系[3].采用先装拔出法对聚乙烯醇纤维水泥砂浆加固的混凝土构件砂浆层进行拔出试验，试验的相关数据采集结果如表2所示.

2.2 试验数据回归分析

将表2中数据，按照最小二乘法原理进行回归分析[4].计算模型简化为：

(1)

将表2中数据代入式(1)得:

a=5.718 4,b= -24.697 3

表2 试验数据

注：f—砂浆抗压强度代表值,MPa；F—拔出力,kN.

2.3 对一元回归方程的评价

2.3.1 相关系数r

相关系数的表达式为：

(2)

式中SF，Sfm,cu分别为拔出力和砂浆抗压强度标准差，整理试验数据代入式(2)计算得出r=0.957 5.

2.3.2 平均相对误差δ

平均相对误差表达式为:

(3)

δ=9.27%

式中ffm,ei为第i组试件抗压强度推定值，整理试验数据代入式(3)计算 .

2.3.3 相对标准差er

相对标准差表达式为：

(4)

整理试验数据，代入式(4)计算可以得出er=11.56%.该计算值小于《规程》[5]所设定的相对标准差12%.

2.3.4 剩余标准差s

剩余标准差表达式为：

(5)

整理试验数据代入式(5)计算得出s=6.43.

2.3.5 回归方程的显著性检验

采用F检验法对聚乙烯醇纤维水泥砂浆的回归方程进行显著性检验[4,6].

提出假设：H0=0；

给定显著性水平α=0.05，确定临界值 ；

α=0.05

Fα(1,n-2)=F0.05(1,52)=4.03式中SSR,SSE分别为回归平方和、残差平方和.

因为F=572.04>F0.05，所以拒绝原假设H0，说明回归方程是显著的，具有统计意义.

可以看出，相关系数、平均相对误差、相对标准差和剩余标准差均较小，达到相关标准要求,回归方程的显著性检验达到规范要求，这说明得到的聚乙烯醇纤维水泥砂浆先装拔出力与立方体抗压强度具有良好的线性相关性，先装拔出法测强公式精度较高，可应用于实际预测其强度，因此为标准制订提供的测强方程为：

ffm,e=5.718F-24.697

(6)

测强曲线如图2所示.

3 聚丙烯纤维水泥砂浆与钢纤维水泥砂浆 先装拔出试验结果 在实际加固工程中，对于聚丙烯纤维水泥砂浆

和钢纤维水泥砂浆的应用也相当的广泛[8]，为完善先装拔出法检测纤维水泥砂浆抗压强度标准，本试验对聚丙烯纤维水泥砂浆与钢纤维水泥砂浆用先装拔出法检测抗压强度进行了研究.

F/kN

3.1 试验结果

试验的相关数据采集结果如表3所示.

表3 试验结果

续表3

砂浆强度 聚丙烯纤维水泥砂浆 钢纤维水泥砂浆 F/kNf/MPaF/kNf/MPaM6015．2260．5418．3259．1514．9459．1420．3161．1015．9665．4519．1659．4816．1266．7315．4658．4915．5764．7315．2358．3615．2960．1515．0957．79M7016．2366．7217．2869．2517．5373．3018．7469．9116．1366．3714．1063．215．3965．6021．1071．7315．6469．6016．6464．2617．4670．3117．0867．49 M8016．7273．3022．1582．5119．0385．3721．0379．9816．2477．5621．8480．6017．1269．3726．9485．1918．0581．8320．3677．5618．6085．0622．4082．99 M9018．3183．0020．1776．3819．3689．3021．8585．3918．2682．4725．8689．2319．9383．0320．4183．1618．0678．5625．8694．3119．8681．1822．3585．89 M10020．6891．1321．4981．7518．7578．2723．8097．9819．7483．5223．3189．5618．2882．3923．5689．9219．8884．1922．4584．4719．4782．7718．4381．00

注：f—砂浆抗压强度代表值，MPa；F—拔出力，kN.

3.2 试验数据回归分析

对试验数据进行相关性评价，所得相关参数见表4.

表4 相关参数

如表4所示的两种纤维水泥砂浆的数据分析结果：两种纤维水泥砂浆抗压强度与先装拔出力之间的相关系数、平均相对误差、相对标准差、剩余标准差都比较小，F检验显著性满足要求，拟合公式比较精确，表明聚丙烯纤维水泥砂浆与钢纤维水泥砂浆抗压强度和拔出力之间具有显著的线性相关性.

由此得到圆环式先装拔出法检测聚丙烯和钢纤维水泥砂浆的测强方程分别为：

ffm,e=5.466F-21.471(聚丙烯纤维水泥砂浆)

(7)

ffm,e=3.501F-4.025(钢纤维水泥砂浆)

(8)

最终得出聚丙烯纤维水泥砂浆和钢纤维水泥砂浆测强曲线分别如图3,图4所示.

F/kN

F/kN

4 结 论

1)本试验拟合出的先装拔出法检测聚乙烯醇纤维水泥砂浆抗压强度的测强公式为：

ffm,e=5.718F-24.697

先装拔出法检测聚丙烯纤维水泥砂浆抗压强度的测强公式为：

ffm,e=5.466F-21.471

先装拔出法检测钢纤维水泥砂浆抗压强度的测强公式为：

ffm,e=3.501F-4.025

2)对3种纤维水泥砂浆测强公式进行评价，样本相关系数接近于1，线性相关性比较好，相对标准差、剩余标准差、平均相对误差都比较小，回归方程的显著性检验满足要求，拔出力对纤维水泥砂浆抗压强度影响显著，测强方程可用于预测推定3种纤维水泥砂浆抗压强度，本文所依据的试验研究结果适用于相关标准制订和技术应用推广.

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Research on Formulating Standards for Inspection of Fiber Reinforced Cement Mortar Strength by Cast-in-place Pull-out Method

BU Liang-tao†, LIU De-cheng

(College of Civil Engineering ,Hunan Univ, Changsha，Hunan 410082,China)

Referring to the methods and equipment of concrete compressive strength testing, the cast-in-place pull-out test was conducted on concrete specimens, which were reinforced by Polypropylene-Engineered Cementitious Composite, Polyvinyl Alcohol-Engineered Cementitious Composite, steel fiber cement mortar with nine strength grades. And the cube compressive strength test was conducted on fiber reinforced cement mortar specimens, which were reserved. Choosing linear relationship to fit the experimental data by using the method of least squares, this paper obtained three kinds of fiber reinforced cement mortar strength curves. At last, the relevant evaluation between them was carried out. The test data showed that there was a good linear relationship between them. This method has been proved to have very high precision, and can be used to predict fiber reinforced cement mortar compressive strength.

fiber reinforced cement mortar; cast-in-place pull out experience; the least squares; strength curve; regression analysis

1674-2974(2015)07-0056-06

2014-10-16

国家火炬计划项目(2013GH561393)

卜良桃(1963-)，男，湖南南县人，湖南大学教授，博士

†通讯联系人，E-mail:plt63@126.com

TU317

A