回弹法检测水泥基灌浆料强度试验探讨

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论文字数:42512 论文编号:sb2022080815585049211 日期:2022-08-23 来源:硕博论文网

本文是一篇土木工程论文,本文经过研究,得出结论:水泥基灌浆料早期的强度增长较快,灌浆料强度1d可达28d的35%以上,3d超过65%,7d在85%以上,灌浆料的强度增长速率随龄期增长而逐渐放缓,在7d至28d灌浆料强度增长速率比较缓慢,14d后强度基本不再增长。
第1章绪论
1.1研究背景和意义
我国自改革开放以来,建筑产业迅猛发展,服务过一定年限的的建筑物由于自然灾害、性能老化和基础设施落后等因素,导致难以满足人们正常使用需求[1],而且在近几年,新建工程频发质量问题,从而产生安全隐患。若对建筑进行拆除重建,不仅成本高昂且对环境产生恶劣影响,因此对建筑物加固改造是现阶段较成熟的方案。
水泥基灌浆料是以水泥、骨料和掺合料等原材料按照比例混合而成,使用时按照配合比加入水拌合即可,由于灌浆料具备后期强度高、早期强度增长快、微膨胀和自密实等众多优点[2],被广泛应用于建筑物加固,改造和置换等领域,并且在抢险救灾工程中也效果奇佳[3~5],如图1-1所示。

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1.2灌浆料国内外研究进展
1.2.1灌浆料国外研究进展
灌浆材料第一次应用是在1802年由法国工程师Charles Bering将粘土和石灰浆液混合而成,应用于墙体加固[8,9]。随着灌浆技术的逐渐发展,在1826年的英国,波特兰水泥(硅酸盐水泥)的诞生,为灌浆料的发展开启了新的篇章。第一次以硅酸盐水泥配制灌浆料是在1838年,科林在灌浆料中添加硅酸盐水泥对法国布鲁斯大坝进行加固[10],在1864年英国工程师首次以水泥基灌浆材料对井筒漏水处进行灌浆修补[11]。自此以后,水泥基灌浆料迎来巨大的发展[12],世界各国的专家和学者开始对水泥基灌浆料进行更深入的研究,包括对水泥基灌浆料的原材料成分,配合比,性能和作用机理等诸多方面。
为解决水泥基灌浆料颗粒太大无法灌注细小缝隙的问题,日本在20世纪80年代研发出超细水泥灌浆料,通过80%水泥和20%粒化高炉矿渣进行配制,最大特点是粒径非常小,可以对孔隙为437510-.cm的细沙层进行注浆,并对其进行固结砂法抗压强度试验,结果表明:在龄期3d即可达到25MPa,28d可超过50MPa以上[13,14]。
Kamal H.Khayat[15]教授对在0.3~0.5水胶比之间的水泥基灌浆料掺入减水剂和稳定剂,研究其对于流动性能和抗压强度的影响。研究发现水胶比相较于减水剂和稳定剂对流动性能和抗压强度影响更大,提出在水泥基灌浆料掺入溶于水的聚合物和高效减水剂配合使用,进而改善水泥基灌浆料的保水性,抗冻性和力学性能的建议。
Magnus Axelsson和Gunnar Gustafson[16]通过试验创新一种现场快速检测水泥基灌浆料剪切强度和流变性能的技术,该技术是将检测棒放入水泥基灌浆料中,通过检测棒重量在灌浆料中自然下沉,以检测棒下沉的高度判断灌浆料剪切强度和流变性能。经过大量试验,其结果与旋转流变仪测量的剪切强度基本一致,满足现场快速检测水泥基灌浆料剪切强度和流变性能的需求。
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第2章灌浆料强度检测原理和基本性能测试
2.1回弹法检测理论
2.1.1回弹法基本原理
回弹法检测是以回弹仪作为工具推定混凝土抗压强度的,回弹仪通过内部弹簧驱动弹击杆,利用相互作用原理对材料的表面进行弹击,最后根据反弹距离得出回弹值,因此回弹法属于表面硬度法的一种,表面硬度与材料抗压强度具有较强相关性[54,55]。因此,可通过对大量混凝土试块抗压强度试验及相对应的回弹测试建立公式,实现通过回弹法无损检测推定混凝土抗压强度的目的。
一般回弹法检测的灌浆料构件具备足够的刚度,在回弹时按照规范操作,回弹仪紧贴在构件的表面,则3A、4A、5A和6A所代表损耗的功在回弹过程中可忽略其影响。灌浆料产生塑性变形的功1A和弹性变形的功2A,不可对其忽略。在弹击能量的作用下,2A所代表的功在对构件进行回弹测试中基本保持不变,1A代表的功是回弹距离的主要因素。
当构件的材料强度越低时,塑性变形会增大,受到施加重锤的冲击能量时,材料会吸收更多能量再对重锤进行反弹,回弹值会变小,反之亦然。因此回弹值可以反映出构件材料强度的大小,但是必须经过对材料进行大量的试验,建立关于其材料回弹的测强曲线,才能精确的通过回弹值进而推定出构件的强度。
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2.2钻芯法检测理论
2.2.1钻芯法原理及特点
钻芯法是一种钻入式的局部破损检测方法,其是通过钻芯机在结构受力较小的位置钻取芯样并对其加工,以芯样的抗压强度值对构件强度进行推定,以此评估结构和构建的安全性。
由于芯样是直接从原实体构件中钻取的,钻出的芯样可以直观的反映构件实体内部的真实情况,且相对回弹法和超声法等无损检测方法相比较,精确度更高,钻芯法推定的检测结果更能代表原实体结构真实强度,钻芯法虽然具有众多优点,但也存在一定的局限性,钻芯取样时操作不便,钻芯机器比较沉重,同时还须安装膨胀螺栓对其固定,以及芯样加工,工序比较复杂。芯样钻取完成后,留下的孔洞影响构件受力。因此《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(JGJ/T 384-2016)[58]要求,当使用钻芯法检测技术时,应选择在构件受力较小、避开钢筋和管道的位置钻取芯样,同时应及时对孔洞进行修补,减少孔洞对实体构件的损伤。
2.2.2钻芯法检测强度影响因素
原材料和构件成型工艺直接影响着钻芯法的检测结果,但是通过对钻芯法大量的试验研究发现,钻取的芯样对检测结果也有着很大的影响[59],主要有以下几点:
1)芯样尺寸:对于芯样尺寸,我国《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(JGJ/T384-2016)要求芯样钻取时,尽量选取直径为100mm的,若实际条件无法满足该要求,可选较小直径芯样,但其最小直径应大于混凝土骨料粒径的2倍,且不得低于70mm。根据试验研究,直径为100mm相较于70mm的芯样样本标准差小,但两者均值基本相当。因此本试验钻取的芯样直径为100mm,样本离散性较底。
2)芯样加工:芯样钻取后,应对切割和磨平处理。根据《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(JGJ/T 384-2016)要求,加工后的芯样的高径比宜为1,每个芯样的直径和高度应保持一致。若芯样端面打磨不平整,则会使试验机承压板施加在端面的压力不均匀,导致芯样抗压强度数值会偏低。钻芯时由于膨胀螺栓固定钻芯机底座不牢固,导致在钻芯取样时钻芯机晃动导致芯样产后“葫芦状”,钻取的芯样可能还会有钢筋等都会导致抗压强度试验的测试结果出现偏差。因本试验主要研究灌浆料抗压强度,设计墙体时不考虑对其配筋,并在芯样加工完成后,根据《钻芯法检测混凝土强度技术规程》(JGJ/T 384-2016)要求检验芯样的平整度和垂直度,保证芯样表面误差在允许范围内。
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第3章水泥基灌浆料试块抗压强度试验研究.........................25
3.1试验设计..................................25
3.1.1试块规格..........................................25
3.1.2试块数量................................25
第4章水泥基灌浆料回弹及钻芯试验研究..........................33
4.1试验设计.............................33
4.1.1试件规格.......................................33
4.1.2试件数量................................33
第5章试验数据分析及测强曲线建立..................................47
5.1试验数据检验..................................47
5.2回弹测强曲线建立........................................48
第5章试验数据分析及测强曲线建立
5.1试验数据检验
试验过程中不可避免由于各种因素影响而产生误差,因误差产生的异常值是明显偏离主流数据的,影响试验拟合的精度。根据《数据的统计处理和解释正态样本离群值的判断和处理》(GB/4883-2008)[75]要求,本试验芯样的抗压强度值和回弹值按照灌浆料类型和龄期分为若干组样本,采用格拉布斯准则进行筛选,最后依据筛选的数据,提出适用于水泥基灌浆料抗压强度检测的回弹测强曲线。
格拉布斯准则分为三种情形进行筛选,分别为上、下和双侧情形。格拉布斯准则检验方法适用于样本数量小于100的情况,可选择99%和95%的概率,所对应的显著性水平分别为0.01和0.05。由于试验数据较多,因此以第Ⅳ类灌浆料龄期为7d的芯样数据进行举例说明,如表5-1所示。上侧情形表示在所检验的样本中选取最大值代入公式进行判定,若超出范围则判定为最大值进行剔除后,再次对剩余样本重新检验。

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结论
本文对第Ⅲ类和第Ⅳ类水泥基灌浆料在不同养护条件(自然养护和标准养护)和不同龄期(1d、3d、7d、14d、28d)两种影响因素下进行试块的抗压强度试验。浇筑四片实体墙试件进行回弹和钻芯试验,根据实墙体芯样的抗压强度值和回弹值,建立了适用于水泥基灌浆料抗压强度检测的回弹测强曲线;根据灌浆料试块抗压强度值,分析不同养护环境下抗压强度随龄期增长规律,并提出抗压强度关于龄期增长计算公式,为现场快速检测灌浆料强度和判定施工周期提供依据和参考。
本文主要结论如下:
1)水泥基灌浆料早期的强度增长较快,灌浆料强度1d可达28d的35%以上,3d超过65%,7d在85%以上,灌浆料的强度增长速率随龄期增长而逐渐放缓,在7d至28d灌浆料强度增长速率比较缓慢,14d后强度基本不再增长。水泥基灌浆料强度较高,在28d后均可达60MPa,第Ⅲ类灌浆料比第Ⅳ类灌浆料的强度略高。
2)在石家庄夏季7月份,室外平均温度在35℃以上时,自然养护条件下的灌浆料试块强度比标准养护高,且也高于实体墙的芯样强度。在龄期为28d时,分别高出8MPa和5MPa左右;早期强度增长速率更快,同在龄期为3d时,分别高出40%和15%左右,但超出龄期7d之后,灌浆料自然养护比标准养护条件下强度增长速率慢。
3)水泥基灌浆料28d内强度回弹测强曲线与龄期强度计算公式的提出,在施工现场可快速评定灌浆料的抗压强度以及预测增长至某特定强度的龄期,对灌浆料28d内强度增长情况实施连续监控,以便确定或缩短施工周期,方便工程的抢险加固等,为现场快速检测强度提供参考和依据。
参考文献(略)


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