民用机场道面水泥混凝土面层圆柱体劈裂强度与标准小梁弯拉强度统计折算公式试验分析

民用机场道面水泥混凝土面层圆柱体劈裂强度与标准小梁弯拉强度统计折算公式试验分析

赵思豫

上海浦公检测技术股份有限公司上海201202

摘要：民用机场道面水泥混凝土面层质量验收，除每500m3成型1组28d试件、每3000m3增做不少于1组试件，供竣工验收时进行试验外，还应每20000m2钻芯一处进行劈裂强度试验，每个标段不少于3个芯样。劈裂强度与标准小梁弯拉强度的折算公式需要试验来确定。本文阐述了圆柱体劈裂强度与标准小梁弯拉强度统计折算公式试验的过程。

关键词：道面混凝土；劈裂强度；弯拉强度；统计折算公式

前言：《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》（MH5006-2015）18.0.9条规定：跑道、滑行道、机坪道面总面积不小于50000m2的工程，建设单位应委托第三方试验单位通过试验得到该工程的统计折算公式。本文是根据上海浦东国际机场东机坪水泥混凝土道面工程做试验探索，也是华东区民用机场第一次就圆柱体劈裂强度与标准小梁弯拉强度统计折算公式实验进行探索。

一、试验目的

针对道面水泥混凝土工程，通过室内标准养护的标准小梁试件弯拉强度和室内标准养护的圆柱体劈裂强度系列试验，力求找出两者的对应关系，建立统计折算公式，为道面混凝土现场质量验收评定提供参考。

二、试验和推算依据

（1）《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》（MH5006-2015）

（2）《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG/TF30-2014）

（3）《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30-2005）

（4）《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）

（5）《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）

（6）《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）

（7）《混凝土外加剂》（GB8076-2008）

（8）《试验设计与数据处理》（第二版），李云雁，胡传荣编著，化学工业出版社

三、试验配合比设计方案及试验结果

1.配合比设计方案

①原材料检测项目及结果

水泥：泥混凝土面层应选用旋窑生产的道路硅酸盐水泥、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，不宜选用早强型水泥，所选水泥的各项技术指标应符合国家现行标准，本次实验采用上海建筑材料集团水泥有限公司生产的P.Ⅱ42.5型硅酸盐水泥，水泥检测项目：强度、安定性、凝结时间、稠度、比表面积、密度，所检指标符合《通用硅酸盐水泥》（GB175-2007）和《民用机场飞行区水泥混凝土道面面层施工技术规范》（MH5006-2015）要求；

黄砂：细集料宜采用细度模数为2.65～3.20的天然中粗河砂，质地应坚硬、耐久、洁净，本次实验采用芜湖县申海建材有限公司的中粗砂，检测项目：筛分析、含泥量、泥块含量、堆积密度、表观密度，所检指标符合《民用机场飞行区水泥混凝土道面面层施工技术规范》（MH5006-2015）要求；

碎石：粗集料质地应坚硬、耐久、耐磨、洁净，符合规定级配，最大粒径应不超过40mm（40mm圆孔筛对应方孔筛尺寸为31.5mm），本次实验室采用芜湖县申海建材有限公司的级配碎石，有检测项目：颗粒级配、含泥量、泥块含量、针片状含量、表观密度、堆积密度、压碎值；所检指标符合《民用机场飞行区水泥混凝土道面面层施工技术规范》（MH5006-2015）要求；

外加剂：水泥混凝土外加剂的品种及含量应根据施工条件和使用要求，并通过水泥混凝土配合比试验选用，本次实验采用北京安建世纪科技发展有限公司生产的减水剂，检测项目：密度、含固量试验、根据推荐掺量测定外加剂的减水率；所检指标符合《混凝土外加剂》（GB8076-2008）和民用机场飞行区水泥混凝土道面面层施工技术规范》（MH5006-2015）要求；

②配置计划

根据《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》（MH5006-2015）及《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG/TF30-2014）相关规定，按不同的水泥用量（以施工配比为中间值，每相邻两组配比的水泥用量分别递增或递减5kg）、两种砂率（30%、32%）、不同水灰比及碎石不同比例，按照体积法计算得出试配的配合比，本次实验共试配了37组不同的配比，满足《民用机场水泥混凝土面层施工技术规范》（MH5006-2015）要求的不少于15组的要求，具体配合比如表1所示，在室内分别成型了标准小梁试件（150mm*150mm*550mm）和圆柱体劈裂试件（φ150mm*300mm），所有试件成型后，脱模标准养护至28d，进行强度试验。

③试件成型及养护条件

混凝土试拌每一拌按照设计配合比进行试办，成型小梁试件（150*150*550mm）和劈裂试件（φ150*300mm）各一组，试件成型后在（20±5）℃的环境下静止一昼夜后编号拆模，拆模后立即放入温度（20±2）℃、相对湿度大于95%的养护室进行标准养护。

2.实验结果汇总

按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTGE30）检测方法，标准养护28d分别对小梁试件和劈裂试件进行试验，并按照对应的抗折强度和劈裂强度进行数据统计。统计结果表2：

表1混凝土配合比各材料用量（kg/m3）及试验结果

四、数据分析

1.EXCEL图表初步分析

将37组数据用EXCEL图表，绘制散点图，再通过添加趋势线的方式进行初步分析，得到的公司和相关系数如图1所示。

图1圆柱体劈裂强度与标准小梁弯拉强度相关性分析（原始样本）

相关性分析结果：

从图1上看，R2相对比较低，因此将偏离趋势线较远的两个点（序号17和序号30）作为异常值予以剔出，再次分析如图2所示。

图2圆柱体劈裂强度与标准小梁弯拉强度相关性分析（舍弃2组异常点）

相关性分析结果：

从图2上分析：数据点比较密集分布在趋势线两侧，相关系数为0.65，说明两者已呈现一定的相关性，但是在趋势线上的点并不多，各个数据点还是比较离散，图表公式是否具备显著相关，还需通过进一步的数据整理和分析。

2.回归方程显著性分析

（1）数据计算

根据MH5006-2015的通用经验公式以及图表EXCEL得出的公式：标准小梁弯拉强度与圆柱体劈裂强度的关系一般由幂指数公式fc=cfspb表示（fc为抗折强度，fsp为劈裂强度），取对数得：lgfc=lgc+blgfsp，令y=lgfc，a=lgc，x=lgfsp，则上述经验公式可变换成一元线性方程：y=a+bx，采用最小二乘法进行一元非线性回归分析，数据计算如表2所示。

表2回归分析数据计算表

备注：fc：标准小梁弯拉强度；

fsp：圆柱体劈裂强度

fc’：按规范推荐一般公式折算的弯拉强度

fc’’：按本试验推算公式折算的弯拉强度

五、试验结论

本试验统计折算公式是基于试验室标准养护条件下的试件强度得出，经过数据统计分析，所得的统计折算公式相关性非常显著。推荐折算公式为：

对于工程现场钻芯取样加工所得试件，存在试件取芯、加工等过程可能的干扰因素，如用本公式推算小梁弯拉强度用于工程验收，需要充分考虑可能存在的问题，并增加数据统计样本量。

参考文献：

[1]《试验设计与数据处理》（第二版），李云雁，胡传荣编著，化学工业出版社