超聲—回彈檢測再生混凝土抗壓強度試驗研究★

李榮俠 商懷帥* 盧曉梅

(青島理工大學土木工程學院，山東青島 266033)

混凝土由于良好的工作性、強度、可塑性和耐久性，以及原材料價格低廉、來源廣泛逐漸成為當今世界應用最廣泛的建筑材料。但廢棄混凝土造成的各種問題已不容忽視，隨時代的變遷，建筑業要走可持續發展道路已成為共識，而再生混凝土技術是讓混凝土走綠色發展道路的主要措施之一［1］。國內外學者通過試驗研究［3-8］都驗證了再生混凝土性能和普通混凝土之間存在很大差異，但通過大量的研究結果和應用實例可以看出，再生混凝土是可以服務于實際工程的。試驗表明［2-7］，抗壓強度、回彈值和超聲波速存在相關關系。本試驗配制出強度為C30的再生混凝土試件，其再生粗骨料取代率為0%，30%，50%，70%，100%，采用超聲回彈綜合法檢測其抗壓強度，得出再生混凝土測強公式。

1 試驗概況

1)試驗原材料。試驗拌合水取普通自來水;砂是普通河砂;水泥是山水牌42.5R普通硅酸鹽水泥;天然粗骨料采用花崗巖碎石;再生粗骨料來自山東省即墨市中聯水泥廠，其基本性能由中聯水泥廠測定，已應用于實際工程中。2)混凝土配合比設計。本試驗采用4種再生粗骨料取代率配制混凝土，取代率分別為0%，30%，70%和100%，并將再生粗骨料取代率為0%的普通混凝土作為基準混凝土。參照JGJ 55-2011普通混凝土配合比設計規程進行再生混凝土配合比設計，并采用了文獻［1］［8］介紹的預濕再生粗骨料減小水灰比的配合比方法，經多次試配，最終確定再生混凝土配合比。試驗結果見表1。3)實驗設備與方法。采用容量80 L的攪拌機;抗壓強度檢測設備為YZ-5000型液壓力試驗機;采用山東樂陵回彈儀廠生產的ZC3-A型普通混凝土回彈儀進行回彈試驗;超聲檢測采用康科瑞工程檢測技術有限公司生產的非金屬超聲檢測分析儀，精度為0.1 μs。本試驗試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm立方體，每組6塊。試驗主要步驟為:a.回彈試驗。測試面選取試塊澆筑方向的側面，同時將試件置于液壓機上下承板之間，在施加預壓力至30 kN～50 kN時，在非澆筑面各測8個測點回彈值，去除3個最大值和3個最小值，取剩下10個值的平均值作為試件混凝土回彈值的代表值R。b.測量聲速值。結束回彈值測試后卸載，將回彈值測試面置于壓力機承壓板正中，連續均勻加載(0.5 MPa/min)，每塊試塊分別加壓至60 kN，150 kN，240 kN測量其聲速v1，取3個測點聲速的平均值作為每種荷載作用下測量聲速的代表值v。c.抗壓強度試驗。聲速測量完畢，試塊保持不動，連續均勻加載(0.5 MPa/min)直至試件破壞，計算抗壓強度實測值fcu。

2 試驗結果分析

2.1 再生混凝土的抗壓強度和回彈值

由圖1得出:1)再生混凝土抗壓強度隨著再生粗骨料替代率增加而降低;2)再生混凝土抗壓強度明顯低于普通混凝土抗壓強度，如再生混凝土28 d抗壓強度約是普通天然混凝土抗壓強度的89.09% ～96.17%。

表1 配合比表

圖1 不同齡期各取代率混凝土強度

圖2 再生混凝土不同取代率各齡期回彈值

由圖2可得出:1)總體趨勢上，普通混凝土在各個齡期的回彈值略高于再生混凝土。2)再生粗骨料替代率為100%時，其回彈值與普通混凝土的差距達到最大值，降低幅度為5%左右，且降低程度隨齡期的增大而增加。原因分析:1)再生粗骨料本身的強度較低且內部存在大量微裂縫;2)再生粗骨料表面本來就附著的砂漿降低了再生混凝土表面硬度，且造成部分粘結力薄弱的區域。再生混凝土的抗壓強度和回彈值基本上隨再生粗骨料取代率的增加而降低，這與Topcu［3］研究結果基本一致。

2.2 再生混凝土抗壓強度與回彈值的關系

由圖3可知，再生粗骨料基本上不影響再生混凝土抗壓強度和回彈值之間的關系，這說明普通混凝土全國統一測強曲線同樣適用于再生混凝土。

圖3 再生混凝土抗壓強度和回彈值關系圖

2.3 再生混凝土超聲聲速

圖4 再生混凝土不同恒載作用下各齡期超聲聲速

圖4a)～圖4d)給出了再生粗骨料取代率為0%，30%，70%，100%的再生混凝土齡期達到3 d～28 d時在荷載值為0 kN，60 kN，150 kN，240 kN作用下的聲速變化規律。

由圖4可以得出以下結論:1)同取代率、同齡期試件超聲聲速隨持載值增大而降低，最大降低48.95%，最小降低14.46%。2)4種取代率都隨齡期的增大聲速趨于平緩，且各取代率無荷載作用時28 d超聲聲速最大。3)與其他3種取代率比較，各齡期R-100再生混凝土在荷載值為0 kN～150 kN作用下，聲速變化曲線比較平緩，但在240 kN荷載作用下3 d～14 d的聲速曲線陡峭，變化率較大。原因分析:1)隨著荷載強度增大，混凝土內部結構逐步破壞，直接導致混凝土密實性變差，聲速變小。2)普通混凝土早期強度增長快，隨齡期增大，速度逐漸減緩，且密實性逐漸增大，再生混凝土亦是如此。3)240 kN荷載時R-100再生混凝土內部結構已嚴重破壞，故聲速明顯低于其他3種取代率。

2.4 再生混凝土抗壓強度與超聲聲速關系

利用Matlab等軟件的不同數學模型對本試驗得到的不同取代率的混凝土抗壓強度與超聲聲速的關系進行分析，得到如下關系:

再生混凝土28 d的抗壓強度與超聲聲速關系見圖5。

圖5 再生混凝土28 d的抗壓強度與超聲聲速的關系

3 結語

1)再生混凝土抗壓強度隨再生骨料取代率增加而降低，且明顯低于普通混凝土抗壓強度;再生粗骨料替代率越大，再生混凝土每個齡期強度越不穩定。2)隨著再生骨料取代率增加，再生混凝土回彈值降低，且略低于普通混凝土，同時齡期越長二者相差越大。3)增大再生混凝土試件持載值和取代率都會降低同齡期再生混凝土超聲聲速，再生混凝土隨著齡期的增長，聲速趨于平緩，同時再生粗骨料取代率越大，再生混凝土早期超聲聲速變化越不穩定。故在實際工程中更要注重再生混凝土早期養護，特別是重要受力構件。4)本研究推出的式(1)～式(4)可依據實測超聲聲速計算出四種取代率再生混凝土抗壓強度，對其他不同取代率再生混凝土也有重要的參考價值。

［1］肖建莊，李佳彬，孫振平.回彈法檢測再生混凝土抗壓強度研究［J］.四川建筑科學研究，2004，30(4)：51-54.

［2］肖建莊，李佳彬，蘭 陽.再生混凝土技術研究最新進展與評述［J］.混凝土，2003(10)：17-20，57.

［3］Topcu I B.Physicaland mechanical properties of concrete produced with waste concrete［J］.Cement and concrete Research，1997，27(12)：1817-1823.

［4］Ravindrarajah R S，Loo Y J，Tam C T.Sternth evaluation of recycled aggregate concrete by in-situ test［J］.Materials and Structures，1988(21)：289-295.

［5］Maio A A，Zega C J，Traversa L P.Estimation of compressive strengh of recycled concrete with the ultrasonnic method［J］.Journal of ASTM International，2005，2(5)：1979-1986.

［6］吳新璇.混凝土無損檢測技術手冊［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［7］石鐵飚，龔愛民，彭玉林，等.回彈法檢測再生混凝土抗壓強度的試驗研究［J］.云南農業大學學報，2009，24(6)：891-894.

［8］Barragi N K，Vidyadhare H S，Ravaande K.Mix design Procedure for Recycled Aggregate Concrete［J］.Construction and Building Materials，1990，4(4)：188-193.