河北地區高強混凝土超聲-回彈曲線試驗研究

高 騫

(河北工業大學 土木工程學院)

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河北地區高強混凝土超聲-回彈曲線試驗研究

高 騫

(河北工業大學 土木工程學院)

采用超聲回彈綜合法檢測混凝土構件強度，可以利用其雙參數評價的優勢，準確性較單一評價指標的檢測法要高，是目前是工程中最常用的混凝土強度檢測方法之一。用超聲回彈綜合法對混凝土強度進行檢測、監督是工程質量管理的常用手段。

超聲回彈；雙參數評價；檢測精度；質量管理

超聲-回彈綜合法是利用超聲法檢測和回彈法檢測的各自特點，將兩種檢測方法相結合的一種綜合檢測法。由于聲速值與回彈值兩項評價參數的結合，降低了單一指標評價時的影響因素對混凝土強度推定的影響程度，擴大了超聲回彈綜合法的適用范圍，提高了其檢測精度。

1 試塊制備

試驗按照最佳配合比制作強度等級為C50、C60、C70、C80的混凝土試塊, 每一等級制作邊長為150 mm 的立方體試塊24組，共96組。試塊制作完畢后，統一進行標準養護,分為3 d、7 d、14 d、28 d這4個齡期進行測試。制作混凝土的原材料采用河北地區常用的材料,水泥采用P.O.42.5和P.O.52.5強度等級的普通硅酸鹽水泥,細骨料采用本地河砂,基本上以中砂為主,粗骨料采用河北地區的粒徑在5～20 mm之間的碎石,水采用普通自來水。

2 試驗方法及數據測試

試塊養護到達齡期后，將試塊澆筑方向的兩個相對面放置于壓力機上下承壓板之間，然后加壓至60～80 kN并保持此壓力，如圖1所示。

圖1 回彈測點分布圖

如圖1用回彈儀在試件兩對相對側面上依次彈擊16個回彈測試點，記錄相應回彈值，精確至1。分別剔除3個最大值和3個最小值,取余下10個有效回彈值的平均值作為該試件的回彈代表值R，回彈值測試完畢后,先卸載,將試塊回彈面放置在壓力機上、下承壓板間加壓,以6～10 kN/s的速度連續均勻加壓,直至試塊破壞為止,得到試塊的極限破壞荷載值,將其除以試塊的受壓面積,計算混凝土的立方體抗壓強度。

測試試塊聲時值，取試塊澆筑方向的側面為測試面，在兩個相對測試面上分別畫出位置相對應的三個測試點，在測點位置涂抹適量黃油作為耦合劑(見圖2)，將一對發射和接收換能裝置方別置于相對應的兩個測點上，并保持兩個換能裝置軸線位于同一直線上。逐點測試聲時值t1、t2、t3，精確至0.1μs，計算各測點聲速值v1、v2、v3，并取3個測點的聲速值平均值作為該試塊的聲速代表值，即

(1)

式中：l為測點超聲測距，精確至1 mm。

本試驗基本屬于簡單重復試驗，采用相同儀器對相同強度等級、相同齡期下的混凝土試塊進行檢測，所得到的試驗數據符合正態分布。本試驗數據屬于標準差未知的情況，因此，選擇格拉布斯準則法對異常數據進行檢驗和剔除。

圖2 試驗數據3D散點圖

3 數據分析

3.1 回歸分析

經過不同強度等級、不同齡期的混凝土試塊的測試，本試驗共進行了188組回彈、超聲檢測試驗，得到回彈值、聲速值及對應抗壓強度結果，共3760個數據。

應用回歸分析原理，匯總試驗數據，利用格拉布斯雙側檢驗法剔除離群值(見上一節)，查閱相關資料并參考《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程》(CECS02:2005)，選擇采用以下四種數學模型進行回歸分析及誤差分析。

(1)線形方程

(2)

(2)指數方程

(3)

(3)雙曲線方程

(4)(4)冪函數方程

其中冪函數模型是《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程》(CECS02:2005)中推薦使用的模型，同時該規范中提出采用其相對誤差作為一個評價指標，即相對誤差越大，其模型的精度越差，反之，精度越高。利用上述四個數學模型對試驗數據進行回歸分析并計算其相對誤差及相關系數，整理結果見表1。

表1 回歸方程式及誤差分析

上述模型中四號冪函數模型為《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程》(CECS02:2005)中選用的模型，且從表1中可以直觀發現各個回歸方程中冪函數方程式其相關系數和相對誤差均為各項最優。因此選用四號回歸方程式進行計算，建立該地區測強曲線為無損檢測混凝土強度提供有力幫助。

3.2 相關程度分析

利用試驗所得數據和回歸分析軟件，針對試驗數據中回彈檢測數據進行回歸分析，選擇回歸數學模型中相關程度最好的二元冪函數模型作為回彈測強的回歸方程進行計算，其二元回歸方程式見式(6)，相關系數為0.8516。

(6)

將回彈法和超聲回彈綜合法回歸分析結果見表2，由表中對比可發現超聲回彈綜合法數據分析得到的測強曲線在相關系數和相對誤差上均優于回彈法，由此可以發現超聲回彈綜合法在檢測精度方面優于單一采用回彈法的情況。見圖3。

圖3 回彈測強曲線圖

表2 試驗數據分析結果對比

4 結 論

建立了河北地區超聲-回彈測強曲線精度較高，擬合度良好，通過試塊驗證和現場鉆芯驗證，適合河北地區使用。

[1] 超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程(CECS02：2005)[S].

[2] 劉維剛，韓明嵐，陳建林，等.超聲回彈法檢測高強混凝土強度的試驗研究[J].混凝土，2007，(10):15-17.

2015-03-11

U416.1

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1008-3383(2015)09-0003-01