泵送混凝土強度與超聲波聲速相關性研究★

邱宙廷 陳 新* 丁慶磊 李光范 李學勛 施 杰 劉顯陽

(1.海南大學土木建筑工程學院，海南 ?？?570228； 2.海南魯鄆基礎工程有限公司，海南 ?？?570228)

0 引言

混凝土超聲檢測技術在國內得到一定的實踐運用[1]，本文以?？诘貐^泵送混凝土為研究對象，試驗選取地區常用原材料設計混凝土配合比，制作C15～C50強度等級的150 mm×150 mm×150 mm標準試件，測試7 d,28 d齡期下混凝土試件的超聲波聲速和抗壓強度值，分析各測試數據的變化規律，總結超聲波聲速與泵送混凝土強度的關系，以建立地區測強曲線。

1 試驗設計及過程

試驗選取?？诘貐^常用原材料，設計混凝土配合比，制作不同等級混凝土標準試塊，模擬現場施工工藝進行成型及養護，以便后期進行超聲檢測混凝土抗壓強度的系統試驗和分析研究。

1.1 試驗原材料

1)水泥：海南天涯牌普通硅酸鹽水泥P.O42.5，水泥成分中摻火山灰。水泥各項指標均符合GB 175—2007通用硅酸鹽水泥[4]要求。

2)細骨料：選用海南南渡江河沙，中砂。

3)粗骨料：海南永興5 mm～31.5 mm連續粒徑碎石。

4)粉煤灰：?？隈R村電廠Ⅱ級粉煤灰，各性能指標滿足GB/T 1596—2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰[5]中泵送混凝土使用要求。

5)減水劑：聚羧酸高效減水劑，江蘇西卡特密斯建筑材料有限公司配制，摻量1%，各項指標滿足GB 50119—2013混凝土外加劑應用技術規范[6]要求。

6)水：拌和及養護用水采用海口自來水，滿足JGJ 63—2006混凝土用水標準[7]要求。

1.2 試驗泵送混凝土配合比

配合比主要參照?？诘貐^常用泵送混凝土配合比，以及JGJ 55—2011普通混凝土配合比設計規程[8]計算，坍落度控制為160 mm±20 mm，并經過大量試配試驗最終確定配合比。

1.3 混凝土試件制作與養護

試件制作過程遵循GB/T 50081—2002普通混凝土力學性能試驗方法標準[9]進行制作與養護。

1.4 試塊試驗

1.4.1試驗準備

1)試塊整理：將待測試件表面進行清理，避免有塵土、毛屑等污物附著，同一個強度等級同齡期的6塊試件為一個測試組；2)超聲測點標記：選取一對相對的非澆筑面作為聲時測試面，沿對角線方向均勻標記3個圓形測點，另一個測面上的測點布置與之相對應，保證超聲換能器放在圓形測點上中軸線能夠共線。

1.4.2超聲試驗

超聲試驗使用RSM-SY7(T)超聲波自動循測儀，試驗方法采用“直穿法”，即對測法。

1.4.3壓力試驗

超聲聲時值測量完成后，將混凝土試塊放置于壓力機承壓板正中間，啟動壓力機，讓壓力機承壓板緩慢接近試件，在上壓板接觸試件時調整使接觸均勻，連續均勻加荷至試塊破壞。記錄混凝土試件達到破壞時的荷載，并計算抗壓強度，精確至0.1 MPa。

2 試驗結果

表1 混凝土強度與超聲波聲速發展情況

表1為混凝土強度與超聲波聲速隨齡期變化的發展情況。超聲波聲速值隨混凝土強度增大而增大，混凝土強度增幅與聲速值增幅成完非線性比例關系。C15混凝土超聲波聲速值出現負增長，分析其原因為：混凝土早齡期活化反應低，但內部含水率較高，隨著后期強度的增長，混凝土含水率降低，低強度混凝土密實性較差，其內部形成很多微小的孔隙，而超聲波在水中的傳播速度快于在空氣中，導致超聲波聲速值不增反而降低。同齡期下，低強度混凝土中的超聲波聲速值隨著強度等級提高增長較快，而對于較高強度等級的混凝土，隨著強度等級提高，聲速值增長幅度逐漸降低?？烧J為，低強度混凝土中，超聲波聲速值對強度值的變化反應更為靈敏。

3 泵送混凝土超聲測強曲線分析

通過初步試驗數據分析可知，超聲波聲速值與混凝土強度具有很強的相關性，且同齡期情況下，聲速與強度相關性更好，離散性較小，建立7 d,28 d齡期混凝土超聲測強曲線。

3.1 超聲測強曲線建立

3.1.1混凝土7 d齡期測強曲線

f=2.93×10-5v2-0.227v+450 (1)

3.1.2齡期為28 d的混凝土強度—聲速曲線擬合

表3 混凝土28 d齡期f—v擬合曲線

擬合曲線R2adjRSSδ/%ei/%f=4.75×10-21v5.690.9231 440.010.613.3f=5.225×10-5v2-0.446v+9770.960744.76.58.6f=2.91×10-14(v-1 284.8)4.270.9161 539.610.713.3f=5.44×10-53v14.52+22.420.975454.64.86.0

f=5.44×10-53v14.52+22.42

(2)

3.2 超聲測強曲線適用性驗證

為了驗證?？诘貐^泵送混凝土超聲測強曲線的適用性，從海大檢測中心配合比室選5個在建工程所檢泵送混凝土對測強曲線進行驗證，驗證齡期包括7 d,28 d。

按照各工程混凝土配合比在實驗室制作6組混凝土試件，標準養護7 d后放置于室內通風處養護至28 d，然后對所選試件進行抗壓強度和超聲波聲時值測量，根據本文所得測強曲線計算換算強度，并進行誤差分析，分析結果見表4,表5。

從表4可看出，7 d齡期混凝土超聲測強曲線驗證數據平均相對誤差δ=8.6、相對標準差ei=10.1，其中C25混凝土平均相對誤差最大，C35混凝土平均相對誤差最小。

表4 混凝土7 d齡期超聲測強誤差分析結果

表5 混凝土28 d齡期超聲測強誤差分析結果

從表5可看出，28 d齡期超聲測強曲線驗證數據平均相對誤差δ=8.6、相對標準差ei=10.1，其中C25混凝土平均相對誤差最大，C35混凝土平均相對誤差最小。

對比表4，表5發現，對于兩個齡期測強曲線驗證數據，C30,C35混凝土相對平均誤差均較小，C25混凝土誤差則較大。7 d齡期混凝土測強曲線平均相對誤差相對28 d齡期曲線較小，這與建立測強曲線時的誤差分析相一致，表明7 d齡期測強曲線檢測混凝土強度精度較高。誤差分析結果表明，驗證數據誤差相對建立超聲測強曲線時誤差較大，究其原因：與建立測強曲線試驗不同，本次驗證試驗選取的5個在建工程混凝土配合比各不相同、加摻合料與否及摻合料類型不同、外加劑類型及摻量也有明顯差異。

參考CECS 02：2005超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程[11]，規程規定專用測強曲線相對誤差er≤12%；地區測強曲線相對誤差er≤14%。因此引入相對誤差指標，相對誤差計算公式如式(3):

(3)

7 d,28 d齡期測強曲線驗證數據相對誤差計算結果見表6。

從表6可知，本次驗證數據7 d,28 d齡期相對誤差結果均小于14%，表明本次研究總結得出的?？诘貐^混凝土超聲測強曲線滿足相關要求，適用于海口地區檢測混凝土抗壓強度。

表6 超聲測強曲線驗證數據相對誤差計算結果

4結語

1)試驗結果表明，超聲波聲速值隨混凝土強度增大而增大、隨齡期增長而增大。同齡期下，中低強度混凝土中的超聲波聲速值隨著強度等級的提高，聲速值增長較快，而對于較高強度等級的混凝土，隨著強度等級提高，聲速值增長幅度逐漸降低，低強度混凝土中，超聲波聲速值對強度值的變化反應更為靈敏。

2)7 d～28 d齡期強度增幅最大的混凝土，超聲波聲速值增幅并非最大，不同等級混凝土的強度增幅與聲速值增幅并非是完全一致的線性比例關系，混凝土中超聲波聲速與混凝土強度并非線性關系。

3)同齡期下超聲波聲速—抗壓強度數據相對不同齡期的數據離散性較小，混凝土f—v回歸擬合效果較好，因此分別對7 d,28 d齡期進行f—v回歸擬合分析，結果表明，同齡期混凝土超聲波聲速與抗壓強度具有良好的相關性，并分別建立?？诘貐^泵送混凝土7 d,28 d齡期超聲測強曲線并有一定的適用條件。

參考文獻:

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[3] 王鐵兵.超聲波檢測結構水泥混凝土強度的研究[D].大連:大連理工大學,2003.

[4] GB 175—2007,通用硅酸鹽水泥[S].

[5] GB/T 1596—2005,用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].

[6] GB 50119—2013,混凝土外加劑應用技術規范[S].

[7] JGJ 63—2006,混凝土用水標準[S].

[8] JGJ 55—2011,普通混凝土配合比設計規程[S].

[9] GB/T 50081—2002,普通混凝土力學性能試驗方法標準[S].

[10] 葉衛平.Origin9.1科技繪圖及數據分析[M].北京：機械工業出版社，2015:1

[11] CECS 02：2005,超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程[S].