超聲法檢測混凝土強度時的影響因素研究

孫 剛

(寧夏功達建筑工程檢驗檢測有限公司，寧夏 銀川 750001)

0 引言

超聲法是超聲檢測的基本裝置，其作用是產生重復的電脈沖去激勵發射換能器。發射換能器發射的超聲波經耦合進入混凝土，在混凝土中傳播后為接收換能器所接收并轉換成電信號，電信號被送至超聲儀，經放大后顯示在示波屏上。

1 原材料及配合比的影響

1.1 水泥品種影響

國內研究者余紅發通過對普通混凝土的研究，認為水泥品種對超聲測強有影響，但是不能看出其中明顯的規律性。在R.Jones的書中談到，水泥品種的影響規律可能是：硅酸三鈣的百分含量越高，水泥的磨細度（比表面積）越大，則相應某一傳播速度的強度也越高。吳忠在研究強度和聲速關系曲線的時候提出，水泥品種是影響混凝土聲速值的重要影響因素。吳忠對火山灰水泥和礦渣水泥進行了大量的研究，采用兩種水泥配制同一標號的混凝土，結果表明：早齡期的混凝土，火山灰水泥明顯的比礦渣水泥聲速高14%，在28d內，聲速差別越來越小，28d的聲速值差別只有2%，并且礦渣水泥的聲速還有超過火山灰水泥的趨勢。原因可能在于，不同的水泥強度發展規律并不一致，有的水泥早期強度高，有的水泥后期強度高。硅酸三鈣水化快，早期強度高，因此，聲速值也較高，這和R.Jones的研究結果是一致的。因此，可以認為，在早齡期的混凝土檢測中，應該考慮水泥品種的影響，對較長齡期的混凝土，水泥品種的影響可以忽略。

1.2 礦物細摻料對超聲聲速的影響

混凝土的發展向高強、高性能發展，配制高強或高性能混凝土的主要方法之一就是摻加礦物細摻料，摻加硅灰配制高強混凝土已經是很成熟的方法。通過對摻加硅灰混凝土的超聲波特性研究表明，硅灰提高了超聲聲速值，主要原因在于硅灰顆粒細小，僅是水泥顆粒直徑的1/100，具有高度的分散性，可以充分地填充在水化水泥顆粒之間，提高漿體硬化后的密實度；另一方面硅灰中含有的高細度的無定型SiO2具有較高的火山灰活性，在水泥水化產物氫氧化鈣Ca(OH)2的堿性激發下能迅速與Ca(OH)2反應，生成水化硅酸鈣凝膠（C-S-H），填充了混凝土中的孔隙，使混凝土密實度提高，因而超聲聲速值提高。

1.3 粗骨料的品種、粒徑和含量的影響

余紅發的研究結果表明，石子品種和粒徑的影響并不顯著，在制定測強曲線的時候可以不考慮石子種類和粒徑的影響。這和其它的許多資料的研究結果有所不同。一般說來，因為卵石和碎石的石質相同，因此對聲速影響不多。但是，由于碎石表面粗糙，有利于水泥石和骨料的粘結，強度要比卵石高。

因此，建議不同品種的石子采用不同的測強曲線，會減少測試誤差。粒徑增大，單位體積混凝土中骨料所占有的聲程隨之增加，即聲速隨粒徑的增大而增加。而增大粒徑，大骨料對水泥石收縮的局部作用增大，往往增大缺陷，降低強度。可見，粒徑增大，對聲速和強度的影響是相反的。粗骨料的含量在混凝土中占了50%左右，而且其聲速值比其它組分的聲速高，因此，粗骨料含量的多少對聲速值的影響十分顯著。相同強度的混凝土，粗骨料含量越高，超聲聲速值越大。

1.4 砂率

砂率對R-C曲線也有一定的影響，如果不考慮砂率的影響，用單一指標推算混凝土抗壓強度，有可能產生5%-15%的誤差。主要原因在于合理的砂率，使混凝土密實度增加，粘聚性較好；另一方面，砂率的變化導致了粗骨料含量的變化，雖然砂率的變化對強度影響不是很大，但是對聲速的影響是不容忽視的。

1.5 配合比

配合比不同，超聲聲速存在顯著的差異。各種材料相同的混凝土，由于配合比的不同，各種原材料的用量在同樣體積的混凝土中并不相同。如粗骨料偏多的混凝土，超聲波傳播的速度就要比粗骨料含量少的混凝土傳播的快；W/C大的混凝土，由于水分蒸發較多，孔隙多，使聲速偏低，相反，W/C小的混凝土，內部密實，水分蒸發后留下的孔隙少，超聲波傳播速度快。不同強度等級配合比的混凝土不能采用擬合曲線。這就給工程檢測帶來很大的困難。因為施工現場的配合比和實際的配合比還存在一定的差別，現在還沒有一種技術能夠快捷、準確的測出硬化混凝土的配合比，這就給混凝土測強帶來較大的誤差。

2 外部條件的影響

2.1 齡期

在早齡期的混凝土中，聲速值的增加大于混凝土強度的增加，隨著齡期增加，聲速的增長要小于強度的增加。施荷芳等人研究了C25左右的早齡期混凝土齡期和強度的關系，得出了具體的回歸方程式，由此公式可以計算混凝土早期的強度。但對于C25以上的混凝土，還沒有具體的回歸方程，還有待于進一步的研究。

2.2 養護方法

在養護方法中，一般認為在水中養護的混凝土比在空氣中養護的混凝土聲速值偏高。原因在于水中養護的混凝土水化較充分，水化產物增加填充了毛細孔，毛細孔孔隙率減少，使聲速值有所提高。但在謬群對硅灰高強混凝土的研究中，標準養護和自然養護在28d齡期內對回歸結果不顯著。原因在于硅灰的摻加，使其大毛細孔減少，超細孔隙率增加，改善了水泥石的孔結構，內部較為密實，使得標準養護條件下內部結構的改變和自然養護條件下的改變相差不大。

2.3 溫度和含水率

溫度對聲速有一定的影響，當溫度在20-40℃之間時對聲速影響不大，當溫度超過50℃時，聲速隨溫度的升高而降低。濕度不同，聲速值也不相同R.Jones的研究結果為：濕度變化2%-3%，聲速變化1%-4%。我國南京水利科學研究院的研究結果為：混凝土中含水量增加1%，則聲速增加1%。Etsuzo Ohdaira的研究中，含水量和超聲聲速值大致是成比例。因此，可以增加含水量的因素，用于估計混凝土強度的大小。商濤平的研究中，對含水率對超聲聲速的影響進行了量化，提出了建立超聲波--含水率綜合法檢測混凝土強度的建議。

3 其它條件的影響

3.1 結構中鋼筋的影響與修正

超聲波在鋼筋中的傳播速度比在混凝土中的高1.2-1.9倍。因此，在檢測含有鋼筋的混凝土時，所得的超聲聲速值往往偏大，應根據情況進行修正。

3.2 混凝土中缺陷與損傷對測強的影響

如果混凝土中含有裂縫，就不能用超聲波檢測混凝土的強度。虎振宏建議，在超聲波檢測混凝土強度的時候，應結合首波形狀提高準確度。如果首波形狀發生改變，說明混凝土內部存在缺陷，此時就不應當繼續用超聲聲速換算混凝土強度。

4 結束語

總之，作為現代建筑材料中主要的結構材料之一，混凝土使用量大，應用范圍廣，生產技術為完全的工業化，因而質量管理和控制就顯得十分的重要?；炷猎M成材料的偏差，配合比、拌和搗制以及養護的生產工藝不當，也可能導致混凝土的質量、強度和耐久性的下降，直接危及整個結構的安全。因此，加強混凝土強度檢測技術試驗研究，加強對混凝土質量控制已經成為建筑工程技術人員所面臨的重要課題之一。

［1］余紅發.混凝土非破損測強技術研究[M].北京：中國建材工業出版社，1999.

［2］陳啟昕.長齡期混凝土強度非破損檢測研究[D].南京：河海大學，2005.

［3］程朝霞，徐銀芳，王毅翔.超聲波法檢測混凝土強度的發展[J].華中科技大學學報，2003，20(4)：95-98.

［4］周明華.對混凝土非破損檢測方法的應用述評[J].施工技術，2002，31(4)：24-25.