超聲—回彈綜合法檢測混凝土強度

【摘 "要】隨著建筑工程質量檢測技術的日趨完善，建筑工程施工質量驗收統一標準中的十六字指導思想“驗評分離，強化驗收，完善手段，過程控制”在工程中的具體應用得以實現。“完善手段”這一指導思想在工程質量驗收中也就顯示出越來越重要的的位;用s科學的檢測數據來判斷，避免減少人為因素的干擾和主觀評價的影響，同時建立規范的“平行檢查”中增加檢測手段控制，為工程質量驗收、結構完整和使用功能的完善提供保證。

【關鍵詞】超聲-回彈;檢測;混凝土;強度

1. 緒論

非破損檢測與常規的標準試塊破壞試驗方法相比，具有下列特點：

（1）無損于材料、結構的組織及使用性能，且簡便快速，比較準確;

（2）可直接在試件或結構物上，對材料的質量、強度和其它相關性能進行重復、全面的檢測，運用預先建立的率定關系函數方程式，推算混凝土的強度值，能比較真實的反映混凝土結構、構件各部位的實際強度，不僅減少了試塊的制作量，同時，有效的彌補了材料試件不真實反映工程質量的缺點;

（3）能獲得破壞試驗不能獲得的信息，標準試塊破壞試驗只能用于新工程的混凝土質量檢查，而非破損檢測方法，對新建工程和已有構筑物都能應用;

（4）由于是間接檢測，檢測結果要受到其他因素的影響，所以，檢測精度要差一些。

2. 原材料、混凝土配制方法

2.1 試驗研究配制混凝土的原材料的基本性能

1.水泥：

水泥選用山東魯南水泥有限公司生產的硅酸鹽水泥（Portland Cement ）P.I52.5，28天實測抗壓強度為58.6MPa。

2.細集料采用青島地區當地生產的機制破碎粗砂，巖石的主要礦物成分為花崗巖;粗集料采用青島地區當地巖石生產的機制破碎石子，粒徑為5～20mm，巖石的主要礦物成分為花崗巖。

3.其他材料

礦渣粉采用青島堿廠粉磨的粒化高爐礦渣; 粉煤灰采用黃島發電廠出產的Ⅱ級原狀粉煤灰;高效減水劑采用青島理工砼業科技有限公司生產的3C-A102高性能減水劑，摻量為1.2%;水采用可飲用的自來水。

2.2混凝土的配制方法

根據本課題的研究需要，采用基準混凝土按C45進行配合比設計，混凝土拌合物的坍落度控制在180mm;單摻粉煤灰的混凝土配合比，采用超量取代法取代水泥，超量系數Kf=1.5;雙摻粉煤灰和礦渣粉的混凝土的配合比，采用礦渣粉取代1/4粉煤灰的方法，用水量都與基準混凝土相同。試驗結果如表2-1所示。

表2-1 " 混凝土配合比及試驗結果

2.3 "回彈儀

ZC1型高強混凝土回彈儀：沖擊能量為5.5N.m。適用于高強混凝土強度的測定。

由于本課題研究的混凝土強度在40～75MPa之間，通常采用的中型（N型）回彈儀已不能完全適用，因此，本項研究主要采用ZC1型高強混凝土回彈儀，從而創造性地建立用于從普通混凝土到高強混凝土的超聲-回彈綜合法檢測普通-高強混凝土地區專用曲線（相關關系方程式）。

3. 超聲-回彈綜合法檢測混凝土強度

超聲-回彈綜合法是指采用超聲儀和回彈儀，在混凝土同一測區分別測量聲速值Vi及回彈值Ni，通過校準測強公式（相關關系方程式）推算該測區混凝土的強度值。

如果建立經驗公式所選定的平面型方程（f=a+bv+cN）或曲面型方程（f=avbNc）符合f與v，N之間的相關規律，那么，將全部試塊的強度平均值i，聲速平均值i，回彈平均值i代入所選定的方程之中（如平面型方程i=a+bi+ci），則這個方程是成立的，顯然，將這批試塊劃分為幾組，每組試件不少于10個，以每組試塊的強度平均值j，聲速平均值j，回彈平均值j代入選定的方程中（j=a+bj+cj），則這個方程式也是成立的，根據誤差理論，樣本數量超過10個的算術平均值，已有足夠的可靠性。由于超聲-回彈綜合法經驗公式中有三個系數（a，b，c），即有三個未知數，因此，可以按強度值的大小順序，將全部試塊（要求30塊以上）等分為三個組（低強組、中強組、高強組）計算出每組試塊試驗結果的平均值（i，i，i），相應建立三個方程式，解出a，b，c三個系數。從幾何意義上講，在空間直角坐標系中，由試塊試驗結果（fi，vi，Ni）構成的空間點，按強度值fi的大小劃分為三個區域，每個區域的試塊試驗結果的平均值，就構成了一個坐標點（i，i，i），三個區共有三個坐標點，代表了全部試塊的試驗結果[26]。由于三個點（不在一條直線上）可以決定一個平面，它即是最后求得的經驗公式所決定的平面或曲面。因此，把這種方法叫做三點法，下面通過試驗來建立超聲-回彈綜合法檢測普通-高強混凝土強度的相關關系方程式。

配制C45混凝土（混凝土配合比見表2-9），在現場制作了同條件養護試塊30塊（15×15×15cm3），分別按7d，28d，60d的齡期進行超聲、回彈、抗壓試驗，實驗結果見表3-1的實測值。

（1）選用平面型方程f=a+bv+cN，計算經驗公式系數a，b，c。

首先將試塊試驗結果按強度值fi的大小順序計入表3-1實測值欄。

按強度值fi的大小，大致等分為三組，每組試塊數量不少于10塊，如表3-1中劃分為低強組、中強組和高強組三組。

表3-1 " 經驗公式系數計算表

計算 j，j，j（見表3-1中分組平均值欄）。

分別將各組的 j，j，j值代入f=a+bv+cN公式中，建立三元一次聯立方程組，并求解系數a，b，c：

46.77=a+4.010b+ 29.01c

55.69=a+5.196b+33.06c

68.40=a+5.255b+40.78c

求解后得

a=-8.386

b=1.948

c=1.632

最后得出超聲-回彈綜合法率定曲線的經驗公式：

f=-8.386+1.948v+1.632N "……………………（3-1）

（2） 選用曲面型方程f=avb Nc，，計算經驗公式系數a，b，c。

在應用三點法建立三元聯立方程組之前，先把曲面型方程轉變為平面型方程，最后尚須還原成曲面型方程。原方程為：

f=avbNc " ……………………………….（3-2）

取對數

lnf=lan+blnv+ clnN

令 " " "f’=lnf; "v，=lnv; N’=lnN; a’=lna

則 " " "f=a’+bv’+cN

顯然，經過處理后的方程f’=a’+bv’+cN’，即可按平面型方程的計算步驟，確定系數a’，b， c 分別為：

a′=0.300

b=0.196

c=0.971

按a’=lna計算系數a：

a=ea’=e0.300=1.350

最后列出超聲-回彈綜合法律定曲線經驗公式：

f=1.35v0.196N0.971 "……………（3-3）

應該特別指出的是，所建立的經驗公式，只適用于試塊試驗值的最小值至最大值的區域范圍內。如上面得出的經驗公式有效范圍為：聲速值為3.86～5.34km/s;回彈值為26.0～45.0;強度值為41.0～73.5.MPa。超出范圍時，不得隨意延伸曲線，擴大應用的范圍。必要時，應進行足夠的驗證，確定是否可以擴大使用范圍。測試工程的齡期有效范圍為7～60d，超過范圍的，必須以同條件試塊試驗加以修正。齡期較長的強度等級較低的混凝土，因混凝土碳化，對測試的回彈值要加以修正。

4.結論

由于混凝土材料本身的非均質性，使同一配合比相同技術條件的試塊抗壓強度實測值產生一定離散。

本課題用來確定回彈-超聲綜合法檢測混凝土抗壓強度的試塊抗壓強度范圍從41.0NPa～73.5MPa，跨越普通混凝土（<60MPa）和高強混凝土（≥60MPa）兩個強度范圍，亦即該強度范圍的回彈法檢測已不適合普通混凝土回彈儀的檢測，也不在高強回彈儀的檢測范圍。但是，經過相關理論分析和試驗研究分析，采用高強回彈儀進行該項目的回彈儀檢測抗壓強度是比較適宜的，能達到足夠的精確度。上面的研究結果證明了應用這種方法的正確性，為該類混凝土的現場檢測開創了新方法。

通過在實際工程中的應用證明，本課題確定的檢測方程式均具有非常高的精確度，可用于實際工程的現場檢測。