高性能混凝土超聲測強及影響因素的研究

邵陽

（機械工業(yè)勘察設計研究院有限公司，陜西 西安 710043）

0 引言

高性能混凝土對原材料和施工質量要求嚴格，如使用了活性堿骨料，而水泥和外加劑的含堿量又過高，使骨料產生堿骨料反應，破壞混凝土結構；施工質量不好，混凝土強度達不到要求，發(fā)生裂縫等，使鋼筋銹蝕，影響結構安全。我國商品混凝土中廣泛使用的摻加粉煤灰的混凝土，早期強度往往偏低，對于在建工程在工期要求范圍內強度往往達不到要求。因此，高性能混凝土的應用是必然的，對高性能混凝土的質量檢測也是非常必要的。超聲波檢測混凝土強度的方法在普通混凝土中已有應用，并且已有專用的公式，但在高性能混凝土方面的應用并不廣泛。超聲波檢測混凝土簡便快捷，在混凝土方面的應用前景廣泛，因此超聲波測高性能混凝土的強度有一定重要意義。本文針對高性能混凝土的質量檢測問題，研究了高性能混凝土的超聲檢測的可行性和影響因素。

1 原材料

水泥采用華新 42.5 級普通硅酸鹽水泥，3d 抗壓強度 27.4MPa，28d 抗壓強度 43.5MPa；粉煤灰采用沈海熱電廠 Ⅱ 級粉煤灰，細度 8.9%，燒失量 6.6%，需水比 96%；礦渣采用鞍鋼粒化高爐礦渣，比表面積為 4320cm2/g，28d 活性指數 95%；硅灰采用朗天硅灰，28d 活性指數 121%；粗骨料采用 5～20mm 級配良好的碎石；細骨料采用河砂，細度模數 2.8，級配良好，為 Ⅱ 區(qū)中砂。

2 試驗方案

2.1 因子和水平的確定

本試驗選定三水平三因子正交設計安排試驗。采用外摻粉煤灰、礦渣和硅灰的方法配制高性能混凝土，正交設計表見表1。

2.2 混凝土配合比

本試驗主要研究 C70 高性能混凝土，根據正交設計的水平和因子，確定配合比，如表2 所示。

3 結果與討論

3.1 試驗數據

不同配合比混凝土超聲聲速試驗及強度測試結果如表3、表4 所示。

表1 正交設計表

表2 混凝土配合比 kg/m3

表3 混凝土超聲聲速試驗結果表

3.2 結果分析

3.2.1 聲速影響因素的顯著性分析影響聲速的顯著性分析結果見表5～7。

根據表5，查 F 分布位數表。可以看出，粉煤灰及硅灰影響因素不顯著，而礦渣影響因素比較顯著，粉煤灰、礦渣、硅灰之間的交互作用影響是顯著的。

根據表6，查 F 分布位數表。可以看出，除粉煤灰的影響因素不顯著外，礦渣、硅灰以及粉煤灰、礦渣、硅灰之間的交互作用影響均顯著。

根據表7，查 F 分布位數表。可以看出，粉煤灰、礦渣、硅灰及其之間的交互作用都是顯著的影響因素。

表4 混凝土強度試驗結果表

由表5～7 可以看出，粉煤灰在 14 天以前對超聲波的影響是不顯著的，在 28 天的時候是顯著的影響因素。礦渣對超聲波的影響一直是比較顯著的影響因素。說明礦渣的摻加，對混凝土的內部結構有明顯的作用；硅灰對超聲波有比較顯著的作用，試驗前期的作用不顯著可能由于硅灰的摻量較少；粉煤灰、礦渣、硅灰之間的交互作用在 28 天前都是顯著的影響因素。說明不同的礦物細摻料之間存在明顯的疊加作用。

3.2.2 強度影響因素的顯著性分析

影響強度的顯著性分析見表8～10。

根據表8 中 1 作為誤差項，查 F 分布分位數表。可以看出，硅灰，粉煤灰、礦渣、硅灰之間的交互作用是影響強度的顯著因素。

根據表9，查 F 分布分位數表。可以看出，礦渣對強度有影響，硅灰，粉煤灰、礦渣、硅灰之間的交互作用對強度的影響十分顯著。

根據表10，其中 3、4 作為誤差項，查 F 分布位數表。可以看出，礦渣對后期強度影響不顯著，硅灰與粉煤灰、礦渣與硅灰之間的交互作用一直都對強度的影響十分顯著。

由表8～10 可以看出，粉煤灰、礦渣、硅灰之間的交互作用對混凝土的強度有顯著的作用。這主要是因為磨細礦渣的需水量不大，對混凝土的強度有利，但自收縮比較大；摻粉煤灰的混凝土的自干燥收縮和干燥收縮都比較小，但抗碳化性能較差。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，但價格高昂。根據符合材料的超疊加效應原理，將不同種類細摻料以適當的比例加入混凝土，可以取長補短，不僅可以調節(jié)用水量，節(jié)約成本，提高混凝土的抗壓強度，而且還可以提高混凝土的抗折強度，減小收縮，提高耐久性。

表5 C70 混凝土 7d 超聲交互作用分析表

表6 C70 混凝土 14d 超聲交互作用分析表

表7 C70 混凝土 28d 超聲交互作用分析表

表8 C70 混凝土 7d 強度交互作用分析表

表9 C70 混凝土 14d 強度交互作用分析表

表10 C70 混凝土 28d 強度交互作用分析表

硅灰一直對混凝土的強度有顯著的影響，礦渣在早期對混凝土的強度有影響，粉煤灰摻量的改變對混凝土的強度影響不大。在試驗摻量范圍內，粉煤灰單獨的影響并不是很顯著。

4 結論

（1）粉煤灰摻量為 10%、20%、30% 的水泥膠砂強度影響系數相差不大，說明粉煤灰對其強度的影響不是很大，但隨著摻量的增加強度有降低的趨勢。硅灰摻量為 3%、5%、7%、10% 時對水泥膠砂強度影響系數均大于 1.0，說明硅灰的摻入可提高其強度，而摻量在 5%～7% 時強度會明顯提高；粉煤灰對混凝土的強度影響并不顯著，但其發(fā)展趨勢是減小混凝土的強度，因此改善和易性的同時，應減少粉煤灰摻量，以免影響強度。同時，粉煤灰對超聲聲速的影響不是很大，超聲檢測時可不予考慮。

（2）礦渣摻量的增加，對強度有一定影響，摻量在 20% 時強度達到最大值，繼續(xù)摻加，強度有所下降。礦渣對聲速的影響是顯著的，因此，超聲檢測時需考慮礦渣摻量。

（3）硅灰摻量的增加會提高超聲聲速，對聲速的影響是顯著的，因此超聲檢測時需考慮硅灰的摻量。摻入硅灰可顯著提高強度，硅灰摻量在 5%～7% 時，強度的增加速率較快。