超聲回彈綜合法檢測再生磚骨料混凝土強度分析

鄭益楠

（福建省建筑科學研究院有限責任公司，福建 福州 350108）

1 引言

在建筑行業中，再生磚骨料受到廣泛應用，通過再處理老舊磚、混凝土結構，對建筑垃圾再處理利用，可有效提升環境保護效果。但是再生磚混凝土抗壓強度常受到建筑企業顧慮，使用無損檢測技術檢查再生磚骨料強度，保護再生磚免受破壞，具有良好的環保效益，可推動再生磚的廣泛應用。

2 超聲回彈綜合法及其影響因素

超聲回彈綜合法作為檢測強度以及超聲的復雜方法，通過對回彈值和超聲聲速與抗壓強度之間的關系展開分析，回彈值和超聲波傳播速度可以直接反映出混凝土抗壓強度。利用設備檢查混凝土強度，對混凝土做出準確評估。此方法可有效避免混凝土含水量以及碳化老化造成的影響，讓試驗精準度得到提高。相比簡易回彈法，超聲回彈綜合法可提高檢測精度，準確測量混凝土的強度。

使用該方法進行試驗主要受到含水率和養護方法的影響。使用超聲回彈法，主要根據聲速和回彈值，若試件含水量高，將造成回彈值降低，混凝土質量也會增加，影響測定準確性。在一定范圍內改進，可有效減少回彈成本造成的不利影響，控制誤差和精準度。此外，試驗準確性受到養護方法的影響，混凝土養護會直接影響試件強度，強度的增加需要持續供應水，混凝土處于潮濕環境中，強度也更高。因此在同等條件下，混凝土處于潮濕環境中，超聲波聲速更高。因此，在試驗時要保證養護時間和試塊含水量一致。

3 再生磚骨料分析

3.1 來源

再生磚骨料主要來源于老舊建筑廢棄磚等，經過再加工利用；或者廠家生產過程中，不可避免生產出不合格的燒結磚，如空心磚、多孔磚等，均可以回收再利用；被質檢部門測試后廢棄的混凝土，再加工處理后均可以作為再生磚骨料使用。

3.2 性能

再生磚骨料是廢棄混凝土和磚經過破碎篩分后，按照一定級配要求制作而成。因此，再生磚骨料中包含水泥漿、天然骨料等，再生磚表面相對粗糙，存在細小的裂紋。廢棄磚經過處理后多呈扁平狀，具有較多空隙，因此力學性能相對較差。一般情況下，再生磚骨料的表觀密度、堆積密度均不及天然碎石骨料。再生磚骨料的骨料顆粒縫隙更大，表面粗糙，孔隙率高，堆積密度相對較低。另外,有研究指出，再生磚骨料吸水率約為天然骨料的40倍，能夠吸收大量水分。

4 超聲回彈綜合法檢測再生磚骨料混凝土強度試驗

超聲回彈綜合法綜合了超聲法和回彈法兩種方法的優勢，試驗誤差更低，能夠分析混凝土的抗壓強度。作為一種無損檢測方法，具有良好的應用空間和發展趨勢。測強曲線作為該方法的參考標準，提高測強曲線精準度，有助于提高測量精準度，更準確預測抗壓強度。

4.1 材料與方法

4.1.1 設備儀器

準備再生磚專用回彈儀、破碎機、頂基標準振篩機、攪拌機、振動臺、壓力試驗機和超聲檢測儀等。

4.1.2 試驗材料

準備海螺牌P.O42.5水泥、Ⅱ區砂、級配碎石、再生磚骨料和減水劑等材料。根據合格證明，再生磚骨料堆積密度為 971 kg/m3，表觀密度為 2469 kg/m3，壓碎指標30.3%，吸水率為19.98%。水泥性能標準為抗壓強度43.1MPa，抗折強度為6.9MPa。

4.1.3 試驗配合比

設計再生磚混凝土的配合比，要經過多次試驗配比，保證達到30～50 mm坍落度的配比要求，達到C30、C35等級，減水劑減水率達到25%。C30強度等級配比標準為：砂率達到38%，水灰比達到0.55，水 166.8 kg，天然骨料 558.5 kg，再生混凝土骨料558.5 kg，砂 684.6 kg，水泥 373.7 kg，減水劑 1080.9 g。C35強度等級配比標準為：砂率達到36%，水灰比達到 0.50，水 166.9 kg，天然骨料 566.5 kg，再生混凝土骨料 566.5 kg，砂 637.4 kg，水泥 410 kg，減水劑1189 g。

4.1.4 制作試件

制作100塊再生磚骨料試塊，各強度各50組，試塊采取統一尺寸 15 cm×15 cm×15 cm。拆模后在養護室經過14 d的養護處理，按照品字位置擺放，進行測試。

4.2 測試過程

根據相關規范，在試塊14 d、28 d時進行測試。先進行回彈值的測試，再進行超聲聲速的測試，最后使用壓力試驗機對試塊抗壓強度進行測試。

4.3 結果分析

4.3.1 回彈值

表1 測試數據平均值

對兩種不同強度的再生磚骨料試塊，在不同齡期進行回彈值和抗壓強度的測試，可以發現兩種不同強度等級的試塊，抗壓強度增加，回彈值也逐漸增加，兩者存在相關關系。計算不同齡期的抗壓強度數據，可以得出C30等級試塊，14d抗壓強度:28 d抗壓強度=1:1.14。C35等級試塊，14d抗壓強度:28 d抗壓強度=1:1.17。根據試驗結果，C35等級試塊抗壓強度漲幅最大。對比兩組試塊的回彈值，C30等級試塊，14 d回彈值 :28 d回彈值 =1:1.07。C35等級試塊，14 d回彈值:28 d回彈值=1:1.06。可以發現再生磚骨料回彈值的漲幅相對較小。C35強度等級試塊的回彈值和抗壓強度均超過C30等級試塊。對兩者回彈值變化趨勢分析，可以發現兩種強度等級回彈值變化趨勢相近，回彈值受到強度等級的影響相對較小，基本沒有影響。

4.3.2 超聲波

對試塊進行超聲波的測試，隨著齡期的變化，超聲聲速逐漸增長。C30等級試塊，14 d超聲聲速:28 d超聲聲速=1:1.03。C35等級試塊，14 d超聲聲速:28 d超聲聲速=1:1.04。兩種強度試塊在14～28齡期，超聲聲速出現的增長幅度相對一致，隨著抗壓強度的增加，超聲聲速出現小幅度增加，漲幅不明顯。分析原因是再生磚骨料的表面相對粗糙，具有較多空隙，造成超聲波傳導受到影響。分析超聲波聲速變化趨勢，可以發現超聲聲速和試塊的抗壓強度存在直接關聯，聲速增加，抗壓強度也出現顯著增加，強度等級對于超聲聲速變化的影響相對較小，基本沒有影響。

4.4 超聲回彈綜合法測強曲面

根據國家測強曲線中輸入數據，對比推測數據和實際數據，計算誤差，C30強度混凝土誤差約為33%，C35誤差約為44%。由于誤差超過了國家規定的15%，不能使用國家測強曲線,使用oringe軟件對測試數據進行分析，計算回歸系數，得到回歸曲線。使用回彈法建立測強曲線誤差，通過對數據的擬合分析，了解到誤差水平較小，滿足規范要求，兩種模型誤差接近，沒有顯著相關性，使用單一回彈法對混凝土強度進行測量，存在一定局限性。使用超聲回彈綜合法對數據進行擬合，根據規定對數據進行回歸分析，分析回歸曲線誤差，誤差小于12%，可進行回歸分析。綜合法可以縮小精準度，在使用上更加準確可靠。

因此，文章選擇冪函數以及多項式函數模型對數據進行擬合。計算出再生磚骨料混凝土在不同齡期的抗壓強度、回彈值以及超聲聲速，根據規范進行模型的計算。通過對回歸曲線的計算，能夠確定誤差數據，從而判斷曲線的準確度。將數據繪制在回歸曲線上，分析數據點分布，可達到良好的擬合效果。文章建立在冪函數以及多項式函數的誤差滿足規范。

對比兩種回歸模型，可發現，使用冪函數可達到更好地擬合效果，誤差更小，和冪函數存在密切關聯，可以達到更高的精準度。

5 結論

綜上所述，通過對再生磚骨料進行抗壓強度試驗，發現混凝土回彈值、超聲聲速與抗壓強度存在密切關聯，隨著齡期以及強度等級增加，回彈值和聲速也表現出增長趨勢，漲幅小于抗壓強度漲幅。使用全國統一測強曲線對混凝土強度預測存在較大誤差。使用超聲回彈綜合法對測強曲線進行分析，可達到較高的精度，建立冪函數模型可以達到更好的擬合效果，準確度更高，可以提供準確試驗結果。