穆卿文/1 青島市房地產(chǎn)交易中心 2.青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院

超聲-回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度

穆卿文1,2/1 青島市房地產(chǎn)交易中心 2.青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院

隨著建筑工程質(zhì)量檢測技術(shù)的日趨完善，建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)中的十六字指導(dǎo)思想“驗評分離，強(qiáng)化驗收，完善手段，過程控制”在工程中的具體應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。“完善手段”這一指導(dǎo)思想在工程質(zhì)量驗收中也就顯示出越來越重要的的位；用s科學(xué)的檢測數(shù)據(jù)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(guī)范的“平行檢查”中增加檢測手段控制，為工程質(zhì)量驗收、結(jié)構(gòu)完整和使用功能的完善提供保證。

超聲-回彈；檢測；混凝土；強(qiáng)度

1. 緒論

非破損檢測與常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)試塊破壞試驗方法相比，具有下列特點(diǎn)：

（1）無損于材料、結(jié)構(gòu)的組織及使用性能，且簡便快速，比較準(zhǔn)確；

（2）可直接在試件或結(jié)構(gòu)物上，對材料的質(zhì)量、強(qiáng)度和其它相關(guān)性能進(jìn)行重復(fù)、全面的檢測，運(yùn)用預(yù)先建立的率定關(guān)系函數(shù)方程式，推算混凝土的強(qiáng)度值，能比較真實(shí)的反映混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)件各部位的實(shí)際強(qiáng)度，不僅減少了試塊的制作量，同時，有效的彌補(bǔ)了材料試件不真實(shí)反映工程質(zhì)量的缺點(diǎn)；

（3）能獲得破壞試驗不能獲得的信息，標(biāo)準(zhǔn)試塊破壞試驗只能用于新工程的混凝土質(zhì)量檢查，而非破損檢測方法，對新建工程和已有構(gòu)筑物都能應(yīng)用；

（4）由于是間接檢測，檢測結(jié)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(chǎn)的硅酸鹽水泥(Portland Cement )P.I52.5，28天實(shí)測抗壓強(qiáng)度為58.6MPa。

2.細(xì)集料采用青島地區(qū)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的機(jī)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(qū)當(dāng)?shù)貛r石生產(chǎn)的機(jī)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?；郀t礦渣； 粉煤灰采用黃島發(fā)電廠出產(chǎn)的Ⅱ級原狀粉煤灰；高效減水劑采用青島理工砼業(yè)科技有限公司生產(chǎn)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(jù)本課題的研究需要，采用基準(zhǔn)混凝土按C45進(jìn)行配合比設(shè)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(shù)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(zhǔn)混凝土相同。試驗結(jié)果如表2-1所示。

表2 -1 混凝土配合比及試驗結(jié)果

2.3 回彈儀

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

由于本課題研究的混凝土強(qiáng)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(qiáng)混凝土回彈儀，從而創(chuàng)造性地建立用于從普通混凝土到高強(qiáng)混凝土的超聲-回彈綜合法檢測普通-高強(qiáng)混凝土地區(qū)專用曲線（相關(guān)關(guān)系方程式）。

3. 超聲-回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)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(qū)分別測量聲速值Vi及回彈值Ni，通過校準(zhǔn)測強(qiáng)公式（相關(guān)關(guān)系方程式）推算該測區(qū)混凝土的強(qiáng)度值。

如果建立經(jīng)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(guān)規(guī)律，那么，將全部試塊的強(qiáng)度平均值聲速平均值回彈平均值代入所選定的方程之中（如平面型方程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(qiáng)度平均值聲速平均值回彈平均值代入選定的方程中則這個方程式也是成立的，根據(jù)誤差理論，樣本數(shù)量超過10個的算術(shù)平均值，已有足夠的可靠性。由于超聲-回彈綜合法經(jīng)驗公式中有三個系數(shù)（a,b,c）,即有三個未知數(shù)，因此，可以按強(qiáng)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(qiáng)組、中強(qiáng)組、高強(qiáng)組）計算出每組試塊試驗結(jié)果的平均值相應(yīng)建立三個方程式，解出a,b,c三個系數(shù)。從幾何意義上講，在空間直角坐標(biāo)系中，由試塊試驗結(jié)果（fi，vi，Ni）構(gòu)成的空間點(diǎn)，按強(qiáng)度值fi的大小劃分為三個區(qū)域，每個區(qū)域的試塊試驗結(jié)果的平均值，就構(gòu)成了一個坐標(biāo)點(diǎn)三個區(qū)共有三個坐標(biāo)點(diǎn)，代表了全部試塊的試驗結(jié)果[26]。由于三個點(diǎn)（不在一條直線上）可以決定一個平面，它即是最后求得的經(jīng)驗公式所決定的平面或曲面。因此，把這種方法叫做三點(diǎn)法，下面通過試驗來建立超聲-回彈綜合法檢測普通-高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系方程式。

配制C45混凝土(混凝土配合比見表2-9)，在現(xiàn)場制作了同條件養(yǎng)護(hù)試塊30塊（15×15×15cm3），分別按7d,28d,60d的齡期進(jìn)行超聲、回彈、抗壓試驗，實(shí)驗結(jié)果見表3-1的實(shí)測值。

(1)選用平面型方程f=a+bv+cN，計算經(jīng)驗公式系數(shù)a,b,c。

首先將試塊試驗結(jié)果按強(qiáng)度值fi的大小順序計入表3-1實(shí)測值欄。

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

表3 -1 經(jīng)驗公式系數(shù)計算表

求解后得

最后得出超聲-回彈綜合法率定曲線的經(jīng)驗公式：

(2) 選用曲面型方程f=avbNc,，計算經(jīng)驗公式系數(shù)a,b,c。

在應(yīng)用三點(diǎn)法建立三元聯(lián)立方程組之前，先把曲面型方程轉(zhuǎn)變?yōu)槠矫嫘头匠?，最后尚須還原成曲面型方程。原方程為：

取對數(shù)

lnf=lan+blnv+ clnN

令 f’=lnf； v,=lnv； N’=lnN； a’=lna

則 f=a’+bv’+cN

顯然，經(jīng)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(shù)a’,b, c 分別為：

按a’=lna計算系數(shù)a：

最后列出超聲-回彈綜合法律定曲線經(jīng)驗公式：

應(yīng)該特別指出的是，所建立的經(jīng)驗公式，只適用于試塊試驗值的最小值至最大值的區(qū)域范圍內(nèi)。如上面得出的經(jīng)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(qiáng)度值為41.0～73.5.MPa。超出范圍時，不得隨意延伸曲線，擴(kuò)大應(yīng)用的范圍。必要時，應(yīng)進(jìn)行足夠的驗證，確定是否可以擴(kuò)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(qiáng)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(jié)論

由于混凝土材料本身的非均質(zhì)性，使同一配合比相同技術(shù)條件的試塊抗壓強(qiáng)度實(shí)測值產(chǎn)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(qiáng)度的試塊抗壓強(qiáng)度范圍從41.0NPa～73.5MPa，跨越普通混凝土（＜60MPa）和高強(qiáng)混凝土（≥60MPa）兩個強(qiáng)度范圍，亦即該強(qiáng)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(qiáng)回彈儀的檢測范圍。但是，經(jīng)過相關(guān)理論分析和試驗研究分析，采用高強(qiáng)回彈儀進(jìn)行該項目的回彈儀檢測抗壓強(qiáng)度是比較適宜的，能達(dá)到足夠的精確度。上面的研究結(jié)果證明了應(yīng)用這種方法的正確性，為該類混凝土的現(xiàn)場檢測開創(chuàng)了新方法。

通過在實(shí)際工程中的應(yīng)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(shí)際工程的現(xiàn)場檢測。