高 騫

(河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院)

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河北地區(qū)高強(qiáng)混凝土超聲-回彈曲線試驗研究

高 騫

(河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院)

采用超聲回彈綜合法檢測混凝土構(gòu)件強(qiáng)度，可以利用其雙參數(shù)評價的優(yōu)勢，準(zhǔn)確性較單一評價指標(biāo)的檢測法要高，是目前是工程中最常用的混凝土強(qiáng)度檢測方法之一。用超聲回彈綜合法對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測、監(jiān)督是工程質(zhì)量管理的常用手段。

超聲回彈；雙參數(shù)評價；檢測精度；質(zhì)量管理

超聲-回彈綜合法是利用超聲法檢測和回彈法檢測的各自特點(diǎn)，將兩種檢測方法相結(jié)合的一種綜合檢測法。由于聲速值與回彈值兩項評價參數(shù)的結(jié)合，降低了單一指標(biāo)評價時的影響因素對混凝土強(qiáng)度推定的影響程度，擴(kuò)大了超聲回彈綜合法的適用范圍，提高了其檢測精度。

1 試塊制備

試驗按照最佳配合比制作強(qiáng)度等級為C50、C60、C70、C80的混凝土試塊, 每一等級制作邊長為150 mm 的立方體試塊24組，共96組。試塊制作完畢后，統(tǒng)一進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),分為3 d、7 d、14 d、28 d這4個齡期進(jìn)行測試。制作混凝土的原材料采用河北地區(qū)常用的材料,水泥采用P.O.42.5和P.O.52.5強(qiáng)度等級的普通硅酸鹽水泥,細(xì)骨料采用本地河砂,基本上以中砂為主,粗骨料采用河北地區(qū)的粒徑在5～20 mm之間的碎石,水采用普通自來水。

2 試驗方法及數(shù)據(jù)測試

試塊養(yǎng)護(hù)到達(dá)齡期后，將試塊澆筑方向的兩個相對面放置于壓力機(jī)上下承壓板之間，然后加壓至60～80 kN并保持此壓力，如圖1所示。

圖1 回彈測點(diǎn)分布圖

如圖1用回彈儀在試件兩對相對側(cè)面上依次彈擊16個回彈測試點(diǎn)，記錄相應(yīng)回彈值，精確至1。分別剔除3個最大值和3個最小值,取余下10個有效回彈值的平均值作為該試件的回彈代表值R，回彈值測試完畢后,先卸載,將試塊回彈面放置在壓力機(jī)上、下承壓板間加壓,以6～10 kN/s的速度連續(xù)均勻加壓,直至試塊破壞為止,得到試塊的極限破壞荷載值,將其除以試塊的受壓面積,計算混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度。

測試試塊聲時值，取試塊澆筑方向的側(cè)面為測試面，在兩個相對測試面上分別畫出位置相對應(yīng)的三個測試點(diǎn)，在測點(diǎn)位置涂抹適量黃油作為耦合劑(見圖2)，將一對發(fā)射和接收換能裝置方別置于相對應(yīng)的兩個測點(diǎn)上，并保持兩個換能裝置軸線位于同一直線上。逐點(diǎn)測試聲時值t1、t2、t3，精確至0.1μs，計算各測點(diǎn)聲速值v1、v2、v3，并取3個測點(diǎn)的聲速值平均值作為該試塊的聲速代表值，即

(1)

式中：l為測點(diǎn)超聲測距，精確至1 mm。

本試驗基本屬于簡單重復(fù)試驗，采用相同儀器對相同強(qiáng)度等級、相同齡期下的混凝土試塊進(jìn)行檢測，所得到的試驗數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。本試驗數(shù)據(jù)屬于標(biāo)準(zhǔn)差未知的情況，因此，選擇格拉布斯準(zhǔn)則法對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗和剔除。

圖2 試驗數(shù)據(jù)3D散點(diǎn)圖

3 數(shù)據(jù)分析

3.1 回歸分析

經(jīng)過不同強(qiáng)度等級、不同齡期的混凝土試塊的測試，本試驗共進(jìn)行了188組回彈、超聲檢測試驗，得到回彈值、聲速值及對應(yīng)抗壓強(qiáng)度結(jié)果，共3760個數(shù)據(jù)。

應(yīng)用回歸分析原理，匯總試驗數(shù)據(jù)，利用格拉布斯雙側(cè)檢驗法剔除離群值(見上一節(jié))，查閱相關(guān)資料并參考《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS02:2005)，選擇采用以下四種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行回歸分析及誤差分析。

(1)線形方程

(2)

(2)指數(shù)方程

(3)

(3)雙曲線方程

(4)(4)冪函數(shù)方程

其中冪函數(shù)模型是《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS02:2005)中推薦使用的模型，同時該規(guī)范中提出采用其相對誤差作為一個評價指標(biāo)，即相對誤差越大，其模型的精度越差，反之，精度越高。利用上述四個數(shù)學(xué)模型對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析并計算其相對誤差及相關(guān)系數(shù)，整理結(jié)果見表1。

表1 回歸方程式及誤差分析

上述模型中四號冪函數(shù)模型為《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS02:2005)中選用的模型，且從表1中可以直觀發(fā)現(xiàn)各個回歸方程中冪函數(shù)方程式其相關(guān)系數(shù)和相對誤差均為各項最優(yōu)。因此選用四號回歸方程式進(jìn)行計算，建立該地區(qū)測強(qiáng)曲線為無損檢測混凝土強(qiáng)度提供有力幫助。

3.2 相關(guān)程度分析

利用試驗所得數(shù)據(jù)和回歸分析軟件，針對試驗數(shù)據(jù)中回彈檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，選擇回歸數(shù)學(xué)模型中相關(guān)程度最好的二元冪函數(shù)模型作為回彈測強(qiáng)的回歸方程進(jìn)行計算，其二元回歸方程式見式(6)，相關(guān)系數(shù)為0.8516。

(6)

將回彈法和超聲回彈綜合法回歸分析結(jié)果見表2，由表中對比可發(fā)現(xiàn)超聲回彈綜合法數(shù)據(jù)分析得到的測強(qiáng)曲線在相關(guān)系數(shù)和相對誤差上均優(yōu)于回彈法，由此可以發(fā)現(xiàn)超聲回彈綜合法在檢測精度方面優(yōu)于單一采用回彈法的情況。見圖3。

圖3 回彈測強(qiáng)曲線圖

表2 試驗數(shù)據(jù)分析結(jié)果對比

4 結(jié) 論

建立了河北地區(qū)超聲-回彈測強(qiáng)曲線精度較高，擬合度良好，通過試塊驗證和現(xiàn)場鉆芯驗證，適合河北地區(qū)使用。

[1] 超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程(CECS02：2005)[S].

[2] 劉維剛，韓明嵐，陳建林，等.超聲回彈法檢測高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的試驗研究[J].混凝土，2007，(10):15-17.

2015-03-11

U416.1

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1008-3383(2015)09-0003-01