朱躍武，袁廣州，王 偉，袁志遠(yuǎn)

（1.中國建筑科學(xué)研究院深圳分院，廣東 深圳 518057；2.深圳市福田建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，廣東 深圳 518057）

0 引 言

CECS 02∶2005《超聲回彈綜合法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》附錄 B 規(guī)定了超聲波角測、平測和聲速的計(jì)算方法，本次規(guī)程修編工作計(jì)劃要求對(duì)該項(xiàng)條款進(jìn)行驗(yàn)證。為驗(yàn)證規(guī)程提出的平測修正系數(shù)的有效性，制作 4 組階梯試件，并將不同階梯試件交由不同單位、不同時(shí)間預(yù)制完成?，F(xiàn)場階梯試件和超聲平測、角測測試示意圖如圖1 和圖2所示。所測試的 4 組階梯試件的對(duì)測、角測、平測聲時(shí)與測距數(shù)據(jù)如表1所示。

圖1 超聲波角測示意（單位：mm）

圖2 超聲波平測示意

分析不同測試方法的聲時(shí)和對(duì)測聲時(shí)與測距的關(guān)系，均按附錄 B 的技術(shù)要求進(jìn)行計(jì)算分析，對(duì)采集超聲聲時(shí)和對(duì)應(yīng)的測距，用 SPSS 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算和繪制散點(diǎn)圖。分析過程及方法見下文所述。

表1 對(duì)測、角測、平測聲時(shí)與測距數(shù)據(jù)

續(xù)表1

1 對(duì)測聲時(shí)與測距的變量處理

在 4 個(gè)階梯試件上的對(duì)側(cè)位置共采集 35 組超聲波聲時(shí)和對(duì)應(yīng)的不同長度的測距，將聲時(shí)作為自變量，測距作為應(yīng)變量，變量處理摘要如表2所示。將測距和聲時(shí)進(jìn)行回歸分析，得到其直線方程的斜率和截距（常數(shù)）以及相關(guān)系數(shù)及（R2）和回歸方程顯著性檢驗(yàn)系數(shù)（F）值，結(jié)果見模型匯總和參數(shù)估計(jì)值如表3所示，聲時(shí)與測距的散點(diǎn)圖如圖3所示。

從模型匯總的參數(shù)和散點(diǎn)圖可以發(fā)現(xiàn)，4 個(gè)階梯試件，35 組測試數(shù)據(jù)，對(duì)測測試時(shí)的相關(guān)系數(shù)R2約等于 1，相關(guān)資料介紹在α=0.05時(shí)，F(xiàn)1-α（2，32）=4.17，而F的計(jì)算值為 6496.1，即回歸方程顯著相關(guān)，從圖3 對(duì)測聲時(shí)與測距的散點(diǎn)圖數(shù)據(jù)分布情況可以看出，數(shù)據(jù)基本坐落在曲線兩側(cè)，平均相對(duì)誤差很小。

表2 變量處理摘要

表3 模型匯總和參數(shù)估計(jì)值（因變量：對(duì)測測距）

圖3 對(duì)測聲時(shí)與測距的散點(diǎn)圖

2 角測聲時(shí)與測距變量處理

角測不同于對(duì)測，受到階梯試件尺寸的影響，與對(duì)測對(duì)應(yīng)的測距需要按照公式進(jìn)行換算，確定測點(diǎn)的位置，4 組試件共計(jì)采集 29 組數(shù)據(jù)，變量處理摘要如表4所示，將測距和聲時(shí)進(jìn)行回歸分析，得到其直線方程斜率和截距（常數(shù)）以及相關(guān)系數(shù)、R2和回歸方程顯著性檢驗(yàn)（F）值，結(jié)果見模型匯總和參數(shù)估計(jì)值，如表5所示，角測聲時(shí)與測距的散點(diǎn)圖如圖4所示。

表4 變量處理摘要

從模型匯總表的參數(shù)和散點(diǎn)圖可以發(fā)現(xiàn)，4 個(gè)階梯試件，29 組測試數(shù)據(jù)，角測測試時(shí)的相關(guān)系數(shù)R2＝0.98，計(jì)算的F值為 1202.97，大于查表F1-α（2，26）=4.24，其中 29 組數(shù)據(jù)僅有 6 組落在回歸曲線上，其它均分布在曲線兩側(cè)，與對(duì)測相比，其平均相對(duì)誤差要大。

表5 模型匯總和參數(shù)估計(jì)值

圖4 角測聲時(shí)與測距的散點(diǎn)圖

3 平測聲時(shí)與測距的變量處理

超聲波平測方法最初是超聲測試中用于對(duì)混凝土裂縫深度的檢測，應(yīng)用到強(qiáng)度檢測也是 CECS 02∶2005《超聲回彈綜合法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》在 2005年修訂時(shí)被列入附錄 B 中。通過 13年的應(yīng)用，其效果如何反響不一，為此在 4 個(gè)階梯試件上均按照與對(duì)測同一測距的工況進(jìn)行平測測試，共采集 42 組測試數(shù)據(jù)如表6所示，分別計(jì)算R2和F值（見表7），并繪制散點(diǎn)圖（見圖5）。

從模型匯總表的參數(shù)和散點(diǎn)圖可以發(fā)現(xiàn)，4 個(gè)階梯試件，42 組測試數(shù)據(jù)，平測測試時(shí)的相關(guān)系數(shù)R2=0.93，計(jì)算的F值為 453.09，大于查表F1-α（2，39）=4.10，其中 42 組數(shù)據(jù)僅有 4 組落在回歸曲線上，其它均分布在曲線兩側(cè)，與對(duì)測和角測相比，方程的相關(guān)性和顯著性較差，其平均相對(duì)誤差也比較大。

表6 變量處理摘要

表7 模型匯總和參數(shù)估計(jì)值（因變量：平測測距）

圖5 平測聲時(shí)與測距的散點(diǎn)圖

4 回彈與超聲波對(duì)換算強(qiáng)度的影響

通過對(duì)課題組提供的 16801 組回彈和超聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以混凝土抗壓強(qiáng)度為目標(biāo)，預(yù)測變量的重要性，其結(jié)果如圖6 和圖7所示。

圖6 預(yù)測變量的重要性及目標(biāo)強(qiáng)度

圖7 超聲和回彈對(duì)混凝土強(qiáng)度的重要性

分析結(jié)果表明聲速對(duì)目標(biāo)強(qiáng)度的重要性為 14 %；而回彈值對(duì)目標(biāo)強(qiáng)度的重要性為 86 %。

對(duì)于超聲回彈綜合法測強(qiáng)曲線，混凝土推定強(qiáng)度對(duì)超聲波的依賴度相比回彈的依賴度要低，因此，超聲波聲速對(duì)目標(biāo)強(qiáng)度屬于最不重要的變量。

5 試驗(yàn)結(jié)論

1）通過對(duì) 4 組不同時(shí)間、不同公司澆搗的混凝土階梯試件進(jìn)行對(duì)測、角測和平測數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，其直線方程的參數(shù)以及對(duì)測與角測和對(duì)測與平測方程斜率比值如表8所示。

表8 數(shù)據(jù)的分析結(jié)果

2）分別求出對(duì)測聲速平均值和角測及平測聲速平均值，對(duì)測與角測和對(duì)測與平測平均聲速的比值如表9所示。

表9 對(duì)側(cè)與角測和對(duì)側(cè)與平測平均聲速的比值

結(jié)果與原規(guī)程附錄 B 給定的vo/vL或H=1.04～1.15的數(shù)值不完全相符，建議進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3）按照表8 的回歸曲線，在固定一定聲距的前提下，反算對(duì)測、平測和角測聲時(shí)t，本例的測距為200 mm，結(jié)果如表10所示。

表10 反算對(duì)測、平測和角測聲時(shí)結(jié)果

通過反算聲時(shí)值，發(fā)現(xiàn)對(duì)測與角測聲時(shí)數(shù)據(jù)相對(duì)接近，而與平測相差較大。

4）試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)測的聲時(shí)和測距的數(shù)據(jù)集中分布在回歸曲線上，表明相對(duì)誤差小，而角測相比對(duì)測，測點(diǎn)分布相對(duì)分散，而平測的測點(diǎn)分布相對(duì)對(duì)測而言更加分散。3 種測試方法的平均相對(duì)誤差如表11所示。

表11 三種測試方法的平均相對(duì)誤差

5）綜上所述，考慮超聲波對(duì)換算強(qiáng)度的重要性僅為 14 %，超聲聲速微小變化，對(duì)換算強(qiáng)度的影響不大，建議保留原規(guī)程規(guī)定的角測、平測方法，考慮到平測、角測相對(duì)誤差較大，規(guī)程中應(yīng)優(yōu)先推薦對(duì)測檢測方法。