張曉翠

(大連金普新區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 大連 116100)

實(shí)踐表明，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷水工混凝土的受腐蝕程度，對(duì)合理選擇加固整治方案、預(yù)測(cè)剩余使用年限和評(píng)定水工結(jié)構(gòu)耐久性等具有重要意義[1]。目前，我國(guó)學(xué)者深入研究了現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損檢測(cè)混凝土損傷和鋼筋銹蝕技術(shù)，其中超聲法憑借其經(jīng)濟(jì)性和便攜性得到廣泛的應(yīng)用[2-6]。文章研究了硫酸鹽侵蝕下水工混凝土強(qiáng)度超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，并進(jìn)一步探討了超聲聲速與受腐蝕混凝土強(qiáng)度之間的函數(shù)關(guān)系。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試件制備

本試驗(yàn)共制備75個(gè)水工混凝土試件，尺寸均為300mm×100mm×100mm，每組試件3個(gè)，各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)取平均值，編號(hào)如表1。試驗(yàn)選用海螺牌P·O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，粗骨料選用5～20mm連續(xù)級(jí)配人工碎石，細(xì)骨料選用細(xì)度模數(shù)2.6的天然河砂，依據(jù)《水工普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(DL-T 5330-2015)合理確定試驗(yàn)配合比，水：水泥：碎石：河砂=0.58∶1∶1.60∶2.75。

水工混凝土試件編號(hào)，見(jiàn)表1。

表1 水工混凝土試件編號(hào)

水工混凝土配制主要包括攪拌時(shí)間、投料順序、原材料計(jì)量等過(guò)程，先按照配合比精準(zhǔn)稱(chēng)量原材料，再按先骨料再凝膠材料、最后加水的順序投料。由于涉及組分較多，攪拌時(shí)間與方式是保證混凝土質(zhì)量及攪拌均勻的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，故試驗(yàn)選用攪拌機(jī)配制混凝土，一般控制攪拌時(shí)間150s，以拌合均勻作為終止拌制的條件。拌制完成后倒入試模，室內(nèi)靜置24h后放入養(yǎng)護(hù)室標(biāo)養(yǎng)28d，經(jīng)檢測(cè)28d抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu達(dá)到25.18MPa。

1.2 硫酸鹽侵蝕

通過(guò)增加溶液濃度和干濕循環(huán)的方式加速侵蝕，在質(zhì)量百分比15%的硫酸鎂、硫酸鈉溶液中浸泡各組試件，以浸泡4d+烘干1d作為一個(gè)干濕循環(huán)，烘干溫度80℃，每循環(huán)3次測(cè)一次混凝土強(qiáng)度。

1.3 測(cè)試儀器

采用電液伺服試驗(yàn)機(jī)和NM-4A非金屬超聲檢測(cè)儀測(cè)試水工混凝土抗壓強(qiáng)度，超聲檢測(cè)儀的工作頻率50kHz，探頭直徑3cm；聲時(shí)處于0.5～10000μs和20～30μs時(shí)測(cè)度精度達(dá)到0.1μs、0.2μs，選用凡士林作為耦合劑。

1.4 超聲檢測(cè)

目前，超聲脈沖測(cè)速法是無(wú)損檢測(cè)混凝土質(zhì)量的有效手段，該方法是在不破壞工程結(jié)構(gòu)完整性的情況下判定混凝土的強(qiáng)度狀況，其中超聲波穿過(guò)混凝土試件的時(shí)間是測(cè)量脈沖速度的關(guān)鍵[7-8]。在混凝土試件表面安裝換能器進(jìn)行直接測(cè)量，為保證測(cè)試精度必須把適量的耦合劑涂覆于混凝土與換能器之間的接合面上，確保穿過(guò)混凝土?xí)r聲波不發(fā)生反射，同時(shí)防止聲阻抗因傳播介質(zhì)的改變而減小的現(xiàn)象[9-10]。

采用超聲波系統(tǒng)直接測(cè)量聲波的穿透試件的時(shí)間，其工作流程為：①發(fā)生器發(fā)射超聲波脈沖信號(hào)并激勵(lì)換能器Tx；②換能器產(chǎn)生超聲波，示波器顯示產(chǎn)生的信號(hào)；③在聲波到達(dá)試件末端時(shí)換能器接收器Rx檢測(cè)聲波，通過(guò)轉(zhuǎn)化處理將超聲波編程電信號(hào)顯示在示波器上。每個(gè)試件均勻布設(shè)5個(gè)測(cè)點(diǎn)，以5個(gè)測(cè)點(diǎn)平均值作為超聲波聲時(shí)值t，如圖1所示。

通過(guò)同步示波器通道能夠獲取接受信號(hào)與脈沖發(fā)射之間的時(shí)間，即聲波穿透試件的時(shí)間，結(jié)合特定混凝土試件的聲時(shí)值t和厚度l，利用以下公式計(jì)算超聲波脈沖速度v，即：

v=l/t

(1)

圖1 超聲脈沖速度測(cè)量示意圖

2 結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

試件標(biāo)養(yǎng)28d后取出，然后以浸泡4d+烘干1d作為一個(gè)干濕循環(huán)，烘干溫度80℃，每循環(huán)3次檢測(cè)一次超聲聲時(shí)，并揭示超聲脈沖速度與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系[11-14]。結(jié)合未受侵蝕前混凝土超聲檢測(cè)結(jié)果，平均初始聲時(shí)值為23.35μs，誤差不超過(guò)±0.5%，即受侵蝕前混凝土澆筑質(zhì)量較為均勻。水工混凝土在不同侵蝕條件下的超聲波脈聲時(shí)值t如表2所示，超聲波脈沖速度V如表3所示。

表2 不同侵蝕條件下的超聲波脈沖聲時(shí)值

表2 不同腐蝕條件下的超聲波脈沖速度

2.2 超聲聲速與混凝土強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系

一般采用非線(xiàn)性數(shù)學(xué)表達(dá)式fcuc=AeBv或fcuc=AvB反映v～fcu相關(guān)曲線(xiàn)，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)超聲波脈沖速度V與侵蝕條件下混凝土強(qiáng)度之間符合fcuc=AvB關(guān)系，將初始數(shù)據(jù)歸一化處理后進(jìn)行擬合分析[15-16]，則有：

(2)

(3)

(a)v′≥v (b)v′

在硫酸鈉、硫酸鎂溶液中超聲波脈沖速度與混凝土強(qiáng)度的擬合曲線(xiàn)如下：

(4)

y=2.2156x+0.0085；v′≥v
y=0.9245x+0.0004；v′

(5)

經(jīng)轉(zhuǎn)換處理，確定超聲波脈沖速度與硫酸鈉、硫酸鎂侵蝕條件下混凝土抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系，即：

(6)

(7)

3 結(jié) 論

1)受硫酸鹽侵蝕程度不同的混凝土中超聲波的傳播速度存在一定差異，侵蝕初期超聲波脈沖速度有所增大，隨著侵蝕時(shí)間的延長(zhǎng)超聲波脈沖速度逐漸下降。硫酸鹽侵蝕條件下，水工混凝土的抗壓強(qiáng)度與超聲波脈沖速度之間存在回歸關(guān)系，擬合曲線(xiàn)符合fcuc=AvB的關(guān)系式。結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立侵蝕條件下混凝土強(qiáng)度與超聲波脈沖速度之間的函數(shù)關(guān)系，為侵蝕條件下水工混凝土強(qiáng)度超聲波無(wú)損檢測(cè)提供一定支持。

2)硫酸鎂和硫酸鈉侵蝕環(huán)境不同時(shí)，超聲脈沖波檢測(cè)的混凝土強(qiáng)度變化規(guī)律不盡相同。采用超聲波法無(wú)損檢測(cè)混凝土強(qiáng)度具有精準(zhǔn)度高、操作簡(jiǎn)單方便等優(yōu)勢(shì)，若綜合應(yīng)用回彈法等其他方法將會(huì)達(dá)到更好的應(yīng)用效果。