超聲法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度時(shí)的影響因素研究

孫 剛

(寧夏功達(dá)建筑工程檢驗(yàn)檢測(cè)有限公司，寧夏 銀川 750001)

0 引言

超聲法是超聲檢測(cè)的基本裝置，其作用是產(chǎn)生重復(fù)的電脈沖去激勵(lì)發(fā)射換能器。發(fā)射換能器發(fā)射的超聲波經(jīng)耦合進(jìn)入混凝土，在混凝土中傳播后為接收換能器所接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)被送至超聲儀，經(jīng)放大后顯示在示波屏上。

1 原材料及配合比的影響

1.1 水泥品種影響

國內(nèi)研究者余紅發(fā)通過對(duì)普通混凝土的研究，認(rèn)為水泥品種對(duì)超聲測(cè)強(qiáng)有影響，但是不能看出其中明顯的規(guī)律性。在R.Jones的書中談到，水泥品種的影響規(guī)律可能是：硅酸三鈣的百分含量越高，水泥的磨細(xì)度（比表面積）越大，則相應(yīng)某一傳播速度的強(qiáng)度也越高。吳忠在研究強(qiáng)度和聲速關(guān)系曲線的時(shí)候提出，水泥品種是影響混凝土聲速值的重要影響因素。吳忠對(duì)火山灰水泥和礦渣水泥進(jìn)行了大量的研究，采用兩種水泥配制同一標(biāo)號(hào)的混凝土，結(jié)果表明：早齡期的混凝土，火山灰水泥明顯的比礦渣水泥聲速高14%，在28d內(nèi)，聲速差別越來越小，28d的聲速值差別只有2%，并且礦渣水泥的聲速還有超過火山灰水泥的趨勢(shì)。原因可能在于，不同的水泥強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律并不一致，有的水泥早期強(qiáng)度高，有的水泥后期強(qiáng)度高。硅酸三鈣水化快，早期強(qiáng)度高，因此，聲速值也較高，這和R.Jones的研究結(jié)果是一致的。因此，可以認(rèn)為，在早齡期的混凝土檢測(cè)中，應(yīng)該考慮水泥品種的影響，對(duì)較長(zhǎng)齡期的混凝土，水泥品種的影響可以忽略。

1.2 礦物細(xì)摻料對(duì)超聲聲速的影響

混凝土的發(fā)展向高強(qiáng)、高性能發(fā)展，配制高強(qiáng)或高性能混凝土的主要方法之一就是摻加礦物細(xì)摻料，摻加硅灰配制高強(qiáng)混凝土已經(jīng)是很成熟的方法。通過對(duì)摻加硅灰混凝土的超聲波特性研究表明，硅灰提高了超聲聲速值，主要原因在于硅灰顆粒細(xì)小，僅是水泥顆粒直徑的1/100，具有高度的分散性，可以充分地填充在水化水泥顆粒之間，提高漿體硬化后的密實(shí)度；另一方面硅灰中含有的高細(xì)度的無定型SiO2具有較高的火山灰活性，在水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣Ca(OH)2的堿性激發(fā)下能迅速與Ca(OH)2反應(yīng)，生成水化硅酸鈣凝膠（C-S-H），填充了混凝土中的孔隙，使混凝土密實(shí)度提高，因而超聲聲速值提高。

1.3 粗骨料的品種、粒徑和含量的影響

余紅發(fā)的研究結(jié)果表明，石子品種和粒徑的影響并不顯著，在制定測(cè)強(qiáng)曲線的時(shí)候可以不考慮石子種類和粒徑的影響。這和其它的許多資料的研究結(jié)果有所不同。一般說來，因?yàn)槁咽退槭氖|(zhì)相同，因此對(duì)聲速影響不多。但是，由于碎石表面粗糙，有利于水泥石和骨料的粘結(jié)，強(qiáng)度要比卵石高。

因此，建議不同品種的石子采用不同的測(cè)強(qiáng)曲線，會(huì)減少測(cè)試誤差。粒徑增大，單位體積混凝土中骨料所占有的聲程隨之增加，即聲速隨粒徑的增大而增加。而增大粒徑，大骨料對(duì)水泥石收縮的局部作用增大，往往增大缺陷，降低強(qiáng)度?？梢姡皆龃?，對(duì)聲速和強(qiáng)度的影響是相反的。粗骨料的含量在混凝土中占了50%左右，而且其聲速值比其它組分的聲速高，因此，粗骨料含量的多少對(duì)聲速值的影響十分顯著。相同強(qiáng)度的混凝土，粗骨料含量越高，超聲聲速值越大。

1.4 砂率

砂率對(duì)R-C曲線也有一定的影響，如果不考慮砂率的影響，用單一指標(biāo)推算混凝土抗壓強(qiáng)度，有可能產(chǎn)生5%-15%的誤差。主要原因在于合理的砂率，使混凝土密實(shí)度增加，粘聚性較好；另一方面，砂率的變化導(dǎo)致了粗骨料含量的變化，雖然砂率的變化對(duì)強(qiáng)度影響不是很大，但是對(duì)聲速的影響是不容忽視的。

1.5 配合比

配合比不同，超聲聲速存在顯著的差異。各種材料相同的混凝土，由于配合比的不同，各種原材料的用量在同樣體積的混凝土中并不相同。如粗骨料偏多的混凝土，超聲波傳播的速度就要比粗骨料含量少的混凝土傳播的快；W/C大的混凝土，由于水分蒸發(fā)較多，孔隙多，使聲速偏低，相反，W/C小的混凝土，內(nèi)部密實(shí)，水分蒸發(fā)后留下的孔隙少，超聲波傳播速度快。不同強(qiáng)度等級(jí)配合比的混凝土不能采用擬合曲線。這就給工程檢測(cè)帶來很大的困難。因?yàn)槭┕がF(xiàn)場(chǎng)的配合比和實(shí)際的配合比還存在一定的差別，現(xiàn)在還沒有一種技術(shù)能夠快捷、準(zhǔn)確的測(cè)出硬化混凝土的配合比，這就給混凝土測(cè)強(qiáng)帶來較大的誤差。

2 外部條件的影響

2.1 齡期

在早齡期的混凝土中，聲速值的增加大于混凝土強(qiáng)度的增加，隨著齡期增加，聲速的增長(zhǎng)要小于強(qiáng)度的增加。施荷芳等人研究了C25左右的早齡期混凝土齡期和強(qiáng)度的關(guān)系，得出了具體的回歸方程式，由此公式可以計(jì)算混凝土早期的強(qiáng)度。但對(duì)于C25以上的混凝土，還沒有具體的回歸方程，還有待于進(jìn)一步的研究。

2.2 養(yǎng)護(hù)方法

在養(yǎng)護(hù)方法中，一般認(rèn)為在水中養(yǎng)護(hù)的混凝土比在空氣中養(yǎng)護(hù)的混凝土聲速值偏高。原因在于水中養(yǎng)護(hù)的混凝土水化較充分，水化產(chǎn)物增加填充了毛細(xì)孔，毛細(xì)孔孔隙率減少，使聲速值有所提高。但在謬群對(duì)硅灰高強(qiáng)混凝土的研究中，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和自然養(yǎng)護(hù)在28d齡期內(nèi)對(duì)回歸結(jié)果不顯著。原因在于硅灰的摻加，使其大毛細(xì)孔減少，超細(xì)孔隙率增加，改善了水泥石的孔結(jié)構(gòu)，內(nèi)部較為密實(shí)，使得標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變和自然養(yǎng)護(hù)條件下的改變相差不大。

2.3 溫度和含水率

溫度對(duì)聲速有一定的影響，當(dāng)溫度在20-40℃之間時(shí)對(duì)聲速影響不大，當(dāng)溫度超過50℃時(shí)，聲速隨溫度的升高而降低。濕度不同，聲速值也不相同R.Jones的研究結(jié)果為：濕度變化2%-3%，聲速變化1%-4%。我國南京水利科學(xué)研究院的研究結(jié)果為：混凝土中含水量增加1%，則聲速增加1%。Etsuzo Ohdaira的研究中，含水量和超聲聲速值大致是成比例。因此，可以增加含水量的因素，用于估計(jì)混凝土強(qiáng)度的大小。商濤平的研究中，對(duì)含水率對(duì)超聲聲速的影響進(jìn)行了量化，提出了建立超聲波--含水率綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的建議。

3 其它條件的影響

3.1 結(jié)構(gòu)中鋼筋的影響與修正

超聲波在鋼筋中的傳播速度比在混凝土中的高1.2-1.9倍。因此，在檢測(cè)含有鋼筋的混凝土?xí)r，所得的超聲聲速值往往偏大，應(yīng)根據(jù)情況進(jìn)行修正。

3.2 混凝土中缺陷與損傷對(duì)測(cè)強(qiáng)的影響

如果混凝土中含有裂縫，就不能用超聲波檢測(cè)混凝土的強(qiáng)度?；⒄窈杲ㄗh，在超聲波檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的時(shí)候，應(yīng)結(jié)合首波形狀提高準(zhǔn)確度。如果首波形狀發(fā)生改變，說明混凝土內(nèi)部存在缺陷，此時(shí)就不應(yīng)當(dāng)繼續(xù)用超聲聲速換算混凝土強(qiáng)度。

4 結(jié)束語

總之，作為現(xiàn)代建筑材料中主要的結(jié)構(gòu)材料之一，混凝土使用量大，應(yīng)用范圍廣，生產(chǎn)技術(shù)為完全的工業(yè)化，因而質(zhì)量管理和控制就顯得十分的重要?；炷猎M成材料的偏差，配合比、拌和搗制以及養(yǎng)護(hù)的生產(chǎn)工藝不當(dāng)，也可能導(dǎo)致混凝土的質(zhì)量、強(qiáng)度和耐久性的下降，直接危及整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。因此，加強(qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)試驗(yàn)研究，加強(qiáng)對(duì)混凝土質(zhì)量控制已經(jīng)成為建筑工程技術(shù)人員所面臨的重要課題之一。

［1］余紅發(fā).混凝土非破損測(cè)強(qiáng)技術(shù)研究[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，1999.

［2］陳啟昕.長(zhǎng)齡期混凝土強(qiáng)度非破損檢測(cè)研究[D].南京：河海大學(xué)，2005.

［3］程朝霞，徐銀芳，王毅翔.超聲波法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的發(fā)展[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，20(4)：95-98.

［4］周明華.對(duì)混凝土非破損檢測(cè)方法的應(yīng)用述評(píng)[J].施工技術(shù)，2002，31(4)：24-25.