探討無損檢測技術(shù)在鋼纖維混凝土工程中的應(yīng)用

毛偉

(云南公路工程試驗檢測中心，云南昆明650211)

探討無損檢測技術(shù)在鋼纖維混凝土工程中的應(yīng)用

毛偉

(云南公路工程試驗檢測中心，云南昆明650211)

無損檢測技術(shù)指的是使用光、超聲波等來檢測混凝土的性能。使用這種方法檢測鋼纖維混凝土可以在不破壞混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對混凝土結(jié)構(gòu)的密實度、強度和均勻性進行檢測。并且整個檢測過程操作方便、檢測成本低?；诖耍F(xiàn)對無損檢測技術(shù)在鋼纖混凝土工程中的應(yīng)用進行探討。

無損檢測技術(shù);鋼纖維;混凝土工程;應(yīng)用

0 前言

鋼纖維混凝土指的是將鋼纖維加入到混凝土中后得到了一種新型復(fù)合材料，可以有效地提高混凝土的抗彎、抗拉和抗剪切強度。雖然鋼纖維混凝土的結(jié)構(gòu)性能顯著提升，但是仍然有不少質(zhì)量事故出現(xiàn)。所以，加大混凝土質(zhì)量檢測力度非常重要。本文主要利用超聲波技術(shù)對鋼纖維混凝土進行檢測。

1 試驗材料的選擇

(1)細(xì)骨料。細(xì)骨料使用具有良好級配的中砂。中砂的堆積密度為1 335kg/m3，表觀密度為2.65 g/cm3。

(2)粗骨料。實驗使用粗骨料為級配良好的碎石，顆粒直徑為6～20 mm。粗骨料的堆積密度為1 423 kg/m3，表觀密度為2.73 g/cm3。針片狀的含量為4.3%，骨料的壓實指標(biāo)為11.9%。

(3)試驗使用強度等級為42.6 MPa的普通硅酸鹽水泥，其物理性質(zhì)如表1所列。

表1 水泥的物理性能表

(4)減水劑。該項試驗使用減水劑為NFJ-1型萘系高減水劑，呈黃褐色粉末狀。其可以在C20～C60等級的混凝土中進行預(yù)拌、現(xiàn)澆和蒸養(yǎng)、可以很好地適應(yīng)硅酸鹽水泥。一般情況下，減水劑的殘留控制在0.26%～1.2%之間。減水率為15%～29%。3～7 d后強度提升至45%～80%，一個月后強度可以提高26%～50%。

(5)鋼纖維。該工程鋼纖維使用繆的為7 800 kg/m3的剪切型鋼纖維。長徑比L/d=33。

(6)礦渣。該工程施工用的礦渣為粒化高爐礦渣，磨細(xì)比面積為4 320 cm2/g。磨細(xì)礦渣中主要含有CaO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、MgO、SO3。

2 試驗方案

該項試驗使用上述材料配置了C40混凝土，混凝土的水灰比為0.41，通過加入不同的鋼纖維摻量配置出齡期為60 d、28 d、14 d、7 d的鋼纖維混凝土。在實驗時，將混凝土拌合料的坍落度控制在120～300 mm之間。

實驗使用直徑為6～20 mm的粗骨料，按照規(guī)定要求，使用100 mm的立方體試件作為混凝土試塊。使用機械攪拌混凝土。然后使用機械將混凝土振搗成型，混凝土成型后按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進行養(yǎng)護。在檢測混凝土?xí)r，使用ZBL-U510型非金屬超聲檢測儀對超聲波在混凝土傳播中的聲速值進行檢測。使用超聲波檢測過的試件，將其混凝土表面洗凈，然后將水分擦凈，進行抗壓試驗。

3 分析試壓結(jié)果

3.1 混凝土中鋼纖維摻量對聲波的影響

混凝土的密度抗壓通過超聲波的傳播速度表現(xiàn)出來，而混凝土的強度是由混凝土的密度確定的?；炷撩芏仍叫。瑥姸仍降?，聲波傳播得越慢?；炷撩芏仍酱?，強度越高，聲速也隨之加快，傳播時間也隨之減少［1］。因此，鋼纖維混凝土的強度可以通過分析超聲波的速度進行確定。混凝土中的鋼纖維摻量從0.2%增加至1.4%時，混凝土基體和鋼纖維可以很好地粘合到一起，降低混凝土的孔隙率，提升混凝土密度，提高聲波的傳遞速率。但是，如果繼續(xù)增加鋼纖維摻量，使其從1.4%增加至2.0%會降低混凝土的和易性，降低硬化后的混凝土密度。超聲波在混凝土中的傳播速度也會隨之降低。如圖1所示。

圖1 聲速和鋼纖維之間的關(guān)系曲線圖

從圖1可以看出，聲波在混凝土的傳播速度關(guān)系和混凝土抗壓強度和鋼纖維摻量的關(guān)系保持正比關(guān)系。也就是說，隨著混凝土密度增加，混凝土的強度會隨之增加，超聲波的傳播速度越快，并且將混凝土中鋼纖維的加入量控制在1.0%～1.4%時，可以使混凝土保持良好的密度，增加混凝土的強度。

3.2 混凝土中粉煤灰含量對聲波傳播速度造成的影響

由于C40鋼纖維混凝土鋼纖維的最佳摻入量為1%～1.4%。因此，在混凝土中加入15%的粉煤灰，分別對鋼纖維摻量為1.0%、1.3%、1.4%的混凝土進行試驗。試驗證明，混凝土中鋼纖維摻量為1.0%時，摻入粉煤灰的鋼纖維混凝土超聲波的傳播速度為7.19 km/s，而不摻加粉煤灰的鋼纖維混凝土超聲波傳播的速度只有7.08 km/s。加入粉煤灰后，混凝土凝固28 d后抗壓強度增加了0.7 MPa。當(dāng)混凝土中鋼纖維的摻量為1.2%時，摻入粉煤灰的鋼纖維混凝土凝固28 d后超聲波的傳播速度為7.19 km/s，不摻加粉煤灰的鋼纖維混凝土凝固28 d后超聲波的速度為7.14 km/s。摻入粉煤灰后，混凝土強度增量了2.8 MPa。當(dāng)混凝土中摻入1.4%的鋼纖維時，摻加粉煤灰后，混凝土的超聲波傳播速度為7.41 km/s，不摻粉煤灰的鋼纖維混凝土的超聲波傳播速度為7.19 km/s，加入粉煤灰后，鋼纖維混凝土的強度增加了0.7 MPa。出現(xiàn)這種情況，主要是因為粉煤灰比較分散，并且顆粒直徑比較?。?］，可以更好地對水化水泥顆粒之間的縫隙進行填充。并且粉煤灰中還含有Al2O3和SiO2，可以和水泥水化產(chǎn)物中的的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣，當(dāng)漿體硬化后密實度可以顯著提升，可以將混凝土的孔隙填充密實，提高鋼纖維混凝土的密度，進而使超聲波在混凝土中的傳播速度提升，增加混凝土的抗壓強度。

3.3 混凝土砂率對聲波傳播速度的影響

在對混凝土進行拌合時，要求砂漿可以將粗骨料的表面完全包裹，并可以將粗骨料之間的孔隙填滿。如果含砂率過高，在使用同樣水泥量的基礎(chǔ)上，會使骨料表面水泥砂漿量變少，導(dǎo)致骨料之間的膠凝力降低，并且會對混凝土中超聲波的傳播速度造成影響。如果含砂率低，砂漿無法將骨料空隙和粗骨料的表面完全填充和包裹，降低混凝土的和易性［3］?；炷聊毯髸ζ涿軐嵭栽斐捎绊憽Ｂ暡ㄔ诨炷林械膫鞑ニ俣纫矔S之降低(見圖2)。所以，不同的鋼纖維摻量中一定存在可以提升混凝土密實度、和易性的最佳含砂率。從上文可知，鋼纖維摻量控制在1.0%～1.4%時，混凝土強度最佳。從圖2還可以分析出，當(dāng)將含砂率從增加到50%時，抗壓強度會從原來的55.5 MPa下降至53.3 MPa。為了減少成本，節(jié)省水泥量，含砂率不宜過高。該項試驗的鋼纖維混凝土為C40，將砂率控制在43%～44%即可。

圖2 聲速和砂率之間的關(guān)系

通過以上分析不難看出，鋼纖維混凝土的抗壓強度和超聲波在鋼纖維混凝土中的傳播速度有比較大的聯(lián)系。混凝土密度越大，超聲波的傳播速度越快。鋼纖維混凝土的抗壓強度也就越好。所以，使用超聲波檢測技術(shù)可以有效地檢測鋼纖維混凝土的強度。

4 試驗結(jié)果

通過試驗研究超聲波技術(shù)在鋼纖維混凝土工程中的應(yīng)用情況，得出了下面幾個結(jié)論:

(1)使用高效減水劑、10%的粉煤灰、15%的礦渣加入到鋼纖維混凝土中后，聲波的傳播速率會加快，混凝土的抗壓強度也會隨之增加。

(2)超聲波在在鋼纖維混凝土中傳播時，傳播速度受砂率和鋼纖維摻量的影響比較大，對于C40鋼纖維混凝土，可以將砂率控制在43%～44%，將鋼纖維的摻入量控制在1.0%～1.4%。

(3)混凝土抗壓強度和超聲波傳播速度有比較大的聯(lián)系，使用超聲波檢測技術(shù)可以有效地檢測鋼纖維混凝土的強度。

(4)超聲波速度和混凝土強度之間的規(guī)律是隨著技術(shù)條件的變化而變化的。受粗骨料的含量和品種、水泥品種、齡期、養(yǎng)護條件等工藝條件的影響比較大。所以，該項試驗的齡期為7 d、14 d、28 d、60 d的C40混凝土，粗骨料為碎石，鋼纖維體積率為0.2%～2.0%的鋼纖維有效。如果混凝土條件和以上不符合，需要根據(jù)實際情況進一步修正。

5 結(jié)語

綜上所述，使用無損技術(shù)探測混凝土的質(zhì)量不僅可以對混凝土的強度進行檢測，并且可以對混凝土的孔隙率、密實度、彈性模量和含水量進行檢測。使用超聲波對混凝土的質(zhì)量進行檢測，除了可以將混凝土的強度換算出來以外，還可以對混凝土的內(nèi)部情況進行評價。在鋼纖維混凝土不斷發(fā)展下，對鋼纖維混凝土無損檢測的要求也逐漸提升。而超聲波快捷、簡便的特點必然會在無損檢測工作中得到廣泛應(yīng)用。

［1］ 趙翔.超聲波檢測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的定量化研究［D］.鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué)，2002:25-26.

［2］ 李為杜.混凝土無損檢測技術(shù)［M］.上海:同濟大學(xué)出版社，2009: 15-18.

［3］ 張?zhí)栜?，劉素?結(jié)構(gòu)混凝土強度評述［J］.建筑技術(shù)開發(fā)，2004，31(7):121-123.

TU502+6

A

1009-7716(2015)04-0187-02

2015-01-26

毛偉(1986-)，男，云南昆明人，助理工程師，研究方向:鋼結(jié)構(gòu)檢測。