考慮齡期影響的福州地區(qū)超聲回彈綜合測強曲線

盛海洋

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院 道路工程系， 福建 福州 350007)

考慮齡期影響的福州地區(qū)超聲回彈綜合測強曲線

盛海洋

(福建船政交通職業(yè)學(xué)院 道路工程系， 福建 福州 350007)

依據(jù)福州地區(qū)常用配合比，采用當(dāng)?shù)爻Ｓ迷牧?，制作強度等級從C20～C45的200余個混凝土試塊.利用超聲回彈法進(jìn)行測量，在不同齡期下，對不同強度的混凝土試塊在與實測強度進(jìn)行比較后,提出考慮齡期影響的修正后的地區(qū)超聲測強曲線.結(jié)果表明:提出的福州地區(qū)綜合測強曲線的預(yù)測精度有明顯提高，綜合誤差小于15%，可以滿足規(guī)范對地區(qū)測強曲線的要求.

超聲回彈綜合法； 混凝土齡期； 測強曲線； 混凝土強度； 信賴域優(yōu)化算法; 福州地區(qū)

混凝土作為目前建筑工程中最常用的材料之一，如何準(zhǔn)確地測量其強度已經(jīng)成為眾多學(xué)者所熱衷研究的課題.由于無損檢測不破壞混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)用簡便且精度高.在工程實踐中，越來越受到建筑從業(yè)者的青睞.回彈法、超聲法和超聲回彈綜合法是無損檢測的3大代表，其中，超聲回彈綜合法采用兩種檢測方法綜合評定混凝土強度，能夠減少單一指標(biāo)對其測強精度的影響，在全世界范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用[1-3].超聲回彈綜合法測強的影響因素很多，包括水泥品種、骨料級配、齡期、外加劑和測距等[4-5]，對回彈法而言，齡期與混凝土結(jié)構(gòu)的碳化深度是緊密聯(lián)系在一起的，隨著齡期的增加，碳化層厚度也隨之增加，回彈值也隨之增大，但混凝土的實際強度并沒有顯著增大.超聲早齡期的超聲波聲速值增長明顯高于混凝土強度的增長[6-7]，因此，有必要驗證測強曲線在對不同齡期的混凝土強度預(yù)測的有效性[8].本文采用福州地區(qū)常用的材料和配合比，配制強度等級分別為C25,C30,C35,C40,C45混凝土試塊，分別選取7，14，28，60 d的不同齡期進(jìn)行超聲回彈法測試.

1 試驗過程

按《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)要求[9-10]，依據(jù)福州市各等級混凝土的常用配合比，在測試中分別澆筑出混凝土強度等級為 C25～C45的標(biāo)準(zhǔn)試塊.為避免測量誤差，測試中同一強度和齡期的測試試塊組的試塊個數(shù)均大于3個.試塊的制作及養(yǎng)護,如圖1所示.

(a) 標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊制作 (b) 標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊養(yǎng)護圖1 標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊制作及養(yǎng)護Fig.1 Standard concrete block production and cure

超聲及回彈測試采用的儀器為HC-U81系列超聲波混凝土檢測儀及HT-225T一體式數(shù)顯回彈儀.在試塊達(dá)到相應(yīng)齡期后，取出待測的試塊，對試塊表面進(jìn)行清潔，在澆筑面?zhèn)让娴膶蔷€方向上選取3個超聲測點進(jìn)行標(biāo)記，超聲測量.為保證測試時換能器與被測試表面的貼合，選擇凡士林做超聲耦合劑均勻涂抹在兩相對聲時測點處.逐次測量3個測點讀取聲時讀數(shù)，測量的數(shù)據(jù)精確至 0.1 μs.回彈測試在超聲測試之后進(jìn)行，為保證試塊在回彈測試期間不發(fā)生滑移，首先在萬能試驗機上，對其進(jìn)行預(yù)加載以固定試塊；其次，在試塊側(cè)面進(jìn)行回彈并精確度數(shù)至0.1；最后，在檢驗超聲回彈測試數(shù)據(jù)后利用試驗機測得試塊的實際抗壓強度.

2 試驗結(jié)果

2.1 測試結(jié)果

試驗共制作并測試了245個不同齡期的混凝土試塊.在前期的研究中，首先，依據(jù)測試結(jié)果對《規(guī)程》中規(guī)定的全國統(tǒng)一混凝土抗壓強度換算公式進(jìn)行驗證，全國超聲回彈綜合法碎石骨料曲線公式為

式(1)預(yù)測的混凝土強度與實測強度相比，存在較大誤差.因此，進(jìn)一步利用Matlab依據(jù)實測數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，提出更適用于福建地區(qū)混凝土特性的測強曲線，即

不同測強曲線與實測值之間的對比，如圖2所示.圖2中：pr為實測強度.由圖2可知：提出的地區(qū)測強曲線顯然對試塊強度有著更好的預(yù)測.

圖2 測強曲線強度預(yù)測結(jié)果與實測結(jié)果比較Fig.2 Comparison between prediction strength and tested strength

2.2 超聲回彈綜合法測量值的齡期顯著性分析

考慮不同齡期(a)的混凝土試塊的部分計算結(jié)果，將此次試驗數(shù)據(jù)代入地區(qū)測強曲線,可得到對應(yīng)齡期的抗壓強度預(yù)測值(ppre)，部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示.

表1 部分試塊的對應(yīng)齡期的預(yù)測強度及實測強度Tab.1 Prediction strength and tested strength of some samples

圖3 混凝土強度隨齡期的增長Fig.3 Strength of concrete along with age growth

不同等級的混凝土強度隨齡期變化規(guī)律，如圖3所示.

(a) 回彈值 (b) 超聲值圖4 不同強度等級混凝土回彈值及超聲值隨齡期的變化圖Fig.4 Rebound value and ultrasonic value of concrete for different strength grade and age

不同強度等級混凝土回彈值及超聲值隨齡期的變化比較，如圖4所示.由圖4可知：總體上回彈值隨齡期大致呈增長趨勢，且開始回彈值隨齡期增加較快，隨著齡期的變長隨后變化緩慢；另外，回彈值隨著混凝土的強度等級的增加，大致也呈增長趨勢；同樣，超聲值早齡期大致呈增長趨勢，隨著齡期的變長超聲值隨后變化平緩，基本不變.

2.3 考慮齡期的修正超聲回彈測強曲線

由表1可知：雖然相比《規(guī)程》中的測強曲線，建立的地區(qū)超聲回彈測強曲線在預(yù)測精度上有了很大的改進(jìn)，但是當(dāng)考慮齡期影響時，還是存在誤差，特別對于早期強度的預(yù)測精度上誤差更為明顯.因此，在原有超聲回彈測強曲線的基礎(chǔ)上引入齡期這一變量，利用信賴域最優(yōu)算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合迭代后，有

當(dāng)a<28時，α=0.017 8，ξ=1.908 5；當(dāng)a≥28時，α=0.019 4,ξ=1.835 1.

分別用齡期為7，14，28，60d的混凝土試塊測定回彈值與超聲值，將測定的回彈值與超聲值代入修正后的測強曲線，并進(jìn)行驗證，得到混凝土強度預(yù)測值.混凝土強度預(yù)測值與壓力機測定的混凝土強度實測值的比較圖，如圖5所示.由圖5可知：修正后曲線與實測值吻合.根據(jù)《規(guī)程》給定的全國超聲回彈測強曲線，得出的預(yù)測值與實測值相比，偏差比較大，其相對誤差值分別為26.46%，27.15%，25.35%，31.44%；按齡期為7，14，28，60d的混凝土試塊測定回彈值與超聲值建立相應(yīng)齡期的測強曲線的相對誤差分別為7.30%，9.40%，6.69%，6.39%，小于《規(guī)程》給定的14%，說明依據(jù)齡期修正建立的測強曲線的正確性及適用性.

(a) 7 d (b) 14 d

(c) 28 d (d) 60 d圖5 不同齡期混凝土的測強曲線預(yù)測值與實測值比較Fig.5 Comparison between prediction strength and tested strength of concrete for different ages

進(jìn)一步比較各個齡期的超聲回彈綜合法測強曲線預(yù)測誤差，不同齡期的測強曲線的預(yù)測結(jié)果與實測結(jié)果的比較，如圖6所示.圖6中：δ為誤差.

(a) 7 d (b) 14 d

(c) 28 d (d) 60 d圖6 不同齡期混凝土的測強曲線預(yù)測與實測結(jié)果的比較Fig.6 Different age strength curve of prediction result was compared with measured results

由圖6可知：修正后的測強曲線在多數(shù)情況下可以準(zhǔn)確對混凝土強度進(jìn)行預(yù)測，相對而言，對齡期長的混凝土強度的預(yù)測更準(zhǔn)確，誤差值大都小于10%；而對于齡期小于14d的大部分試塊的預(yù)測結(jié)果較好，但是還是有兩根構(gòu)件的預(yù)測結(jié)果有較大誤差，分析回彈和超聲測量結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，這兩組數(shù)據(jù)的回彈值均偏小.因此,該預(yù)測誤差可能是由于在進(jìn)行回彈測量時，壓力機的預(yù)壓力不足產(chǎn)生的滑移導(dǎo)致的.

3 結(jié)束語

對于不同強度的混凝土試塊，齡期對超聲及回彈值有類似的影響趨勢.《規(guī)程》中給出的曲線在多數(shù)情況下,都不能很好地對試塊強度進(jìn)行預(yù)測，并且將得到較大的相對誤差.將齡期的影響考慮后提出的修正后的地區(qū)超聲回彈曲線,對試塊的混凝土強度可以進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測，相對誤差小于14%，符合《規(guī)程》的要求.

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(責(zé)任編輯： 陳志賢 英文審校： 方德平)

Prediction Curves of Concrete Strength Considering Influence of Different Concrete Ages Using Ultrasonic-Rebound Combined Method

SHENG Haiyang

(Department of Road Engineering, Fujian Chuanzheng Communications College， Fuzhou 350007， China)

More than 200 standard concrete samples with strength from C20 to C45 are casted using local material in Fuzhou with common mix proportion. Ultrasonic-rebound combined method is utilized to test different age concrete samples. An improved prediction curves considering the influence of ages is proposed by comparing the prediction results with the experimental results. Compared to the prediction curve suggested in the current code, the proposed curve greatly improves the prediction precision. The result shows that the comprehensive error is less than 15%, which can meet the requirement of the current code. Keywords：ultrasonic-rebound combined methord; concrete age; strength prediction curves; concrete strength; trust-region method； Fuzhou Area

10.11830/ISSN.1000-5013.201703008

2016-06-09

盛海洋(1963-)，男，教授，博士，主要從事交通土建工程質(zhì)量檢測的研究.E-mail:2437509522@qq.com.

國家自然科學(xué)基金面上資助項目(51578159)； 福建省交通運輸廳交通運輸科技發(fā)展重點項目(201209); 福建船政交通職業(yè)學(xué)院科技服務(wù)團隊科研基金資助項目(2016年度)

TU 502.4(257)

A

1000-5013(2017)03-0325-05