泵送混凝土強(qiáng)度與超聲波聲速相關(guān)性研究★

邱宙廷 陳 新* 丁慶磊 李光范 李學(xué)勛 施 杰 劉顯陽

(1.海南大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，海南 ?？?570228； 2.海南魯鄆基礎(chǔ)工程有限公司，海南 海口 570228)

0 引言

混凝土超聲檢測技術(shù)在國內(nèi)得到一定的實(shí)踐運(yùn)用[1]，本文以海口地區(qū)泵送混凝土為研究對象，試驗(yàn)選取地區(qū)常用原材料設(shè)計(jì)混凝土配合比，制作C15～C50強(qiáng)度等級的150 mm×150 mm×150 mm標(biāo)準(zhǔn)試件，測試7 d,28 d齡期下混凝土試件的超聲波聲速和抗壓強(qiáng)度值，分析各測試數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，總結(jié)超聲波聲速與泵送混凝土強(qiáng)度的關(guān)系，以建立地區(qū)測強(qiáng)曲線。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及過程

試驗(yàn)選取海口地區(qū)常用原材料，設(shè)計(jì)混凝土配合比，制作不同等級混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊，模擬現(xiàn)場施工工藝進(jìn)行成型及養(yǎng)護(hù)，以便后期進(jìn)行超聲檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的系統(tǒng)試驗(yàn)和分析研究。

1.1 試驗(yàn)原材料

1)水泥：海南天涯牌普通硅酸鹽水泥P.O42.5，水泥成分中摻火山灰。水泥各項(xiàng)指標(biāo)均符合GB 175—2007通用硅酸鹽水泥[4]要求。

2)細(xì)骨料：選用海南南渡江河沙，中砂。

3)粗骨料：海南永興5 mm～31.5 mm連續(xù)粒徑碎石。

4)粉煤灰：?？隈R村電廠Ⅱ級粉煤灰，各性能指標(biāo)滿足GB/T 1596—2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰[5]中泵送混凝土使用要求。

5)減水劑：聚羧酸高效減水劑，江蘇西卡特密斯建筑材料有限公司配制，摻量1%，各項(xiàng)指標(biāo)滿足GB 50119—2013混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[6]要求。

6)水：拌和及養(yǎng)護(hù)用水采用?？谧詠硭?，滿足JGJ 63—2006混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)[7]要求。

1.2 試驗(yàn)泵送混凝土配合比

配合比主要參照?？诘貐^(qū)常用泵送混凝土配合比，以及JGJ 55—2011普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程[8]計(jì)算，坍落度控制為160 mm±20 mm，并經(jīng)過大量試配試驗(yàn)最終確定配合比。

1.3 混凝土試件制作與養(yǎng)護(hù)

試件制作過程遵循GB/T 50081—2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[9]進(jìn)行制作與養(yǎng)護(hù)。

1.4 試塊試驗(yàn)

1.4.1試驗(yàn)準(zhǔn)備

1)試塊整理：將待測試件表面進(jìn)行清理，避免有塵土、毛屑等污物附著，同一個(gè)強(qiáng)度等級同齡期的6塊試件為一個(gè)測試組；2)超聲測點(diǎn)標(biāo)記：選取一對相對的非澆筑面作為聲時(shí)測試面，沿對角線方向均勻標(biāo)記3個(gè)圓形測點(diǎn)，另一個(gè)測面上的測點(diǎn)布置與之相對應(yīng)，保證超聲換能器放在圓形測點(diǎn)上中軸線能夠共線。

1.4.2超聲試驗(yàn)

超聲試驗(yàn)使用RSM-SY7(T)超聲波自動循測儀，試驗(yàn)方法采用“直穿法”，即對測法。

1.4.3壓力試驗(yàn)

超聲聲時(shí)值測量完成后，將混凝土試塊放置于壓力機(jī)承壓板正中間，啟動壓力機(jī)，讓壓力機(jī)承壓板緩慢接近試件，在上壓板接觸試件時(shí)調(diào)整使接觸均勻，連續(xù)均勻加荷至試塊破壞。記錄混凝土試件達(dá)到破壞時(shí)的荷載，并計(jì)算抗壓強(qiáng)度，精確至0.1 MPa。

2 試驗(yàn)結(jié)果

表1 混凝土強(qiáng)度與超聲波聲速發(fā)展情況

表1為混凝土強(qiáng)度與超聲波聲速隨齡期變化的發(fā)展情況。超聲波聲速值隨混凝土強(qiáng)度增大而增大，混凝土強(qiáng)度增幅與聲速值增幅成完非線性比例關(guān)系。C15混凝土超聲波聲速值出現(xiàn)負(fù)增長，分析其原因?yàn)椋夯炷猎琮g期活化反應(yīng)低，但內(nèi)部含水率較高，隨著后期強(qiáng)度的增長，混凝土含水率降低，低強(qiáng)度混凝土密實(shí)性較差，其內(nèi)部形成很多微小的孔隙，而超聲波在水中的傳播速度快于在空氣中，導(dǎo)致超聲波聲速值不增反而降低。同齡期下，低強(qiáng)度混凝土中的超聲波聲速值隨著強(qiáng)度等級提高增長較快，而對于較高強(qiáng)度等級的混凝土，隨著強(qiáng)度等級提高，聲速值增長幅度逐漸降低?？烧J(rèn)為，低強(qiáng)度混凝土中，超聲波聲速值對強(qiáng)度值的變化反應(yīng)更為靈敏。

3 泵送混凝土超聲測強(qiáng)曲線分析

通過初步試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，超聲波聲速值與混凝土強(qiáng)度具有很強(qiáng)的相關(guān)性，且同齡期情況下，聲速與強(qiáng)度相關(guān)性更好，離散性較小，建立7 d,28 d齡期混凝土超聲測強(qiáng)曲線。

3.1 超聲測強(qiáng)曲線建立

3.1.1混凝土7 d齡期測強(qiáng)曲線

f=2.93×10-5v2-0.227v+450 (1)

3.1.2齡期為28 d的混凝土強(qiáng)度—聲速曲線擬合

表3 混凝土28 d齡期f—v擬合曲線

擬合曲線R2adjRSSδ/%ei/%f=4.75×10-21v5.690.9231 440.010.613.3f=5.225×10-5v2-0.446v+9770.960744.76.58.6f=2.91×10-14(v-1 284.8)4.270.9161 539.610.713.3f=5.44×10-53v14.52+22.420.975454.64.86.0

f=5.44×10-53v14.52+22.42

(2)

3.2 超聲測強(qiáng)曲線適用性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證?？诘貐^(qū)泵送混凝土超聲測強(qiáng)曲線的適用性，從海大檢測中心配合比室選5個(gè)在建工程所檢泵送混凝土對測強(qiáng)曲線進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證齡期包括7 d,28 d。

按照各工程混凝土配合比在實(shí)驗(yàn)室制作6組混凝土試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d后放置于室內(nèi)通風(fēng)處養(yǎng)護(hù)至28 d，然后對所選試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和超聲波聲時(shí)值測量，根據(jù)本文所得測強(qiáng)曲線計(jì)算換算強(qiáng)度，并進(jìn)行誤差分析，分析結(jié)果見表4,表5。

從表4可看出，7 d齡期混凝土超聲測強(qiáng)曲線驗(yàn)證數(shù)據(jù)平均相對誤差δ=8.6、相對標(biāo)準(zhǔn)差ei=10.1，其中C25混凝土平均相對誤差最大，C35混凝土平均相對誤差最小。

表4 混凝土7 d齡期超聲測強(qiáng)誤差分析結(jié)果

表5 混凝土28 d齡期超聲測強(qiáng)誤差分析結(jié)果

從表5可看出，28 d齡期超聲測強(qiáng)曲線驗(yàn)證數(shù)據(jù)平均相對誤差δ=8.6、相對標(biāo)準(zhǔn)差ei=10.1，其中C25混凝土平均相對誤差最大，C35混凝土平均相對誤差最小。

對比表4，表5發(fā)現(xiàn)，對于兩個(gè)齡期測強(qiáng)曲線驗(yàn)證數(shù)據(jù)，C30,C35混凝土相對平均誤差均較小，C25混凝土誤差則較大。7 d齡期混凝土測強(qiáng)曲線平均相對誤差相對28 d齡期曲線較小，這與建立測強(qiáng)曲線時(shí)的誤差分析相一致，表明7 d齡期測強(qiáng)曲線檢測混凝土強(qiáng)度精度較高。誤差分析結(jié)果表明，驗(yàn)證數(shù)據(jù)誤差相對建立超聲測強(qiáng)曲線時(shí)誤差較大，究其原因：與建立測強(qiáng)曲線試驗(yàn)不同，本次驗(yàn)證試驗(yàn)選取的5個(gè)在建工程混凝土配合比各不相同、加摻合料與否及摻合料類型不同、外加劑類型及摻量也有明顯差異。

參考CECS 02：2005超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[11]，規(guī)程規(guī)定專用測強(qiáng)曲線相對誤差er≤12%；地區(qū)測強(qiáng)曲線相對誤差er≤14%。因此引入相對誤差指標(biāo)，相對誤差計(jì)算公式如式(3):

(3)

7 d,28 d齡期測強(qiáng)曲線驗(yàn)證數(shù)據(jù)相對誤差計(jì)算結(jié)果見表6。

從表6可知，本次驗(yàn)證數(shù)據(jù)7 d,28 d齡期相對誤差結(jié)果均小于14%，表明本次研究總結(jié)得出的?？诘貐^(qū)混凝土超聲測強(qiáng)曲線滿足相關(guān)要求，適用于?？诘貐^(qū)檢測混凝土抗壓強(qiáng)度。

表6 超聲測強(qiáng)曲線驗(yàn)證數(shù)據(jù)相對誤差計(jì)算結(jié)果

4結(jié)語

1)試驗(yàn)結(jié)果表明，超聲波聲速值隨混凝土強(qiáng)度增大而增大、隨齡期增長而增大。同齡期下，中低強(qiáng)度混凝土中的超聲波聲速值隨著強(qiáng)度等級的提高，聲速值增長較快，而對于較高強(qiáng)度等級的混凝土，隨著強(qiáng)度等級提高，聲速值增長幅度逐漸降低，低強(qiáng)度混凝土中，超聲波聲速值對強(qiáng)度值的變化反應(yīng)更為靈敏。

2)7 d～28 d齡期強(qiáng)度增幅最大的混凝土，超聲波聲速值增幅并非最大，不同等級混凝土的強(qiáng)度增幅與聲速值增幅并非是完全一致的線性比例關(guān)系，混凝土中超聲波聲速與混凝土強(qiáng)度并非線性關(guān)系。

3)同齡期下超聲波聲速—抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)相對不同齡期的數(shù)據(jù)離散性較小，混凝土f—v回歸擬合效果較好，因此分別對7 d,28 d齡期進(jìn)行f—v回歸擬合分析，結(jié)果表明，同齡期混凝土超聲波聲速與抗壓強(qiáng)度具有良好的相關(guān)性，并分別建立?？诘貐^(qū)泵送混凝土7 d,28 d齡期超聲測強(qiáng)曲線并有一定的適用條件。

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