高性能混凝土超聲測(cè)強(qiáng)及影響因素的研究

邵陽

（機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710043）

0 引言

高性能混凝土對(duì)原材料和施工質(zhì)量要求嚴(yán)格，如使用了活性堿骨料，而水泥和外加劑的含堿量又過高，使骨料產(chǎn)生堿骨料反應(yīng)，破壞混凝土結(jié)構(gòu)；施工質(zhì)量不好，混凝土強(qiáng)度達(dá)不到要求，發(fā)生裂縫等，使鋼筋銹蝕，影響結(jié)構(gòu)安全。我國(guó)商品混凝土中廣泛使用的摻加粉煤灰的混凝土，早期強(qiáng)度往往偏低，對(duì)于在建工程在工期要求范圍內(nèi)強(qiáng)度往往達(dá)不到要求。因此，高性能混凝土的應(yīng)用是必然的，對(duì)高性能混凝土的質(zhì)量檢測(cè)也是非常必要的。超聲波檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的方法在普通混凝土中已有應(yīng)用，并且已有專用的公式，但在高性能混凝土方面的應(yīng)用并不廣泛。超聲波檢測(cè)混凝土簡(jiǎn)便快捷，在混凝土方面的應(yīng)用前景廣泛，因此超聲波測(cè)高性能混凝土的強(qiáng)度有一定重要意義。本文針對(duì)高性能混凝土的質(zhì)量檢測(cè)問題，研究了高性能混凝土的超聲檢測(cè)的可行性和影響因素。

1 原材料

水泥采用華新 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，3d 抗壓強(qiáng)度 27.4MPa，28d 抗壓強(qiáng)度 43.5MPa；粉煤灰采用沈海熱電廠 Ⅱ 級(jí)粉煤灰，細(xì)度 8.9%，燒失量 6.6%，需水比 96%；礦渣采用鞍鋼?；郀t礦渣，比表面積為 4320cm2/g，28d 活性指數(shù) 95%；硅灰采用朗天硅灰，28d 活性指數(shù) 121%；粗骨料采用 5～20mm 級(jí)配良好的碎石；細(xì)骨料采用河砂，細(xì)度模數(shù) 2.8，級(jí)配良好，為 Ⅱ 區(qū)中砂。

2 試驗(yàn)方案

2.1 因子和水平的確定

本試驗(yàn)選定三水平三因子正交設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)。采用外摻粉煤灰、礦渣和硅灰的方法配制高性能混凝土，正交設(shè)計(jì)表見表1。

2.2 混凝土配合比

本試驗(yàn)主要研究 C70 高性能混凝土，根據(jù)正交設(shè)計(jì)的水平和因子，確定配合比，如表2 所示。

3 結(jié)果與討論

3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

不同配合比混凝土超聲聲速試驗(yàn)及強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表3、表4 所示。

表1 正交設(shè)計(jì)表

表2 混凝土配合比 kg/m3

表3 混凝土超聲聲速試驗(yàn)結(jié)果表

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 聲速影響因素的顯著性分析影響聲速的顯著性分析結(jié)果見表5～7。

根據(jù)表5，查 F 分布位數(shù)表?？梢钥闯?，粉煤灰及硅灰影響因素不顯著，而礦渣影響因素比較顯著，粉煤灰、礦渣、硅灰之間的交互作用影響是顯著的。

根據(jù)表6，查 F 分布位數(shù)表?？梢钥闯觯勖夯业挠绊懸蛩夭伙@著外，礦渣、硅灰以及粉煤灰、礦渣、硅灰之間的交互作用影響均顯著。

根據(jù)表7，查 F 分布位數(shù)表。可以看出，粉煤灰、礦渣、硅灰及其之間的交互作用都是顯著的影響因素。

表4 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表

由表5～7 可以看出，粉煤灰在 14 天以前對(duì)超聲波的影響是不顯著的，在 28 天的時(shí)候是顯著的影響因素。礦渣對(duì)超聲波的影響一直是比較顯著的影響因素。說明礦渣的摻加，對(duì)混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有明顯的作用；硅灰對(duì)超聲波有比較顯著的作用，試驗(yàn)前期的作用不顯著可能由于硅灰的摻量較少；粉煤灰、礦渣、硅灰之間的交互作用在 28 天前都是顯著的影響因素。說明不同的礦物細(xì)摻料之間存在明顯的疊加作用。

3.2.2 強(qiáng)度影響因素的顯著性分析

影響強(qiáng)度的顯著性分析見表8～10。

根據(jù)表8 中 1 作為誤差項(xiàng)，查 F 分布分位數(shù)表?？梢钥闯觯杌?，粉煤灰、礦渣、硅灰之間的交互作用是影響強(qiáng)度的顯著因素。

根據(jù)表9，查 F 分布分位數(shù)表?？梢钥闯?，礦渣對(duì)強(qiáng)度有影響，硅灰，粉煤灰、礦渣、硅灰之間的交互作用對(duì)強(qiáng)度的影響十分顯著。

根據(jù)表10，其中 3、4 作為誤差項(xiàng)，查 F 分布位數(shù)表?？梢钥闯觯V渣對(duì)后期強(qiáng)度影響不顯著，硅灰與粉煤灰、礦渣與硅灰之間的交互作用一直都對(duì)強(qiáng)度的影響十分顯著。

由表8～10 可以看出，粉煤灰、礦渣、硅灰之間的交互作用對(duì)混凝土的強(qiáng)度有顯著的作用。這主要是因?yàn)槟ゼ?xì)礦渣的需水量不大，對(duì)混凝土的強(qiáng)度有利，但自收縮比較大；摻粉煤灰的混凝土的自干燥收縮和干燥收縮都比較小，但抗碳化性能較差。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，但價(jià)格高昂。根據(jù)符合材料的超疊加效應(yīng)原理，將不同種類細(xì)摻料以適當(dāng)?shù)谋壤尤牖炷?，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，不僅可以調(diào)節(jié)用水量，節(jié)約成本，提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，而且還可以提高混凝土的抗折強(qiáng)度，減小收縮，提高耐久性。

表5 C70 混凝土 7d 超聲交互作用分析表

表6 C70 混凝土 14d 超聲交互作用分析表

表7 C70 混凝土 28d 超聲交互作用分析表

表8 C70 混凝土 7d 強(qiáng)度交互作用分析表

表9 C70 混凝土 14d 強(qiáng)度交互作用分析表

表10 C70 混凝土 28d 強(qiáng)度交互作用分析表

硅灰一直對(duì)混凝土的強(qiáng)度有顯著的影響，礦渣在早期對(duì)混凝土的強(qiáng)度有影響，粉煤灰摻量的改變對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響不大。在試驗(yàn)摻量范圍內(nèi)，粉煤灰單獨(dú)的影響并不是很顯著。

4 結(jié)論

（1）粉煤灰摻量為 10%、20%、30% 的水泥膠砂強(qiáng)度影響系數(shù)相差不大，說明粉煤灰對(duì)其強(qiáng)度的影響不是很大，但隨著摻量的增加強(qiáng)度有降低的趨勢(shì)。硅灰摻量為 3%、5%、7%、10% 時(shí)對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度影響系數(shù)均大于 1.0，說明硅灰的摻入可提高其強(qiáng)度，而摻量在 5%～7% 時(shí)強(qiáng)度會(huì)明顯提高；粉煤灰對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響并不顯著，但其發(fā)展趨勢(shì)是減小混凝土的強(qiáng)度，因此改善和易性的同時(shí)，應(yīng)減少粉煤灰摻量，以免影響強(qiáng)度。同時(shí)，粉煤灰對(duì)超聲聲速的影響不是很大，超聲檢測(cè)時(shí)可不予考慮。

（2）礦渣摻量的增加，對(duì)強(qiáng)度有一定影響，摻量在 20% 時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大值，繼續(xù)摻加，強(qiáng)度有所下降。礦渣對(duì)聲速的影響是顯著的，因此，超聲檢測(cè)時(shí)需考慮礦渣摻量。

（3）硅灰摻量的增加會(huì)提高超聲聲速，對(duì)聲速的影響是顯著的，因此超聲檢測(cè)時(shí)需考慮硅灰的摻量。摻入硅灰可顯著提高強(qiáng)度，硅灰摻量在 5%～7% 時(shí)，強(qiáng)度的增加速率較快。