膠凝砂礫石超聲回彈綜合測強試驗研究

姜國新，易 蓉，羅茂盛

(四川省水利科學研究院，成都，610072)

0 引言

膠凝砂礫石是利用膠凝材料和砂礫石料，經拌和、攤鋪、振動碾壓形成的具有一定強度的材料，其特點有：材料廣泛、施工簡便高效、經濟安全等。四川某水庫選用砂巖破碎料與天然砂礫石按不同比例混摻作為膠凝砂礫石原材料，研究膠凝砂礫石由質地堅硬原材料向偏軟的砂巖原材料突破的施工技術。

膠凝砂礫石抗壓強度較低，現(xiàn)場無法采用常規(guī)技術對實體強度進行有效的快速檢測。超聲回彈綜合測強法是采用超聲儀和回彈儀，在混凝土同一測區(qū)分別測量聲音波速和回彈值，建立測強公式推算混凝土抗壓強度的一種方法，能較全面地反映結構混凝土的實際質量。本次試驗研究通過對膠凝砂礫石長齡期試塊進行回彈檢測、超聲檢測、力學試驗和碳化檢測，用EXCEL軟件分析膠凝砂礫石抗壓強度、超聲波速、回彈值與碳化深度四者之間的聯(lián)系，為膠凝砂礫石抗壓強度的無損檢測和建立膠凝砂巖砂礫石專用測強回歸方程提供一定參考。

1 膠凝砂巖砂礫石

1.1 原材料

膠凝砂礫石試驗原材料主要包括水泥、摻合料、外加劑、粗細骨料、砂巖原巖等。

表1 膠凝砂礫石原材料

1.2 膠凝砂礫石配合比

膠凝砂礫石中砂巖骨料占比50%、60%、70%的混合骨料具體配比如下：

(1)50%摻量配比：砂巖骨料占50%，卵石骨料占50%。

(2)60%摻量配比：砂巖骨料占60%，卵石骨料占40%。

(3)70%摻量配比：砂巖骨料占70%，卵石骨料占30%。

膠凝砂礫石配合比見表2。

表2 膠凝砂礫石配合比

1.3 膠凝砂礫石試件成型

開采現(xiàn)場砂巖骨料，進行破碎，剔除超徑石(骨料粒徑>150mm)，運至儲料堆，脫水后以備拌和使用。通過膠凝砂礫石專用拌和設備進行拌和。從出機口進行取料，采用濕篩法，將粒徑大于40mm的粗骨料除去，成型濕篩小試件。試件在成型過程中，應分層將試件夯震密實，模具應選取鋼鑄模，養(yǎng)護24h后拆模，強度較低時適當增加拆模前的養(yǎng)護時間。

1.4 膠凝砂礫石試件養(yǎng)護

膠凝砂礫石試件脫模后放入標準養(yǎng)護室進行標準養(yǎng)護。

2 膠凝砂礫石試件檢測

2.1 檢測設備

膠凝砂礫石試件檢測的主要設備有：中型回彈儀、液壓萬能試驗機、非金屬超聲波檢測儀、微機控制電液伺服壓力試驗機、混凝土碳化深度測定儀等。

2.2 檢測步驟

2.2.1 膠凝砂礫石試件準備

將膠凝砂礫石試件從養(yǎng)護室內取出，查看試件的外觀情況，選擇規(guī)則、無明顯缺陷、平整的試件。在試件的兩個相對的測試面每個測試面布置8個回彈測強測點，如圖1所示。在試件的兩組相對的測試面每個測試面布置5個超聲波速測點，如圖2所示。

圖1 回彈測強測點布置(單位：mm)

圖2 超聲波速測試位置(單位：mm)

2.2.2 回彈值檢測

將試件用2.0MPa壓力固定在液壓萬能試驗機中，用中型回彈儀分別水平對準各測點，測定回彈值，每個試件共取回彈值16個。

2.2.3 超聲波檢測

在測點處涂上耦合劑，將換能器壓緊在測點上，調整增益，使所有被測試件接收信號第一個半波的幅度降至相同的某一幅度，讀取時間讀數(shù)。每個試件兩個對應面取5點測值，整個試件取兩組對應面共10個測值。

2.2.4 抗壓強度檢測

將試件放在微機控制電液伺服壓力試驗機下壓板正中間，試件的承壓面應與成型時的頂面相垂直。開動微機控制電液伺服壓力試驗機，調整球座，使試件受壓均勻。以0.3MPa/s～0.5MPa/s的速度連續(xù)均勻地加荷。試件破壞，記錄破壞荷載。

2.2.5 碳化深度檢測

將試件側面的一條棱破壞，出現(xiàn)新鮮混凝土面，清除混凝土面上的雜質，用1.0%酚酞乙醇溶液滴在新鮮混凝土面上，再用鋼尺和混凝土碳化深度測量儀測量混凝土碳化深度值，共3個測值。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 回彈值的處理

從測區(qū)的16個回彈值中，舍棄3個最大值和3個最小值，將余下的10個回彈值按公式(1)計算測區(qū)平均回彈值mN(精確至0.1)。

(1)

式中：mN——測區(qū)平均回彈值；

Ni——第i個測點回彈值(i=1，2，3，…，10)。

2.3.2 超聲波速的處理

每個試件取兩組對應面共10個測值的算術平均值作為試件混凝土超聲波速測量結果v，計算公式如下：

(2)

式中：v——超聲波速算術平均值；

vi——第i個測點超聲波速值(i=1，2，3，…，10)。

2.3.3 碳化深度的處理

每個試件取3個測值，以3個測值的平均值作為檢測結果dm，計算公式如下：

(3)

式中：dm——測區(qū)平均碳化深度值；

dmi——第i個測點碳化深度值(i=1，2，3)。

2.4 試驗結果分析

超聲波速、回彈值、抗壓強度和碳化深度試驗結果見表3。

表3 試驗結果

2.4.1 采用全國統(tǒng)一測強曲線換算抗壓強度

以回彈值、超聲波速為自變量，抗壓強度為因變量，用EXCEL軟件進行結果計算和成果分析。根據(jù)《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術規(guī)程》(T/CECS 02-2020)中的規(guī)定，膠凝砂礫石抗壓強度推算值采用全國統(tǒng)一測區(qū)混凝土抗壓強度換算公式為：

(4)

圖3 超聲回彈強度

(5)

相對誤差er的計算公式為：

(6)

平均相對誤差δ為26.2%，大于全國統(tǒng)一測強曲線平均相對誤差12.0%；相對誤差er為33.7%，大于全國統(tǒng)一測強曲線相對誤差15.0%。由此可見，用測普通混凝土抗壓強度的超聲回彈綜合法來測膠凝砂礫石抗壓強度存在擬合偏差，可進一步加入膠凝砂礫石碳化深度作為自變量，再建立專用測強曲線。

2.4.2 建立專用測強曲線換算抗壓強度

表4 抗壓強度推算值與實際抗壓強度對照

建立的超聲回彈及碳化深度綜合測強曲線平均相對誤差δ為9.2%，小于專用測強曲線平均相對誤差10.0%；相對誤差er為11.7%，小于專用測強曲線相對誤差12.0%。由此可見，在膠凝砂礫石抗壓強度檢測中，使用超聲回彈綜合法再引入碳化深度作為自變量，建立專用測強曲線推算膠凝砂礫石抗壓強度能夠很好與試件實際抗壓強度擬合，此方法是可信的。

3 結論

通過對膠凝砂礫石試件進行超聲、回彈、抗壓強度和碳化深度試驗結果分析，得出以下結論：

(1)應用檢測普通混凝土抗壓強度的超聲回彈綜合測強曲線來換算膠凝砂礫石抗壓強度，其強度誤差大于相關規(guī)定，不適用于檢測膠凝砂礫石抗壓強度。

(2)膠凝砂礫石抗壓強度與回彈值、碳化深度和超聲波速有一定的相關性，且回彈值對其影響最大，碳化深度次之，超聲波速影響最小。

(3)在超聲回彈綜合法中引入碳化深度作為自變量能更接近于實際情況擬合膠凝砂礫石抗壓強度，測試結果更加可靠。

(4)本次研究的膠凝砂礫石中由一部分砂巖破碎料與天然砂礫石混合而成，比例的不同會影響膠凝砂礫石抗壓強度的測試結果，需做進一步研究。