膠凝砂礫石超聲回彈綜合測(cè)強(qiáng)試驗(yàn)研究

姜國(guó)新，易 蓉，羅茂盛

(四川省水利科學(xué)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(jīng)拌和、攤鋪、振動(dòng)碾壓形成的具有一定強(qiáng)度的材料，其特點(diǎn)有：材料廣泛、施工簡(jiǎn)便高效、經(jīng)濟(jì)安全等。四川某水庫(kù)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(zhì)地堅(jiān)硬原材料向偏軟的砂巖原材料突破的施工技術(shù)。

膠凝砂礫石抗壓強(qiáng)度較低，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法采用常規(guī)技術(shù)對(duì)實(shí)體強(qiáng)度進(jìn)行有效的快速檢測(cè)。超聲回彈綜合測(cè)強(qiáng)法是采用超聲儀和回彈儀，在混凝土同一測(cè)區(qū)分別測(cè)量聲音波速和回彈值，建立測(cè)強(qiáng)公式推算混凝土抗壓強(qiáng)度的一種方法，能較全面地反映結(jié)構(gòu)混凝土的實(shí)際質(zhì)量。本次試驗(yàn)研究通過(guò)對(duì)膠凝砂礫石長(zhǎng)齡期試塊進(jìn)行回彈檢測(cè)、超聲檢測(cè)、力學(xué)試驗(yàn)和碳化檢測(cè)，用EXCEL軟件分析膠凝砂礫石抗壓強(qiáng)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(qiáng)度的無(wú)損檢測(cè)和建立膠凝砂巖砂礫石專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)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(yàn)原材料主要包括水泥、摻合料、外加劑、粗細(xì)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(jiàn)表2。

表2 膠凝砂礫石配合比

1.3 膠凝砂礫石試件成型

開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)砂巖骨料，進(jìn)行破碎，剔除超徑石(骨料粒徑>150mm)，運(yùn)至儲(chǔ)料堆，脫水后以備拌和使用。通過(guò)膠凝砂礫石專(zhuān)用拌和設(shè)備進(jìn)行拌和。從出機(jī)口進(jìn)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(guò)程中，應(yīng)分層將試件夯震密實(shí)，模具應(yīng)選取鋼鑄模，養(yǎng)護(hù)24h后拆模，強(qiáng)度較低時(shí)適當(dāng)增加拆模前的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

1.4 膠凝砂礫石試件養(yǎng)護(hù)

膠凝砂礫石試件脫模后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

2 膠凝砂礫石試件檢測(cè)

2.1 檢測(cè)設(shè)備

膠凝砂礫石試件檢測(cè)的主要設(shè)備有：中型回彈儀、液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、非金屬超聲波檢測(cè)儀、微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)、混凝土碳化深度測(cè)定儀等。

2.2 檢測(cè)步驟

2.2.1 膠凝砂礫石試件準(zhǔn)備

將膠凝砂礫石試件從養(yǎng)護(hù)室內(nèi)取出，查看試件的外觀情況，選擇規(guī)則、無(wú)明顯缺陷、平整的試件。在試件的兩個(gè)相對(duì)的測(cè)試面每個(gè)測(cè)試面布置8個(gè)回彈測(cè)強(qiáng)測(cè)點(diǎn)，如圖1所示。在試件的兩組相對(duì)的測(cè)試面每個(gè)測(cè)試面布置5個(gè)超聲波速測(cè)點(diǎn)，如圖2所示。

圖1 回彈測(cè)強(qiáng)測(cè)點(diǎn)布置(單位：mm)

圖2 超聲波速測(cè)試位置(單位：mm)

2.2.2 回彈值檢測(cè)

將試件用2.0MPa壓力固定在液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)中，用中型回彈儀分別水平對(duì)準(zhǔn)各測(cè)點(diǎn)，測(cè)定回彈值，每個(gè)試件共取回彈值16個(gè)。

2.2.3 超聲波檢測(cè)

在測(cè)點(diǎn)處涂上耦合劑，將換能器壓緊在測(cè)點(diǎn)上，調(diào)整增益，使所有被測(cè)試件接收信號(hào)第一個(gè)半波的幅度降至相同的某一幅度，讀取時(shí)間讀數(shù)。每個(gè)試件兩個(gè)對(duì)應(yīng)面取5點(diǎn)測(cè)值，整個(gè)試件取兩組對(duì)應(yīng)面共10個(gè)測(cè)值。

2.2.4 抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

將試件放在微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)下壓板正中間，試件的承壓面應(yīng)與成型時(shí)的頂面相垂直。開(kāi)動(dòng)微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)，調(diào)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(cè)

將試件側(cè)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(zhì)，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(cè)量?jī)x測(cè)量混凝土碳化深度值，共3個(gè)測(cè)值。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 回彈值的處理

從測(cè)區(qū)的16個(gè)回彈值中，舍棄3個(gè)最大值和3個(gè)最小值，將余下的10個(gè)回彈值按公式(1)計(jì)算測(cè)區(qū)平均回彈值mN(精確至0.1)。

(1)

式中：mN——測(cè)區(qū)平均回彈值；

Ni——第i個(gè)測(cè)點(diǎn)回彈值(i=1，2，3，…，10)。

2.3.2 超聲波速的處理

每個(gè)試件取兩組對(duì)應(yīng)面共10個(gè)測(cè)值的算術(shù)平均值作為試件混凝土超聲波速測(cè)量結(jié)果v，計(jì)算公式如下：

(2)

式中：v——超聲波速算術(shù)平均值；

vi——第i個(gè)測(cè)點(diǎn)超聲波速值(i=1，2，3，…，10)。

2.3.3 碳化深度的處理

每個(gè)試件取3個(gè)測(cè)值，以3個(gè)測(cè)值的平均值作為檢測(cè)結(jié)果dm，計(jì)算公式如下：

(3)

式中：dm——測(cè)區(qū)平均碳化深度值；

dmi——第i個(gè)測(cè)點(diǎn)碳化深度值(i=1，2，3)。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

超聲波速、回彈值、抗壓強(qiáng)度和碳化深度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

2.4.1 采用全國(guó)統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線換算抗壓強(qiáng)度

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

(4)

圖3 超聲回彈強(qiáng)度

(5)

相對(duì)誤差er的計(jì)算公式為：

(6)

平均相對(duì)誤差δ為26.2%，大于全國(guó)統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線平均相對(duì)誤差12.0%；相對(duì)誤差er為33.7%，大于全國(guó)統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線相對(duì)誤差15.0%。由此可見(jiàn)，用測(cè)普通混凝土抗壓強(qiáng)度的超聲回彈綜合法來(lái)測(cè)膠凝砂礫石抗壓強(qiáng)度存在擬合偏差，可進(jìn)一步加入膠凝砂礫石碳化深度作為自變量，再建立專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線。

2.4.2 建立專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線換算抗壓強(qiáng)度

表4 抗壓強(qiáng)度推算值與實(shí)際抗壓強(qiáng)度對(duì)照

建立的超聲回彈及碳化深度綜合測(cè)強(qiáng)曲線平均相對(duì)誤差δ為9.2%，小于專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線平均相對(duì)誤差10.0%；相對(duì)誤差er為11.7%，小于專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線相對(duì)誤差12.0%。由此可見(jiàn)，在膠凝砂礫石抗壓強(qiáng)度檢測(cè)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(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線推算膠凝砂礫石抗壓強(qiáng)度能夠很好與試件實(shí)際抗壓強(qiáng)度擬合，此方法是可信的。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)膠凝砂礫石試件進(jìn)行超聲、回彈、抗壓強(qiáng)度和碳化深度試驗(yàn)結(jié)果分析，得出以下結(jié)論：

(1)應(yīng)用檢測(cè)普通混凝土抗壓強(qiáng)度的超聲回彈綜合測(cè)強(qiáng)曲線來(lái)?yè)Q算膠凝砂礫石抗壓強(qiáng)度，其強(qiáng)度誤差大于相關(guān)規(guī)定，不適用于檢測(cè)膠凝砂礫石抗壓強(qiáng)度。

(2)膠凝砂礫石抗壓強(qiáng)度與回彈值、碳化深度和超聲波速有一定的相關(guān)性，且回彈值對(duì)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(shí)際情況擬合膠凝砂礫石抗壓強(qiáng)度，測(cè)試結(jié)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(huì)影響膠凝砂礫石抗壓強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果，需做進(jìn)一步研究。