無損檢測參數(shù)與混凝土彈模的相關(guān)性研究

摘 要：本文利用無損檢測來測試混凝土強度，并用超聲回彈綜合法來測試混凝土的回彈值。超聲回彈綜合法是一種常用的無損檢測方法，本文采用origin和SPSS軟件來進行單一回歸分析和多元回歸分析，研究回彈值、超聲波速與彈性波速，靜態(tài)彈性模量之間的相關(guān)性。研究發(fā)現(xiàn)，回彈值、超聲波波速、彈性模量之間的相關(guān)性都為正相關(guān)。當單變量回歸分析時，超聲波波速與回彈值的相關(guān)性最大，多元回歸分析時，彈性模量與超聲波波速的相關(guān)性較大。

關(guān)鍵詞：無損檢測；超聲回彈綜合法；靜態(tài)彈性模量；多元回歸分析

中圖分類號：TU 528 " 文獻標志碼：A

傳統(tǒng)無損檢測方法是超聲回彈綜合法。傳統(tǒng)的破壞性檢測方法在檢測過程中可能會對混凝土結(jié)構(gòu)造成不可逆的損傷，因此需要采用無損檢測技術(shù)來保證結(jié)構(gòu)的完整性和保障安全性。無損檢測技術(shù)不僅可以準確評估混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，還可以在不破壞結(jié)構(gòu)的情況下發(fā)現(xiàn)潛在問題，及時為維護和修復(fù)工作提供指導(dǎo)[1]。隨著科技的發(fā)展，混凝土無損檢測技術(shù)從最初的視覺檢查和敲擊聽聲法，逐步發(fā)展為更先進的方法，例如超聲波檢測和電磁波檢測等。這些先進技術(shù)提升了檢測的準確性和效率，能夠有效檢測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的裂縫、空洞及腐蝕等問題[2]。因此，本文基于無損檢測參數(shù)來研究混凝土彈性模量，并采用SPSS軟件和origin對參數(shù)進行回歸分析，最終得出回彈值、超聲波波速以及彈性模量之間的相關(guān)性進行分析和研究。

1 回彈法發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 回彈法的基本概況

從常規(guī)混凝土施工過程來看，確定混凝土強度的方法有兩種：損傷法和非損傷法[3]。其中非損傷法主要基于回彈法客觀表現(xiàn)，它客觀反映了混凝土結(jié)構(gòu)的真實強度、鑄造實踐包括其他不受外部環(huán)境的影響因數(shù)。而隨著混凝土年齡不斷增加，其可能會出現(xiàn)碳化物等外部因素偏差問題，此時可利用超聲回彈綜合法進行檢測，提高混凝土強度檢測的準確性和可靠性。

1.2 超聲回彈綜合法應(yīng)用

在混凝土施工過程中，由于施工技術(shù)水平等方面因素的影響，因此使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同部位之間密度存在較大的差異，進而影響不同結(jié)構(gòu)的強度。利用超聲波設(shè)備對混凝土構(gòu)件進行檢測，能夠明確超聲波在構(gòu)件中的傳播時間[4]和超聲波傳遞的聲音速度信息，利用設(shè)備儀器對其內(nèi)部密度進行分析，從而確定混凝土強度能夠達到施工設(shè)計要求。利用超聲回彈綜合法對混凝土密度進行檢測，能夠有效避免傳統(tǒng)測定方案中水泥標號不同、混凝土含水量和碳化程度不同等因素所帶來的干擾因素，從而提升檢測精度，擴展了其應(yīng)用范圍，為保證工程質(zhì)量奠定了良好的基礎(chǔ)[5]。

2 試驗方案

2.1 試驗材料

水泥材料：P.II.42.5；混凝土材料：機制砂，瓜子石，公分石。

2.2 試驗儀器和步驟

一體式數(shù)顯回彈儀；多功能混凝土超聲波檢測儀；液壓機；彈性模量測試儀。用一體式數(shù)顯回彈儀和多功能混凝土超聲波檢測儀來測出試塊的回彈值、超聲波速和彈性波速，用液壓機測試試塊的破壞強度。

2.3 試驗步驟

選擇預(yù)測面，盡量選擇表面規(guī)整，光滑，利于研究的平面作為預(yù)測面劃分測區(qū)。將每塊試塊的兩個對立面作為一個測區(qū)，每個測區(qū)有16個測點，且一個測區(qū)兩個對立面均勻分配8個測點，并且每個試塊兩個對立面沿對角線設(shè)置超聲測點[6]。

超聲回彈檢測：在檢測前，對儀器進行檢查和校對，先進行回彈檢測，使用水平敲擊，并且要保證回彈儀的軸線與試塊的預(yù)側(cè)面垂直，緩慢進行測試，并把回彈儀測度精確度調(diào)整到1；超聲檢測時要用對測法[7]，檢測前先在儀器上設(shè)置好需要測試試塊的測距，在換能器上涂抹耦合劑，將聲時測量精確度調(diào)整到0.1μs，聲速值精確度調(diào)整到0.1km/s，測量誤差不超過±1%。

破壞試驗：用液壓機對試塊進行破壞，并測出其破壞強度。根據(jù)《 回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程A5》（JGJ T23—2011）計算試塊的回彈值和超聲波速。

靜態(tài)彈性模量檢測：對彈性模量檢測儀進行率定，用彈性模量檢測儀敲擊試塊，測出試塊的靜態(tài)彈性模量。

2.4 試驗數(shù)據(jù)處理

當計算測區(qū)平均回彈值時，應(yīng)從測區(qū)的16個回彈值中去掉3個最大值和3個最小值[8]，計算過程如公式（1）所示。

（1）

式中：R為測區(qū)平均回彈值；Ri為第i個點的測區(qū)回彈。

超聲波波速代表值計算過程如公式（2）所示。

V=3L/（t1+t2+t3） （2）

式中：V為測距聲波速，km/s；L為超聲測距值，mm；t1、t2、t3為3個測試點位的聲時值，μs 。

測區(qū)回彈值平均差及標準差的計算過程如公式（3）、公式（4）所示。

（3）

（4）

式中：f c cu為試件的抗壓強度換算值；f c cu，i為第i塊試件的強

度推定值。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 試驗測試結(jié)果

根據(jù)回彈值計算公式、超聲波速計算公式，可以計算試塊的回彈值和超聲波速值，見表1。

經(jīng)過28天的齡期，對試塊進行測量，用回彈儀，超聲波速檢測儀，彈性模量測試儀進行測量，測出平均回彈值、靜態(tài)彈性模量、彈性波波速、超聲波波速。

用以上表格記錄平均回彈值、超聲波波速、靜態(tài)彈性模量的數(shù)據(jù)，通過回彈值、超聲波速和彈性模量之間的多元回歸相關(guān)性曲線以及回彈值、超聲波速與彈性模量的的一元相關(guān)性曲線，判斷回彈值、超聲波速與彈性模量三者之間的相關(guān)性。

3.2 試驗測試曲線

3.2.1 單變量回歸分析

回彈值與靜態(tài)彈性模量相關(guān)性如圖1所示。

由圖1可以看出，回彈值和靜態(tài)彈性模量的相關(guān)性較大，線性關(guān)系為正相關(guān)，靜態(tài)彈性模量隨著回彈值增加而增加。當回彈值為23.9時，靜態(tài)彈性模量為最小值22100MPa，混凝土材料為C15；當回彈值為46.7時，靜態(tài)彈性模量為最大值47100MPa，混凝土材料為C50，回彈值和靜態(tài)彈性模量之間的相關(guān)性系數(shù)為0.7324。

超聲波波速和靜態(tài)彈性模量相關(guān)性如圖2所示。

通過上圖可以看出超聲波波速和靜態(tài)彈性模量的相關(guān)性很大，線性關(guān)系為正相關(guān)，靜態(tài)彈性模量隨著超聲波波速增加而增加。當超聲波波速為3.89km/s時，靜態(tài)彈性模量為最小值22100MPa，混凝土材料為C15；當超聲波波速為5.32km/s時，靜態(tài)彈性模量為最大值47100MPa，混凝土材料為C50，超聲波波速和靜態(tài)彈性模量之間的相關(guān)性系數(shù)為0.8975。

彈性波波速和靜態(tài)彈性模量相關(guān)性如圖3所示。

通過上圖可以看出彈性波波速和靜態(tài)彈性模量的相關(guān)性較大，線性關(guān)系為正相關(guān)，靜態(tài)彈性模量隨著彈性波波速增加而增加。當彈性波波速為3.218km/s時，靜態(tài)彈性模量為最小值22100MPa，混凝土材料為C15；當彈性波波速為4.463km/s時，靜態(tài)彈性模量為最大值47100MPa?；炷敛牧蠟镃50，彈性波波速和靜態(tài)彈性模量之間相關(guān)性系數(shù)為0.797。

3.2.2 多元回歸分析

對平均回彈值，超聲波波速以及彈性模量進行多元回歸分析，本文將采用SPSS軟件回歸方法中的“輸入”來進行分析，分為以下兩種：因變量為靜態(tài)彈性模量y，自變量為回彈值x1，超聲波波速x2；因變量為回彈值y，自變量為超聲波波速x1，靜態(tài)彈性模量x2。通過回歸分析建立回歸方程分析三者之間的相關(guān)性，操作過程如下。首先，打開SPSS軟件，將表1中回彈值、超聲波波速和彈性模量的相關(guān)數(shù)據(jù)錄入軟件中。其次，在菜單欄當中選擇“分析-回歸-線性”，在線性回歸的對話框中，將y輸入因變量，x1，x2輸入自變量，如圖4、圖5所示，在統(tǒng)計對話框中選擇“估計值”和“模型模擬擬合”，最后，點擊繼續(xù)，點擊確定[9]。

圖6、圖7為輸入變量x1，x2（超聲波波速）之后回歸分析模型的相關(guān)系數(shù)，當靜態(tài)彈性模量為因變量，回彈值和超聲波波速為自變量時，常數(shù)項系數(shù)為-58462.633，自變量系數(shù)為-531.785，23897.561，因此回歸方程y=-58462.633-531.785×x1+23897.561×x2；當因變量為回彈值，自變量為超聲波波速和靜態(tài)彈性模量時，常數(shù)項系數(shù)為-59.134，自變量系數(shù)為24.526，-0.01，因此回歸方程y=-59.134+24.526×x1-0.01×x2。

通過分析發(fā)現(xiàn)，無論是回彈值還是靜態(tài)彈性模量為因變量，顯著性都是＜0.01，因此，回彈值，超聲波波速以及靜態(tài)彈性模量之間的相關(guān)性良好。

4 結(jié)論

通過試驗數(shù)據(jù)表格和相關(guān)性回歸分析得出結(jié)論，當單變量回歸分析時，超聲波波速與回彈值的相關(guān)性最大，超聲波波速與彈性波波速、超聲波波速與靜態(tài)彈性模量相關(guān)性其次；彈性波波速與回彈值、回彈值與靜態(tài)彈性模量、彈性波波速與靜態(tài)彈性模量相對較小，它們的最小值使用的混凝土材料一般為C15，最大值使用的混凝土材料一般為C50。當進行多元回歸分析時，發(fā)現(xiàn)彈性模量與回彈值的相關(guān)性較小，彈性模量與超聲波波速的相關(guān)性較大，相關(guān)性系數(shù)為0.947。

參考文獻

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