河北地区高强混凝土超声-回弹曲线试验研究

高 骞

(河北工业大学 土木工程学院)



河北地区高强混凝土超声-回弹曲线试验研究

高 骞

(河北工业大学 土木工程学院)

采用超声回弹综合法检测混凝土构件强度，可以利用其双参数评价的优势，准确性较单一评价指标的检测法要高，是目前是工程中最常用的混凝土强度检测方法之一。用超声回弹综合法对混凝土强度进行检测、监督是工程质量管理的常用手段。

超声回弹；双参数评价；检测精度；质量管理

超声-回弹综合法是利用超声法检测和回弹法检测的各自特点，将两种检测方法相结合的一种综合检测法。由于声速值与回弹值两项评价参数的结合，降低了单一指标评价时的影响因素对混凝土强度推定的影响程度，扩大了超声回弹综合法的适用范围，提高了其检测精度。

1 试块制备

试验按照最佳配合比制作强度等级为C50、C60、C70、C80的混凝土试块, 每一等级制作边长为150 mm 的立方体试块24组，共96组。试块制作完毕后，统一进行标准养护,分为3 d、7 d、14 d、28 d这4个龄期进行测试。制作混凝土的原材料采用河北地区常用的材料,水泥采用P.O.42.5和P.O.52.5强度等级的普通硅酸盐水泥,细骨料采用本地河砂,基本上以中砂为主,粗骨料采用河北地区的粒径在5～20 mm之间的碎石,水采用普通自来水。

2 试验方法及数据测试

试块养护到达龄期后，将试块浇筑方向的两个相对面放置于压力机上下承压板之间，然后加压至60～80 kN并保持此压力，如图1所示。

图1 回弹测点分布图

如图1用回弹仪在试件两对相对侧面上依次弹击16个回弹测试点，记录相应回弹值，精确至1。分别剔除3个最大值和3个最小值,取余下10个有效回弹值的平均值作为该试件的回弹代表值R，回弹值测试完毕后,先卸载,将试块回弹面放置在压力机上、下承压板间加压,以6～10 kN/s的速度连续均匀加压,直至试块破坏为止,得到试块的极限破坏荷载值,将其除以试块的受压面积,计算混凝土的立方体抗压强度。

测试试块声时值，取试块浇筑方向的侧面为测试面，在两个相对测试面上分别画出位置相对应的三个测试点，在测点位置涂抹适量黄油作为耦合剂(见图2)，将一对发射和接收换能装置方别置于相对应的两个测点上，并保持两个换能装置轴线位于同一直线上。逐点测试声时值t1、t2、t3，精确至0.1μs，计算各测点声速值v1、v2、v3，并取3个测点的声速值平均值作为该试块的声速代表值，即

(1)

式中：l为测点超声测距，精确至1 mm。

本试验基本属于简单重复试验，采用相同仪器对相同强度等级、相同龄期下的混凝土试块进行检测，所得到的试验数据符合正态分布。本试验数据属于标准差未知的情况，因此，选择格拉布斯准则法对异常数据进行检验和剔除。

图2 试验数据3D散点图

3 数据分析

3.1 回归分析

经过不同强度等级、不同龄期的混凝土试块的测试，本试验共进行了188组回弹、超声检测试验，得到回弹值、声速值及对应抗压强度结果，共3760个数据。

应用回归分析原理，汇总试验数据，利用格拉布斯双侧检验法剔除离群值(见上一节)，查阅相关资料并参考《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS02:2005)，选择采用以下四种数学模型进行回归分析及误差分析。

(1)线形方程

(2)

(2)指数方程

(3)

(3)双曲线方程

(4)(4)幂函数方程

其中幂函数模型是《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS02:2005)中推荐使用的模型，同时该规范中提出采用其相对误差作为一个评价指标，即相对误差越大，其模型的精度越差，反之，精度越高。利用上述四个数学模型对试验数据进行回归分析并计算其相对误差及相关系数，整理结果见表1。

表1 回归方程式及误差分析

上述模型中四号幂函数模型为《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS02:2005)中选用的模型，且从表1中可以直观发现各个回归方程中幂函数方程式其相关系数和相对误差均为各项最优。因此选用四号回归方程式进行计算，建立该地区测强曲线为无损检测混凝土强度提供有力帮助。

3.2 相关程度分析

利用试验所得数据和回归分析软件，针对试验数据中回弹检测数据进行回归分析，选择回归数学模型中相关程度最好的二元幂函数模型作为回弹测强的回归方程进行计算，其二元回归方程式见式(6)，相关系数为0.8516。

(6)

将回弹法和超声回弹综合法回归分析结果见表2，由表中对比可发现超声回弹综合法数据分析得到的测强曲线在相关系数和相对误差上均优于回弹法，由此可以发现超声回弹综合法在检测精度方面优于单一采用回弹法的情况。见图3。

图3 回弹测强曲线图

表2 试验数据分析结果对比

4 结 论

建立了河北地区超声-回弹测强曲线精度较高，拟合度良好，通过试块验证和现场钻芯验证，适合河北地区使用。

[1] 超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程(CECS02：2005)[S].

[2] 刘维刚，韩明岚，陈建林，等.超声回弹法检测高强混凝土强度的试验研究[J].混凝土，2007，(10):15-17.

2015-03-11

U416.1

C

1008-3383(2015)09-0003-01