泵送混凝土强度与超声波声速相关性研究★

邱宙廷 陈 新* 丁庆磊 李光范 李学勋 施 杰 刘显阳

(1.海南大学土木建筑工程学院，海南 海口 570228； 2.海南鲁郓基础工程有限公司，海南 海口 570228)

0 引言

混凝土超声检测技术在国内得到一定的实践运用[1]，本文以海口地区泵送混凝土为研究对象，试验选取地区常用原材料设计混凝土配合比，制作C15～C50强度等级的150 mm×150 mm×150 mm标准试件，测试7 d,28 d龄期下混凝土试件的超声波声速和抗压强度值，分析各测试数据的变化规律，总结超声波声速与泵送混凝土强度的关系，以建立地区测强曲线。

1 试验设计及过程

试验选取海口地区常用原材料，设计混凝土配合比，制作不同等级混凝土标准试块，模拟现场施工工艺进行成型及养护，以便后期进行超声检测混凝土抗压强度的系统试验和分析研究。

1.1 试验原材料

1)水泥：海南天涯牌普通硅酸盐水泥P.O42.5，水泥成分中掺火山灰。水泥各项指标均符合GB 175—2007通用硅酸盐水泥[4]要求。

2)细骨料：选用海南南渡江河沙，中砂。

3)粗骨料：海南永兴5 mm～31.5 mm连续粒径碎石。

4)粉煤灰：海口马村电厂Ⅱ级粉煤灰，各性能指标满足GB/T 1596—2005用于水泥和混凝土中的粉煤灰[5]中泵送混凝土使用要求。

5)减水剂：聚羧酸高效减水剂，江苏西卡特密斯建筑材料有限公司配制，掺量1%，各项指标满足GB 50119—2013混凝土外加剂应用技术规范[6]要求。

6)水：拌和及养护用水采用海口自来水，满足JGJ 63—2006混凝土用水标准[7]要求。

1.2 试验泵送混凝土配合比

配合比主要参照海口地区常用泵送混凝土配合比，以及JGJ 55—2011普通混凝土配合比设计规程[8]计算，坍落度控制为160 mm±20 mm，并经过大量试配试验最终确定配合比。

1.3 混凝土试件制作与养护

试件制作过程遵循GB/T 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准[9]进行制作与养护。

1.4 试块试验

1.4.1试验准备

1)试块整理：将待测试件表面进行清理，避免有尘土、毛屑等污物附着，同一个强度等级同龄期的6块试件为一个测试组；2)超声测点标记：选取一对相对的非浇筑面作为声时测试面，沿对角线方向均匀标记3个圆形测点，另一个测面上的测点布置与之相对应，保证超声换能器放在圆形测点上中轴线能够共线。

1.4.2超声试验

超声试验使用RSM-SY7(T)超声波自动循测仪，试验方法采用“直穿法”，即对测法。

1.4.3压力试验

超声声时值测量完成后，将混凝土试块放置于压力机承压板正中间，启动压力机，让压力机承压板缓慢接近试件，在上压板接触试件时调整使接触均匀，连续均匀加荷至试块破坏。记录混凝土试件达到破坏时的荷载，并计算抗压强度，精确至0.1 MPa。

2 试验结果

表1 混凝土强度与超声波声速发展情况

表1为混凝土强度与超声波声速随龄期变化的发展情况。超声波声速值随混凝土强度增大而增大，混凝土强度增幅与声速值增幅成完非线性比例关系。C15混凝土超声波声速值出现负增长，分析其原因为：混凝土早龄期活化反应低，但内部含水率较高，随着后期强度的增长，混凝土含水率降低，低强度混凝土密实性较差，其内部形成很多微小的孔隙，而超声波在水中的传播速度快于在空气中，导致超声波声速值不增反而降低。同龄期下，低强度混凝土中的超声波声速值随着强度等级提高增长较快，而对于较高强度等级的混凝土，随着强度等级提高，声速值增长幅度逐渐降低。可认为，低强度混凝土中，超声波声速值对强度值的变化反应更为灵敏。

3 泵送混凝土超声测强曲线分析

通过初步试验数据分析可知，超声波声速值与混凝土强度具有很强的相关性，且同龄期情况下，声速与强度相关性更好，离散性较小，建立7 d,28 d龄期混凝土超声测强曲线。

3.1 超声测强曲线建立

3.1.1混凝土7 d龄期测强曲线

f=2.93×10-5v2-0.227v+450 (1)

3.1.2龄期为28 d的混凝土强度—声速曲线拟合

表3 混凝土28 d龄期f—v拟合曲线

拟合曲线R2adjRSSδ/%ei/%f=4.75×10-21v5.690.9231 440.010.613.3f=5.225×10-5v2-0.446v+9770.960744.76.58.6f=2.91×10-14(v-1 284.8)4.270.9161 539.610.713.3f=5.44×10-53v14.52+22.420.975454.64.86.0

f=5.44×10-53v14.52+22.42

(2)

3.2 超声测强曲线适用性验证

为了验证海口地区泵送混凝土超声测强曲线的适用性，从海大检测中心配合比室选5个在建工程所检泵送混凝土对测强曲线进行验证，验证龄期包括7 d,28 d。

按照各工程混凝土配合比在实验室制作6组混凝土试件，标准养护7 d后放置于室内通风处养护至28 d，然后对所选试件进行抗压强度和超声波声时值测量，根据本文所得测强曲线计算换算强度，并进行误差分析，分析结果见表4,表5。

从表4可看出，7 d龄期混凝土超声测强曲线验证数据平均相对误差δ=8.6、相对标准差ei=10.1，其中C25混凝土平均相对误差最大，C35混凝土平均相对误差最小。

表4 混凝土7 d龄期超声测强误差分析结果

表5 混凝土28 d龄期超声测强误差分析结果

从表5可看出，28 d龄期超声测强曲线验证数据平均相对误差δ=8.6、相对标准差ei=10.1，其中C25混凝土平均相对误差最大，C35混凝土平均相对误差最小。

对比表4，表5发现，对于两个龄期测强曲线验证数据，C30,C35混凝土相对平均误差均较小，C25混凝土误差则较大。7 d龄期混凝土测强曲线平均相对误差相对28 d龄期曲线较小，这与建立测强曲线时的误差分析相一致，表明7 d龄期测强曲线检测混凝土强度精度较高。误差分析结果表明，验证数据误差相对建立超声测强曲线时误差较大，究其原因：与建立测强曲线试验不同，本次验证试验选取的5个在建工程混凝土配合比各不相同、加掺合料与否及掺合料类型不同、外加剂类型及掺量也有明显差异。

参考CECS 02：2005超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程[11]，规程规定专用测强曲线相对误差er≤12%；地区测强曲线相对误差er≤14%。因此引入相对误差指标，相对误差计算公式如式(3):

(3)

7 d,28 d龄期测强曲线验证数据相对误差计算结果见表6。

从表6可知，本次验证数据7 d,28 d龄期相对误差结果均小于14%，表明本次研究总结得出的海口地区混凝土超声测强曲线满足相关要求，适用于海口地区检测混凝土抗压强度。

表6 超声测强曲线验证数据相对误差计算结果

4结语

1)试验结果表明，超声波声速值随混凝土强度增大而增大、随龄期增长而增大。同龄期下，中低强度混凝土中的超声波声速值随着强度等级的提高，声速值增长较快，而对于较高强度等级的混凝土，随着强度等级提高，声速值增长幅度逐渐降低，低强度混凝土中，超声波声速值对强度值的变化反应更为灵敏。

2)7 d～28 d龄期强度增幅最大的混凝土，超声波声速值增幅并非最大，不同等级混凝土的强度增幅与声速值增幅并非是完全一致的线性比例关系，混凝土中超声波声速与混凝土强度并非线性关系。

3)同龄期下超声波声速—抗压强度数据相对不同龄期的数据离散性较小，混凝土f—v回归拟合效果较好，因此分别对7 d,28 d龄期进行f—v回归拟合分析，结果表明，同龄期混凝土超声波声速与抗压强度具有良好的相关性，并分别建立海口地区泵送混凝土7 d,28 d龄期超声测强曲线并有一定的适用条件。

参考文献:

[1] 张治泰，邱 平.超声波在混凝土质量检测中的应用[M].北京：化学工业出版社，2006:5.

[2] 程朝霞,徐银芳,王毅翔.超声波法检测混凝土强度的发展[J].华中科技大学学报(城市科学版),2003(4):95-98.

[3] 王铁兵.超声波检测结构水泥混凝土强度的研究[D].大连:大连理工大学,2003.

[4] GB 175—2007,通用硅酸盐水泥[S].

[5] GB/T 1596—2005,用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].

[6] GB 50119—2013,混凝土外加剂应用技术规范[S].

[7] JGJ 63—2006,混凝土用水标准[S].

[8] JGJ 55—2011,普通混凝土配合比设计规程[S].

[9] GB/T 50081—2002,普通混凝土力学性能试验方法标准[S].

[10] 叶卫平.Origin9.1科技绘图及数据分析[M].北京：机械工业出版社，2015:1

[11] CECS 02：2005,超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程[S].