利用超声回弹综合法建立混凝土专用测强曲线的研究和应用(全文)

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摘要：超声回弹综合法是根据所测混凝土的声值和回弹值，并利用已建立的测强公式推算混凝土强度的一种无损探测方法。本文依据超声回弹综合法测试原理，采用承德地区常用混凝土原材料，制作了不同龄期的C25混凝土试块，进行综合法测试和抗压破损试验，选用相应的数学模型来拟合所测的回弹值、超声值和实际抗压强度之间的关系，建立了C25混凝土专用曲线，并且与地区专用曲线的标准相比较，验证了此专用测强曲线的优越性，为工程实践提供参考。

关键词：超声回弹综合法；测强曲线；回归分析

中图分类号：TV331文献标识码： A

1绪论

混凝土结构测强技术按其对混凝土结构的影响程度可分为部分破损法和非破损法，部分破损法因对混凝土结构造成局部破坏、不宜大范围检查、费用较高而受到种种限制。非破损法包括回弹法、超声法、超声回弹综合法、射线法和成熟度法等，其中以回弹仪和超声仪为主要仪器的非破损法操作最为简便，使用最为普及，在有测强曲线的条件下具有较高的测试精度，是国内外学术界公认的无损检测技术。

无损检测技术与常规的混凝土结构破坏试验相比，具有如下一些特点。

(1)不破坏被检测构件，不影响其使用性能，且简便快速；

(2)可以在构件上直接进行表层或内部的全面检测，对新建工程和既有结构物都适用；

(3)能获得破坏试验不能获得的信息，如能检测混凝土内部空洞、疏松、开裂、不均匀性、表层烧伤、冻害及化学腐蚀等；

(4)可在同一构件上进行连续测试和重复测试，使检测结果有良好的可比性；

(5)测试快速方便，费用低廉；

(6)由于是间接检测，检测结果要受到许多因素的影响，检测精度要差一些。

2.试验

2.1原材料和仪器

水泥为永和牌P.O42.5，性能指标如表1所示；砂为河砂，细度模数2.4；石子为碎石，粒径5～25mm，水为自来水。

表1 永和牌P.O 42.5水泥物理力学性能指标

项目细度/% 烧失量/% 凝结时间/min 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 安定性

初凝终凝 3d 28d 3d 28d

数值 1.8 2.64 182 252 6.4 7.0 31.2 51.9 合格

回弹仪：HT225型，指针直读式；超声仪：北京生产的UTA-2000A型；压力机：威海市试验设备厂生产的YE-3000型液压压力试验机

2.2试验方法

2.2.1声时值的测量及声速计算

在进行超声仪测试时，应取试块的一对侧面为测面，这样可以保证换能器与测试面间有良好的声耦合。测量时采用对测法，在一个相对试面上测量三点，这样就可以反应试块在浇筑方向上的上、中、下的质量情况。为了避免不同测距对测试结果的影响，发射和接收换能器应尽量在共同一轴线上，超声测点布置如图1所示。对于测试后得到得每一试块的声时值t1、t2、t3.取平均值，保留小数点后一位数字，然后按公式U=3L/(t1+t2+t3) 结果保留小数点后二位数字，其中L为声波传播的距离。

图1 超声回弹测点布置

2.2.2回弹值的测量及计算

回弹值的测量应选在未进行超声测量的一对侧面，将测过超声值的侧面的粘合剂擦干，放置于压力机的上下承压板之间，用预压30-50KN，并在以上压力下，在每块试块的对应侧试面上各弹8次，二个测试面共测得16个回弹值，回弹时回弹仪应与试块的侧面保持垂直。测点宜在测曲范围均匀分布，并不应弹击在气孔或外露石子上。同一测点只允许弹击一次，相邻测点得间距一般不小于30mm，测点离试块边缘得距离不小于30mm。对于数据的处理，将16个回弹值中，三个最大值和三个最小值应剔除，余下的10个回弹值取平均值，作为试块的回弹值R，保留小数点后一位数字。

2.2.3抗压强度试验

回弹测试完毕后，卸荷载，将试块回弹面放置在压力机平板间加压，以每秒6±4KN得速度连续均匀进行，直至试块破坏为止，计算抗压强度fcu精确至0.1MPa。

3测强曲线的建立和数据分析

3.1回归方程的建立

3.1.1二元线性回归分析

测试了混凝土试块的超声值和回弹值，对其进行二元线性计算，结果如表2所示。

表2 组混凝土试块二元线性计算数值

序 vi Ri fi vi2 viRi Ri2 vifi fi2 Rifi

1 3.86 24.20 16.13 14.90 93.41 585.64 62.26 260.18 390.35

2 3.76 25.40 16.00 14.14 95.50 645.16 60.16 256.00 406.40

3 3.86 26.80 16.67 14.90 103.45 718.24 64.35 277.89 446.76

4 4.23 29.10 24.22 17.89 123.09 846.81 102.45 586.61 704.80

5 4.21 28.10 23.47 17.72 118.30 789.61 98.81 550.84 659.51

6 4.20 28.00 23.69 17.64 117.60 784.00 99.50 561.22 663.32

7 4.17 33.70 28.36 17.39 140.53 1135.69 118.26 804.29 955.73

8 4.18 32.60 28.53 17.47 136.27 1062.76 119.26 813.96 930.08

9 4.09 33.40 28.80 16.73 136.61 1115.56 117.79 829.44 961.92

10 4.13 31.40 25.96 17.06 129.68 985.96 107.21 673.92 815.14

11 4.06 31.20 26.53 16.48 126.67 973.44 107.71 703.84 827.74

12 4.15 33.30 28.31 17.22 138.20 1108.89 117.49 801.46 942.72

∑ 48.90 357.20 286.67 199.55 1459.31 10751.76 1175.25 7119.64 8704.46

平均值 4.08 29.77 23.89 16.63 121.61 895.98 97.94 593.30 725.37

经过计算得到回归方程式：

fic=-52.04+10.51vi+1.11Ri （1）

Rf.vR==0.9866

er==3.82

2.86

3.1.2非线性回归分析

对所测得的混凝土超升值、回弹值进行非线性回归分析，结果如表3所示。

表3 非线性回归分析计算表（4-5）

序号 vi Ri fi lnvi lnRi lnfi

1 3.86 24.20 16.13 1.3507 3.1864 2.7807

2 3.76 25.40 16.00 1.3244 3.2347 2.7726

3 3.86 26.80 16.67 1.3507 3.2884 2.8136

4 4.23 29.10 24.22 1.4422 3.3707 3.1872

5 4.21 28.10 23.47 1.4375 3.3358 3.1557

6 4.20 28.00 23.69 1.4351 3.3322 3.1651

7 4.17 33.70 28.36 1.4279 3.5175 3.3450

8 4.18 32.60 28.53 1.4303 3.4843 3.3510

9 4.09 33.40 28.80 1.4085 3.5086 3.3604

10 4.13 31.40 25.96 1.4183 3.4468 3.2566

11 4.06 31.20 26.53 1.4012 3.4404 3.2783

12 4.15 33.30 28.31 1.4231 3.5056 3.3432

∑ 48.90 357.20 286.67 16.8498 40.6514 37.8092

平均值 4.08 29.77 23.89 1.4042 3.3876 3.1508

通过非线性回归分析，计算得到回归方程式：

fi=0.00996vi3.5215Ri0.8310（2）

U=bL1f+CL2f=3.5215×0.0856+0.8310×0.2696=0.5255

R==0.9038

er==6

4.75

3.2测强曲线的建立

3.2.1确定测强曲线

试验采用超声、回弹测试和抗压试验三种方法，平行进行，对测试及试验结果通过回归分析、整理，建立了超声回弹综合法两种测强曲线和相应的技术规程。曲线方程如下:

fic=-52.04+10.51vi+1.11Ri 综合法（二元线性）

fic=0.00996vi3.5215Ri0.8310综合法（二元非线性）

平均相对标准差：

利用超声回弹综合法建立混凝土专用测强曲线的研究和应用

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