论文部分内容阅读
【摘 要】随着建筑工程质量检测技术的日趋完善，建筑工程施工质量验收统一标准中的十六字指导思想“验评分离，强化验收，完善手段，过程控制”在工程中的具体应用得以实现。“完善手段”这一指导思想在工程质量验收中也就显示出越来越重要的的位;用s科学的检测数据来判断，避免减少人为因素的干扰和主观评价的影响，同时建立规范的“平行检查”中增加检测手段控制，为工程质量验收、结构完整和使用功能的完善提供保证。
【关键词】超声-回弹;检测;混凝土;强度
1. 绪论
非破损检测与常规的标准试块破坏试验方法相比，具有下列特点：
（1）无损于材料、结构的组织及使用性能，且简便快速，比较准确;
（2）可直接在试件或结构物上，对材料的质量、强度和其它相关性能进行重复、全面的检测，运用预先建立的率定关系函数方程式，推算混凝土的强度值，能比较真实的反映混凝土结构、构件各部位的实际强度，不仅减少了试块的制作量，同时，有效的弥补了材料试件不真实反映工程质量的缺点;
（3）能获得破坏试验不能获得的信息，标准试块破坏试验只能用于新工程的混凝土质量检查，而非破损检测方法，对新建工程和已有构筑物都能应用;
（4）由于是间接检测，检测结果要受到其他因素的影响，所以，检测精度要差一些。
2. 原材料、混凝土配制方法
2.1 试验研究配制混凝土的原材料的基本性能
1.水泥：
水泥选用山东鲁南水泥有限公司生产的硅酸盐水泥（Portland Cement ）P.I52.5，28天实测抗压强度为58.6MPa。
2.细集料采用青岛地区当地生产的机制破碎粗砂，岩石的主要矿物成分为花岗岩;粗集料采用青岛地区当地岩石生产的机制破碎石子，粒径为5～20mm，岩石的主要矿物成分为花岗岩。
3.其他材料
矿渣粉采用青岛碱厂粉磨的粒化高炉矿渣; 粉煤灰采用黄岛发电厂出产的Ⅱ级原状粉煤灰;高效减水剂采用青岛理工砼业科技有限公司生产的3C-A102高性能减水剂，掺量为1.2%;水采用可饮用的自来水。
2.2混凝土的配制方法
根据本课题的研究需要，采用基准混凝土按C45进行配合比设计，混凝土拌合物的坍落度控制在180mm;单掺粉煤灰的混凝土配合比，采用超量取代法取代水泥，超量系数Kf=1.5;双掺粉煤灰和矿渣粉的混凝土的配合比，采用矿渣粉取代1/4粉煤灰的方法，用水量都与基准混凝土相同。试验结果如表2-1所示。
表2-1 混凝土配合比及试验结果
2.3 回弹仪
ZC1型高强混凝土回弹仪：冲击能量为5.5N.m。适用于高强混凝土强度的测定。
由于本课题研究的混凝土强度在40～75MPa之间，通常采用的中型（N型）回弹仪已不能完全适用，因此，本项研究主要采用ZC1型高强混凝土回弹仪，从而创造性地建立用于从普通混凝土到高强混凝土的超声-回弹综合法检测普通-高强混凝土地区专用曲线（相关关系方程式）。
3. 超声-回弹综合法检测混凝土强度
超声-回弹综合法是指采用超声仪和回弹仪，在混凝土同一测区分别测量声速值Vi及回弹值Ni，通过校准测强公式（相关关系方程式）推算该测区混凝土的强度值。
如果建立经验公式所选定的平面型方程（f=a+bv+cN）或曲面型方程（f=avbNc）符合f与v，N之间的相关规律，那么，将全部试块的强度平均值i，声速平均值i，回弹平均值i代入所选定的方程之中（如平面型方程i=a+bi+ci），則这个方程是成立的，显然，将这批试块划分为几组，每组试件不少于10个，以每组试块的强度平均值j，声速平均值j，回弹平均值j代入选定的方程中（j=a+bj+cj），则这个方程式也是成立的，根据误差理论，样本数量超过10个的算术平均值，已有足够的可靠性。由于超声-回弹综合法经验公式中有三个系数（a，b，c），即有三个未知数，因此，可以按强度值的大小顺序，将全部试块（要求30块以上）等分为三个组（低强组、中强组、高强组）计算出每组试块试验结果的平均值（i，i，i），相应建立三个方程式，解出a，b，c三个系数。从几何意义上讲，在空间直角坐标系中，由试块试验结果（fi，vi，Ni）构成的空间点，按强度值fi的大小划分为三个区域，每个区域的试块试验结果的平均值，就构成了一个坐标点（i，i，i），三个区共有三个坐标点，代表了全部试块的试验结果[26]。由于三个点（不在一条直线上）可以决定一个平面，它即是最后求得的经验公式所决定的平面或曲面。因此，把这种方法叫做三点法，下面通过试验来建立超声-回弹综合法检测普通-高强混凝土强度的相关关系方程式。
配制C45混凝土（混凝土配合比见表2-9），在现场制作了同条件养护试块30块（15×15×15cm3），分别按7d，28d，60d的龄期进行超声、回弹、抗压试验，实验结果见表3-1的实测值。
（1）选用平面型方程f=a+bv+cN，计算经验公式系数a，b，c。
首先将试块试验结果按强度值fi的大小顺序计入表3-1实测值栏。
按强度值fi的大小，大致等分为三组，每组试块数量不少于10块，如表3-1中划分为低强组、中强组和高强组三组。
表3-1 经验公式系数计算表
计算 j，j，j（见表3-1中分组平均值栏）。
分别将各组的 j，j，j值代入f=a+bv+cN公式中，建立三元一次联立方程组，并求解系数a，b，c：
46.77=a+4.010b+ 29.01c
55.69=a+5.196b+33.06c 68.40=a+5.255b+40.78c
求解后得
a=-8.386
b=1.948
c=1.632
最后得出超声-回弹综合法率定曲线的经验公式：
f=-8.386+1.948v+1.632N ……………………（3-1）
（2） 选用曲面型方程f=avb Nc，，计算经验公式系数a，b，c。
在应用三点法建立三元联立方程组之前，先把曲面型方程转变为平面型方程，最后尚须还原成曲面型方程。原方程为：
f=avbNc ……………………………….（3-2）
取对数
lnf=lan+blnv+ clnN
令 f’=lnf; v，=lnv; N’=lnN; a’=lna
则 f=a’+bv’+cN
显然，经过处理后的方程f’=a’+bv’+cN’，即可按平面型方程的计算步骤，确定系数a’，b， c 分别为：
a′=0.300
b=0.196
c=0.971
按a’=lna计算系数a：
a=ea’=e0.300=1.350
最后列出超声-回弹综合法律定曲线经验公式：
f=1.35v0.196N0.971 ……………（3-3）
应该特别指出的是，所建立的经验公式，只适用于试块试验值的最小值至最大值的区域范围内。如上面得出的经验公式有效范围为：声速值为3.86～5.34km/s;回弹值为26.0～45.0;强度值为41.0～73.5.MPa。超出范圍时，不得随意延伸曲线，扩大应用的范围。必要时，应进行足够的验证，确定是否可以扩大使用范围。测试工程的龄期有效范围为7～60d，超过范围的，必须以同条件试块试验加以修正。龄期较长的强度等级较低的混凝土，因混凝土碳化，对测试的回弹值要加以修正。
4.结论
由于混凝土材料本身的非均质性，使同一配合比相同技术条件的试块抗压强度实测值产生一定离散。
本课题用来确定回弹-超声综合法检测混凝土抗压强度的试块抗压强度范围从41.0NPa～73.5MPa，跨越普通混凝土（<60MPa）和高强混凝土（≥60MPa）两个强度范围，亦即该强度范围的回弹法检测已不适合普通混凝土回弹仪的检测，也不在高强回弹仪的检测范围。但是，经过相关理论分析和试验研究分析，采用高强回弹仪进行该项目的回弹仪检测抗压强度是比较适宜的，能达到足够的精确度。上面的研究结果证明了应用这种方法的正确性，为该类混凝土的现场检测开创了新方法。
通过在实际工程中的应用证明，本课题确定的检测方程式均具有非常高的精确度，可用于实际工程的现场检测。
【关键词】超声-回弹;检测;混凝土;强度
1. 绪论
非破损检测与常规的标准试块破坏试验方法相比，具有下列特点：
（1）无损于材料、结构的组织及使用性能，且简便快速，比较准确;
（2）可直接在试件或结构物上，对材料的质量、强度和其它相关性能进行重复、全面的检测，运用预先建立的率定关系函数方程式，推算混凝土的强度值，能比较真实的反映混凝土结构、构件各部位的实际强度，不仅减少了试块的制作量，同时，有效的弥补了材料试件不真实反映工程质量的缺点;
（3）能获得破坏试验不能获得的信息，标准试块破坏试验只能用于新工程的混凝土质量检查，而非破损检测方法，对新建工程和已有构筑物都能应用;
（4）由于是间接检测，检测结果要受到其他因素的影响，所以，检测精度要差一些。
2. 原材料、混凝土配制方法
2.1 试验研究配制混凝土的原材料的基本性能
1.水泥：
水泥选用山东鲁南水泥有限公司生产的硅酸盐水泥（Portland Cement ）P.I52.5，28天实测抗压强度为58.6MPa。
2.细集料采用青岛地区当地生产的机制破碎粗砂，岩石的主要矿物成分为花岗岩;粗集料采用青岛地区当地岩石生产的机制破碎石子，粒径为5～20mm，岩石的主要矿物成分为花岗岩。
3.其他材料
矿渣粉采用青岛碱厂粉磨的粒化高炉矿渣; 粉煤灰采用黄岛发电厂出产的Ⅱ级原状粉煤灰;高效减水剂采用青岛理工砼业科技有限公司生产的3C-A102高性能减水剂，掺量为1.2%;水采用可饮用的自来水。
2.2混凝土的配制方法
根据本课题的研究需要，采用基准混凝土按C45进行配合比设计，混凝土拌合物的坍落度控制在180mm;单掺粉煤灰的混凝土配合比，采用超量取代法取代水泥，超量系数Kf=1.5;双掺粉煤灰和矿渣粉的混凝土的配合比，采用矿渣粉取代1/4粉煤灰的方法，用水量都与基准混凝土相同。试验结果如表2-1所示。
表2-1 混凝土配合比及试验结果
2.3 回弹仪
ZC1型高强混凝土回弹仪：冲击能量为5.5N.m。适用于高强混凝土强度的测定。
由于本课题研究的混凝土强度在40～75MPa之间，通常采用的中型（N型）回弹仪已不能完全适用，因此，本项研究主要采用ZC1型高强混凝土回弹仪，从而创造性地建立用于从普通混凝土到高强混凝土的超声-回弹综合法检测普通-高强混凝土地区专用曲线（相关关系方程式）。
3. 超声-回弹综合法检测混凝土强度
超声-回弹综合法是指采用超声仪和回弹仪，在混凝土同一测区分别测量声速值Vi及回弹值Ni，通过校准测强公式（相关关系方程式）推算该测区混凝土的强度值。
如果建立经验公式所选定的平面型方程（f=a+bv+cN）或曲面型方程（f=avbNc）符合f与v，N之间的相关规律，那么，将全部试块的强度平均值i，声速平均值i，回弹平均值i代入所选定的方程之中（如平面型方程i=a+bi+ci），則这个方程是成立的，显然，将这批试块划分为几组，每组试件不少于10个，以每组试块的强度平均值j，声速平均值j，回弹平均值j代入选定的方程中（j=a+bj+cj），则这个方程式也是成立的，根据误差理论，样本数量超过10个的算术平均值，已有足够的可靠性。由于超声-回弹综合法经验公式中有三个系数（a，b，c），即有三个未知数，因此，可以按强度值的大小顺序，将全部试块（要求30块以上）等分为三个组（低强组、中强组、高强组）计算出每组试块试验结果的平均值（i，i，i），相应建立三个方程式，解出a，b，c三个系数。从几何意义上讲，在空间直角坐标系中，由试块试验结果（fi，vi，Ni）构成的空间点，按强度值fi的大小划分为三个区域，每个区域的试块试验结果的平均值，就构成了一个坐标点（i，i，i），三个区共有三个坐标点，代表了全部试块的试验结果[26]。由于三个点（不在一条直线上）可以决定一个平面，它即是最后求得的经验公式所决定的平面或曲面。因此，把这种方法叫做三点法，下面通过试验来建立超声-回弹综合法检测普通-高强混凝土强度的相关关系方程式。
配制C45混凝土（混凝土配合比见表2-9），在现场制作了同条件养护试块30块（15×15×15cm3），分别按7d，28d，60d的龄期进行超声、回弹、抗压试验，实验结果见表3-1的实测值。
（1）选用平面型方程f=a+bv+cN，计算经验公式系数a，b，c。
首先将试块试验结果按强度值fi的大小顺序计入表3-1实测值栏。
按强度值fi的大小，大致等分为三组，每组试块数量不少于10块，如表3-1中划分为低强组、中强组和高强组三组。
表3-1 经验公式系数计算表
计算 j，j，j（见表3-1中分组平均值栏）。
分别将各组的 j，j，j值代入f=a+bv+cN公式中，建立三元一次联立方程组，并求解系数a，b，c：
46.77=a+4.010b+ 29.01c
55.69=a+5.196b+33.06c 68.40=a+5.255b+40.78c
求解后得
a=-8.386
b=1.948
c=1.632
最后得出超声-回弹综合法率定曲线的经验公式：
f=-8.386+1.948v+1.632N ……………………（3-1）
（2） 选用曲面型方程f=avb Nc，，计算经验公式系数a，b，c。
在应用三点法建立三元联立方程组之前，先把曲面型方程转变为平面型方程，最后尚须还原成曲面型方程。原方程为：
f=avbNc ……………………………….（3-2）
取对数
lnf=lan+blnv+ clnN
令 f’=lnf; v，=lnv; N’=lnN; a’=lna
则 f=a’+bv’+cN
显然，经过处理后的方程f’=a’+bv’+cN’，即可按平面型方程的计算步骤，确定系数a’，b， c 分别为：
a′=0.300
b=0.196
c=0.971
按a’=lna计算系数a：
a=ea’=e0.300=1.350
最后列出超声-回弹综合法律定曲线经验公式：
f=1.35v0.196N0.971 ……………（3-3）
应该特别指出的是，所建立的经验公式，只适用于试块试验值的最小值至最大值的区域范围内。如上面得出的经验公式有效范围为：声速值为3.86～5.34km/s;回弹值为26.0～45.0;强度值为41.0～73.5.MPa。超出范圍时，不得随意延伸曲线，扩大应用的范围。必要时，应进行足够的验证，确定是否可以扩大使用范围。测试工程的龄期有效范围为7～60d，超过范围的，必须以同条件试块试验加以修正。龄期较长的强度等级较低的混凝土，因混凝土碳化，对测试的回弹值要加以修正。
4.结论
由于混凝土材料本身的非均质性，使同一配合比相同技术条件的试块抗压强度实测值产生一定离散。
本课题用来确定回弹-超声综合法检测混凝土抗压强度的试块抗压强度范围从41.0NPa～73.5MPa，跨越普通混凝土（<60MPa）和高强混凝土（≥60MPa）两个强度范围，亦即该强度范围的回弹法检测已不适合普通混凝土回弹仪的检测，也不在高强回弹仪的检测范围。但是，经过相关理论分析和试验研究分析，采用高强回弹仪进行该项目的回弹仪检测抗压强度是比较适宜的，能达到足够的精确度。上面的研究结果证明了应用这种方法的正确性，为该类混凝土的现场检测开创了新方法。
通过在实际工程中的应用证明，本课题确定的检测方程式均具有非常高的精确度，可用于实际工程的现场检测。