声速法检测新浇筑混凝土受扰损伤机理的研究.pdf

2 0 1 1年 第 7 期 (总 第 2 6 1 期 ) Nu mb e r 7i n 2 0 1 1 ( T o t a l N o 2 6 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACT I CAL TECHN0L0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 7 0 4 3 声速法检测新浇筑混凝土受扰损伤机理的研究 王长荣 ( 酒泉职业技术学院 建筑工程系，甘肃 酒泉 7 3 5 0 0 0 ) 摘要： 新浇筑混凝土在初凝时如果受外界扰动， 混凝土内部结构会受损， 强度会降低， 但在混凝土终凝后， 外界扰动混凝土内部结构受 损不大， 强度不会受影响。 利用超声波脉冲法比较基准混凝土与受扰动混凝土之间的超声声速， 来判断混凝土试件的受扰动情况。 关键词 ： 超声波脉冲 ；混凝 土 中图分类号： T U 5 2 8 0 7 文献标志鹤 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 7 0 1 2 9 0 2 Det e ct i o n o f t he n ew s pe ed o f s ound pour i ng of c on c r et e dama ge mec h ani s m of di s t ur be d W AN G Ch a n g- r o n g ( J i u q u a nV o c a t i o n a l a n dT e c h n i c a l C o l l e g e ， J i u q u a n 7 3 5 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ne w p o u r i n g c o n c r e t e i n t h e i n i t i a l s e t t i n g t i me by e x t e r n a l d i s t u r b a n c e s ， i f t he c o nc r e t e i n t e rna l s t r u c tur e wi l l be d a ma g e d， the i n t e n s i t y wi l l d e c r e a s e， b u t t he fi n a l s e t t i n g o fc o n c r e t e， th e e x t e r n a l d i s t u r b a n c e i s n o t d a m a g e d t h e i n t e m a l s t r u c t u r e o fc o n c r e t e， s t r e n g t h wi l l n o t be a ffe c t e d I n thi s pa p e r ， u l t r a s o ni c p ul s e me tho d a n d by t h e c o n c r e t e b a s e o fc o mp a r i s o n b e t we e n t h e s p e e d o f s o u n d d i s t u r banc e o fc o n c r e t e t o d e t e r mi n e c o n c r e t e s p e c i me n s b y t h e p e r t u r b a t i o n Ke y wor ds ： ul t r a s o n i c p u l s e me t h o d； c o n c r e t e 0 引言 随着国家对西部开发的不断地深入 ， 西部的交通流量也 在不断的增加。 很多桥梁均是 2 0 世纪 7 0 年代到 8 0年代建设的 桥梁， 其设计已经无法满足现在交通的要求 ， 再者加上外部环境 对桥梁混凝土的侵蚀 ， 很多桥梁发生了严重的破坏， 因此需要 加固和改造。 西部地区的交通条件使得我们更不能中断交通去 对桥梁加固 ， 研究运用抗扰动混凝土对需修补的桥梁进行加 固， 需用一种方法来测定新浇筑混凝土受扰动后损伤程度。 根据超声波脉冲穿越混凝土的时间( 称为声时) 和距离( 称 为声程) 。 即可计算出声速 ； 根据波幅和频率 ， 可求得超声脉冲 在混凝土中的能量衰减； 根据所显示的波形 ， 经过适 当的处理 后可得到接收信号的频谱等信息 1 。 结构混凝土的超声波脉冲法检测是以强度与超声波在混凝 土中传播参数( 声速， 衰减系数等) 之间的关系为基础的。 超声波 实质上是高频机械振动在介质中的传播， 当它穿过混凝土时， 混 凝土的每一个微区都产生拉伸压缩( 纵波) 或剪切( 横波) 等应力 应变的过程翻 。 超声波穿过混凝土试块的传播特性和混凝土的强 度以及混凝土的内部的一系列特征存在着一定的关系。 通过大 量的试验， 可以建立混凝土试块的强度和超声声速的关系， 同样 的， 混凝土的超声声速， 也在某种程度上面依然可以反映混凝土 的试件的强度和混凝土受扰破坏的程度。 本研究通过测量穿过相对混凝土试件测点之间的时间来 计算穿过混凝土试件的超声声速 ， 通过比较基准混凝土与受扰 动混凝土之间的超声声速， 来判断混凝土试件的受扰动情况。 1 试 验 本试验采用酒钢宏达水泥厂生产的 P 0 4 2 5级水泥 ， 细 收稿日期：2 0 1 1 - ( 】 1 _ 2 5 度 3 3 0 m2 k g ； 初凝时间14 5 rai n ； 终凝时间3 5 MP a ； 2 8 d 抗折强度6 5 M P a ； 3 d 抗 压强度1 9 MP a ； 2 8 d 抗压强度为4 5 MP a 。 采用细度模数为 2 8 5 的中砂， 最大粒径为 4 0 rai n的碎石。 高效减水剂， 普通自来水。 震击式标准振筛机、 电子秤 、 超声波检测仪、 贯人阻力仪、 自制模具图 1 。 2 I 一 ! 0 I 1 I j 4 R3 O 图 1 自制模具( 单位 ： C ff 1 ) 试验中 C 3 0配合比为水： 水泥： 砂： 石 = l 7 5 ： 3 5 0 ： 6 7 0 ： 1 1 3 5 ； C 4 0配合比为水： 水泥： 砂： 石 = 1 7 5 ：4 3 8 ：6 7 0 ： 1 1 3 5 ； C 5 0配合比为 水： 水泥： 砂：石 = 1 7 5 ： 5 1 5 ： 6 7 0 ： 1 1 3 5 。 试验中每一配合比混凝土共成型 4组试件， 其中一组为基 准混凝土， 另外三组试件在标准振筛机中受扰。 在成型后 2 4 h ， 拆模 ， 放人标准养护室进行养护。 然后测定混凝土成型后 3 、 7 d 超声声速。 比较受扰混凝土与基准混凝土超声声速的不同， 测定 混凝土在非限制条件下受扰期。 2 试验结果 2 1 C 3 0混凝土显式受扰期 内受扰性研 究 C 3 0 混凝土试件在成熟度为 1 9 7 4 0 h ( 即在显式受扰期 内) 时受扰 3 mi n 。 在成型 2 4 h后拆模 ， 测定其成型后 3 d 超声 1 2 9 声速。 表 l 为混凝土受扰试件以及基准试件 3 d超声声速。 表 1 C3 0混凝土的 3 d超声声 速 由表 1 可看出 C 3 0混凝土的早期振动对混凝土的超声声 速有着一定的影响， 混凝土试件声速出现了一定程度的降低 ， 但 是影响不是很明显。 混凝土在初凝前( 贯人阻力为 3 5 MP a ) 进行 抗扰动试验， 混凝土的3 d的超声声速对比于基准混凝土出现了 一 定程度下降， 超声声速为 4 3 4 k m s ， 而基准混凝土的超声声 速为 4 5 2 k m s 。 这说明在混凝土初凝之前混凝土的扰动会造成 混凝土性能的劣化。 2 2 C3 0混凝 土超 过显 式 受扰 期 后 受扰 性 研 究 C 3 0 混凝土在终凝后( 即成熟度为2 4 2 2 、 2 9 2 4 、 3 2 2 6 h ) ， 混凝土试件受扰 1 2 mi n 。 成型 2 4 h 后拆模， 测定混凝土试件成型 3 、 7 d的超声声速。 表 2 、 3 分别为混凝土基准与在成熟度为 2 4 2 2 、 2 9 2 4 、 3 2 2 6 h 时分别受扰 1 2 mi n后试件 3 , 7 d 超声声速。 表 2 C3 0混凝土超过显式受扰期受扰 3 d超声声速 表 3 C3 0混凝土超过显式受扰 期受扰 7 d超声声速 从表2 、 3 可以看出， 在混凝土终凝后， 在成熟度为 2 4 2 2 h 时混凝土试件受扰动会造成混凝土的超声声速对比于基准混凝土 有一定程度的下降， 而成熟度为2 9 2 4 h时混凝土试件受扰动 也会造成混凝土 3 d 超声声速的下降， 而在成熟度为 3 2 2 6 h 时混凝土试件受扰动则试件 3 d与 7 d 超声声速无明显的影响。 由表还可以知道混凝土在其硬化的过程中超声的声速是不断 的增加的，成熟度为 2 4 2 2 、 2 9 2 4 h时受扰混凝土试件 3 d 与 7 d超声声速的下降较明显 ， 说明扰动对混凝土内部会造成 一 定的损害。 2 3 C4 0混凝土显示受扰期 内受扰性研 究 C 4 0混凝土试件在成熟度为 1 9 3 4 0 h ( 即在显式受扰期 内) 时受扰 3 mi n 。 在成型 2 4 h后拆模 ， 测定其成型后 3 d超声 声速。 表 4 为混凝土受扰试件以及基准试件 3 d 超声声速。 表 4反映的是 C 4 0混凝土试件在成熟度为 1 9 3 4 h时 受扰动试件与基准试件 3 d超声声速变化比较。 由表 4可得出 C 4 0混凝土的早期振动对混凝土的超声声速有着一定的影响， 混凝土试件声速出现了一定程度的降低， 但是影响不是很明显。 混凝土抗扰动试验， t 昆 凝土的3 d的超声声速对比于基准混凝土 出现了一定程度下降， 受扰动混凝土的超声声速为 4 4 1 k m s ， 而基准混凝土的超声声速为 4 5 5 k m s 。 这说明在混凝土初凝之 前混凝土的扰动会造成混凝土性能的劣化。 表 4 C 4 0混凝土的 3 d超声声速 1 30 2 4 超过显式受扰期后 C4 0混凝土受扰性研 究 C 4 0 混凝土在终凝后( 即成熟度为 2 4 2 2 、 2 9 3 4 、 3 2 3 - 5 h ) ， 混凝土试件受扰 1 2 mi n 。 成型 2 4 h后拆模 ， 测定混凝土试件成 型 3 、 7 d的超声声速。 表 5 、 6分别为混凝土基准与在成熟度为 2 4 2 2 、 2 9 3 4 、 3 2 3 5 h时分别受扰 1 2 mi n后试件 3 、 7 d超声 声 速。 表 5 C4 0混凝土超过显式 受扰期 受扰 3 d超声声速 表 6 G 4 0混凝土超过显式受扰期受扰 7 d超声声速 表5 、 6可看出， 在混凝土终凝后， 成熟度为 2 4 2 2 h时和 2 9 3 4 h时混凝土试件受扰动会造成混凝土的超声声速对比 于基准混凝土有一定程度的下降， 而成熟度为 3 2 3 5 h 后混凝 土试件受扰动则试件超声声速无明显的影响。 由表还可以知道 混凝土在其硬化的过程中超声的声速是不断的增加的， 成熟度 为 2 4 2 2 、 2 9 3 4 h时受扰混凝土试件 3 d与 7 d超声声速的 下降较明显， 说明扰动对混凝土内部会造成一定的损害。 2 5 C5 0混凝 土显 示 受扰 期 内受扰 性研 究 C 5 0混凝土试件在成熟度为 1 9 0 3 0 h ( 即在显式受扰期 内) 时受扰 3 mi n 。 在成型 2 4 h后拆模 ， 测定其成型后 3 d超声 声速。 表 7为混凝土受扰试件以及基准试件 3 d超声声速。 表 7 G 5 0混凝土的 3 d超声声速 表 7反映的是 C 5 0混凝土试件在成熟度为 1 9 0 _ 3 h时 受扰动试件与基准试件 3 d超声声速变化 比较。 由表 7可得出 C 5 0混凝土的早期振动对混凝土的超声声速有着一定的影响， 混凝土试件声速出现了一定程度的降低， 但是影响不是很明显。 混凝土抗扰动试验， 混凝土的 3 d的超声声速对比于基准混凝土 出现了一定程度下降， 受扰动混凝土的超声声速为 4 5 4 k m s ， 而 基准混凝土的超声声速为4 6 8 k l i l s 。 这说明在混凝土初凝之前 混凝土的扰动会造成混凝土性能的劣化。 2 6 超过显式受扰期后 c5 0混凝土受扰性研究 C 5 0 混凝土在终凝后( 即成熟度为2 4 3 2 、 2 9 3 7 、 3 2 3 5 h ) ， 混凝土试件受扰 1 2 mi n 。 成型 2 4 h 后拆模， 测定混凝土试件成型 3 、 7 d的超声声速。 表 8 、 9 列出了 C 5 0 混凝土试件受扰动混凝 土试件与未受扰动混凝土试验数据。 表 8 G 5 0混凝土超过、 显过受扰期受扰 3 d 超声声速 编号 试件宽度 m m 时间 I x s受扰时成熟度 ( - h ) 超声速度 ( k m s ) 下转第 1 3 3页 日 山 、 骥 出 6 日 山 、 出 斗 W C W C ( a ) 抗压强度 ( b ) 抗渗性能 图 4 水灰 比对混凝土的影响 则分别使得混凝土抗压强度和抗渗性能逐渐降低。 2 4 机制砂混凝土与河砂混凝土的对比分析 将通过上述试验优化的机制砂二衬混凝土配合 比与福永 高速工地用河砂二衬混凝土配合比( 见表 4 ) 及原材料成本( 见 表 5 ) 相对比可知： 在性能大致相同的情况下， 机制砂混凝土单 位立方米成本可降低 5 8 9 2元， 降低幅度达 1 4 ， 经济效益比较 显著。 此外 ， 高石粉含量机制砂的使用不仅减少了洗砂除粉所造 成的资源浪费和环境污染， 而且为缺乏粉煤灰等优质矿物掺合料 的地区配制高性能低强度等级混凝土提供了一种新的途径。 表 4 机制砂 、 黄砂二衬混凝土配合比及性能对比 注： 水粉比为用水量与混凝土中粉料质量的比值。 表 5 机制砂与黄砂 二衬混凝 土的成本对 比 原材料 价格 黄砂混凝土 机制砂混凝土 ( 元 t )单位立方米用量 t费用单位立方米用量 t费用 3结 论 ( 1 ) 使用石粉含量为 1 3 的机制砂， 可以配置出能够泵送 且工作性良好 、 强度等级为 C 3 0 、 抗渗等级为 S P 8的二次衬砌 机制砂混凝土。 ( 2 ) 高石粉含量机制砂应用在低强度等级泵送混凝土中时， 其 中的石粉可以起到类似矿物掺合料的作用， 缓解和易性差与 强度富余过多之间的矛盾。 且经济、 资源与环境效益显著。 上接第 1 3 0页 表 9 C 5 0混凝土超过、 显过受扰期受扰 7 d 超声声速 表 8 、 9可看出， 在混凝土终凝后 ， 成熟度为 2 4 2 2 h时和 2 9 3 4 h时混凝土试件受扰动会造成混凝土的超声声速对 比 于基准混凝土有一定程度的下降， 而成熟度为 3 2 3 5 h后混 凝土试件受扰动则试件超声声速无明显的影响。 由表还可以知 道混凝土在其硬化的过程中超声的声速是不断的增加的， 成熟 度为 2 4 2 2 、 2 9 3 4 h时受扰混凝土试件 3 d与 7 d超声声速 的下降较明显， 说明扰动对混凝土内部会造成一定的损害。 3结 论 ( 1 ) C 3 0 、 C 4 0 与 C 5 0 三种强度等级的混凝土， 在成熟度为 1 9 0 h 左右时， 混凝土在受扰 3 m i n 后， 尽管其表面没有出现 裂缝， 但是其 3 d 超声声速下降很多。 表明在显式受扰期间受扰 参考文献 ： 1徐健 ， 蔡基伟， 王稷良， 等 人工砂与人工砂混凝土的研究现状 国 外建材科技 ， 2 0 0 4 ， 2 5 ( 3 ) ： 2 0 2 1 1 2 2 李北星， 周明凯 石灰岩机制砂中石粉作掺合料对混凝土工作性和 强度的影响 公路， 2 0 0 7 ， 1 2 ( 1 2 ) ： 1 4 1 【 3 3 蔡基伟 石粉对机制砂混凝土性能的影响及机理研究 D 武汉： 武汉 理工大学， 2 0 0 6 【 4 】D E T WI L E R R J ， T E NN I S P D T h e u s e o f l i m e s t o n e i n p o l a n d c e me n t ： a s t a t e o f t h e a r t r e v i e w M S k o k i e ， I L： P o l a n d C e me n t As s o c i a t i o n ， 1 9 9 6 【 5 1 K AK A L I G， S I V I L I S S T， A G G E L I E， e t a 1 Hy d r a t i o n p r o d u c t s o f C ， GS a n d p o rt l a n d c e me n t i n t h e p r e s e n c e o f C a C O 3 l J 1 C e m e n t a n d C o n e r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 0 ( 3 0 ) ： 1 0 7 3 1 0 7 7 6 武汉理工大学 机制砂在混凝土中应用技术指南【 M 】 E 京： 人民交通 出版社 【 7 何锦云， 李瑞l 里， 王继宗 砂率对砼和易性及强度影响的试验研究【 J 河北建筑科技学院学报， 2 0 0 2 ， 1 9 ( 4 ) ： 2 9 3 0 作者简介： 刘战鳌( 1 9 8 6 一 ) ， 男 ， 硕士研究生， 研究方向为水泥与混凝 土建筑材料。 联系地址： 武汉市洪山区珞狮路 1 2 2 号 武汉理工大学硅酸盐材料工 程教育部重点实验室道路材料研究所( 4 3 0 0 7 0 ) 联 系电话 ： 1 3 0 1 6 4 5 5 4 7 1 对混凝土性能影响很大。 ( 2 ) 随着混凝土成熟度的上升( 成熟度越在 2 4 0 2 9 0 h 阶段) ， 混凝土受扰， 其 3 d与 7 d超声声速下降程度有所减缓 。 表明这个阶段受扰对混凝土性能影响有所减缓。 ( 3 ) 在成熟度 3 2 0 h左右时， 混凝土受扰后， 3 d与 7 d 的超声声速较基准混凝土超声声速高， 表明这个阶段 ， 受扰对 混凝土性能没有什大影响。 ( 4 ) 可以利用超声声速法测混凝土受扰后内部是否受损及 受损程度， 估算混凝土强度等级。 参考文献 】 】1杨洪波， 邓立志声波透射法检测混凝土裂纹 建筑技术开发， 2 0 0 2 ( 7 ) 【 2 】王国鼎， 袁海厌， 陈开利析 梁检； 贝 亏 加固【 I 北京： 人民交通出版， 2 0 0 3 作者简介： 联 系地址 联 系电话 王长荣( 1 9 6 5 一 ) ， 男， 副教授 ， 主要研究方向为结构、 材料 工程。 酒泉职业技术学院建筑工程系( 7 3 5 0 0 0 ) 1 3 8 9 3 7 4 5 2 8 3 1 3 3