超声回弹综合法检测大掺量复掺矿物掺合料混合砂混凝土实体抗压强度试验研究.pdf

2 0 1 1年 第 5期 ( 总 第 2 5 9期 ) N u mb e r 5 i n 2 0 1 1 ( T o t a l N o 2 5 9 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 P RACTI CAL T ECHNOL0GY d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 5 0 4 6 超声 回弹综合法检测大掺量复掺矿物掺合料 混合砂混凝土实体抗压强度试验研究 王大勇 1 ,2 ( 1 廊坊市建设工程质量检测中心 ，河北 廊坊 0 6 5 0 0 0 ；2 ， 廊坊市阳光建设 工程质量检测有限公司 ，河北 廊坊 0 6 5 0 0 0 ) 摘要： 在大掺量复掺矿物掺合料混合砂混凝土泵送浇筑的大型实体模型上进行超声、 回弹测试， 在原位钻取芯样替代实验室的立方体 试块 ， 采用最小二乘法 回归拟合得到超声阐弹综合法测强曲线。 通过工程测试数据误差分析与验证结 果表 明， 建立的综合法测强 曲线较国 家及北京曲线具有更 高的检测精度 ， 适合于该类混凝土抗压强度的现场检测 。 关键词 ： 超声 回弹综合法 ；大掺量矿物掺合料 ；混合砂 ；实体混凝土强度 ；大型实体模 型；芯样 ；测强曲线 中图分类号 ： T U5 2 8 0 7 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 1 4 0 0 2 E xpe r i m e n t a l s t u dy on i n s pe c t i ng s t r u c t ur e co m pr es s i v e s t r e ng t h o f c onc r e t e wi t h hi gh v ol um n c om p os i t e mi ner al admi x t u r es a nd mi xe d s an d by ult r as oni c r eb ound c ombi ne d m e t hod WANG Da - yo n g ( 1 L a n g f a n g Co n s tr u c t i o n E n g i n e e r i n g Qu a l i t y Te s t i n g C e n t e r ， L a n g f a n g 0 6 5 0 0 0， C h i n a ； 2 L a n g Nn g Ya n g g u a n g C o n s t ruc t i o n E n g i n e e r i n g Q u a l i t y T e s t i n g C o ， L t d ， L a n g Nn g 0 6 5 0 0 0 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： B a s e d o n t h e d a t a wh i c h o b t a i n e d fr o m t h e mo d e l s o f l a r g e s c a l e s i mu l a t i o n s t r u c t u r e wh i c h p u mp e d w i t h t h e h i 曲 v o lu me c o mp o s it e mi n e r a l a d m i x t u r e s a n d mi x e d s a n d c o nc r e t e， s u bs t i tut e d t h e c o r e s a mp l e fr o m t h e s o l i d m o d e l s f o r c u b i c s a mpl e i n t h e l a b o r a t o r y， t h e u l t r a s o n i c r e b ou n d c o mb i n e d s t r e n g t h c u r v e i s e s t a b l i s h e d b y l e a s t s q u a r e m e t h o dTh r o ug h th e e r r o r a n a l y s i s a nd the c o mp a ris o n b e t we e n the n a t i o n a l a n d B e ij i n g a r e a c u r v e wi t h t h e s i t e t e s t d a t a o f a c tua l e n g i n e e r i n g ， t h e s u p e r i o r i t y o f t h e a r t i c l e c u r v e i s t e s t i fi e d ， a n d i s s u i t a b l e f o r t h e h i 曲 v o l u mn c o mp o s i t e mi n e r a l a d mi x tur e s a n d mi x e d s a n d c o n c r e t e Ke y wor ds ： u l t r a s o n i c r e b o u n d c o mb i n e d me t h o d； b !i v o l u me mine ral a d mi x t u r e s ； mi x e d s a n d； s t r uc tur a l c o nc r e t e s e n Nh； l a r g e s c a l e s o l i d mo d e l s ； c o r e s a mpl e ； s t r e n g t h c u r v e 0 引 言 目前 ， 我国天然中砂资源日见匮乏 ， 发展机制砂与细砂组 成的混合砂成为混凝土应用与研究的趋势， 同时在混凝土中大 量复掺粉煤灰、 矿粉等电厂废料， 节能利废， 是实现混凝土行业 可持续发展的重要途径。 虽然大掺量矿物掺合料混合砂混凝土 以其 良好 的社会效益 、 经济效 益与环保效益而广泛 的应用 于土 木工程中， 但未见国内采用超声回弹综合法检测其现场混凝土 抗压强度的文献 ， 因此建立该类混凝土现场测强曲线具有重要 的现实意义 。 超声回弹综合法是原位无损检测混凝土抗压强度的重要 方法之一， 其测强曲线的传统制定方法采用实验室自然养护标 准立方体试件 ， 但该类试件与结构构件的工作性能存在较大差 异 。若对结构钻取芯样 ， 会对其造成人为损伤 ， 且会 因钻芯取样 位 置不能涵盖整 个构件而不 能全 面反映实 际结 构中混凝 土强 度的分布情况。 为此， 本试验在采用复掺粉煤灰、 矿粉混合砂混 凝 土泵送浇筑的大 型模拟 实体结构试验模型上进行超声 、 回弹 测试， 在原位钻取芯样替代实验室立方体试块， 系统研建了适 用于结构实体混凝土抗压强度检测用超声回弹综合法测强曲 收稿 日期 ：2 0 1 0 1 2 - 0 9 1 40 线， 并对其进行工程验证， 最后利用试验数据对其他混凝土强 度无损检测方法的检测效果进行 了比较。 1试 验 概 况 1 ， 1 原 材料 与混凝 土 配合 比 试 验用水泥为 P O 4 2 5级水泥( C) ， I I 级粉煤灰( F A) ， $ 9 5 级矿粉( S G) ， 天然细砂( = 1 5 ) 与机制砂( ： 3 7 ) 组成混合砂 ( MS ) ， 粒径 5 0 2 5 0 mm碎石 ( G) ， J F 一 9型高效泵送减水剂 ， 混 凝土拌合及养护用水( w) 均为当地用 自来水。 混凝土配合比设计以强度为目标， 采用大掺量复掺粉煤灰、 矿粉的方法， 以混合砂替代天然中砂并加入适量高效泵送减水 剂的方式配置 C 2 0 、 C 2 5 、 C 3 0 、 C 4 0 、 C 5 0 、 C 6 0六个， 具体混凝土 配合 比见表 1 。 1 2大型 实体 模 型设 计 为提高试验的代表性和实用性 ， 混凝土由生产质量稳定的 大型混凝土公司提供， 并采用表 1 混凝土配合比泵送浇筑模拟 实体结构试验模型( 图 1 ) 共计 6 个， 墙体与顶板按构造配筋。 大 型实体模型混凝土施工与养护均按现行 G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 1 混凝 土结构施工质量验收规范 执行。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 1 试验混凝土配合 比 k g m 图 1 大型实体 结构模型及试验现场 1 3试 验 方 法 试验采用在模 拟实体结构模 型的混凝土墙 体上预 先划分 好的测试区域内钻取标准直径混凝土芯样取代传统实验室立 方体试块 ， 在 l 4 、 2 8 、 6 0 、 9 0 、 1 8 0 、 3 6 0 、 7 2 0d 测试龄期时在 对应钻 取芯样部位进行超声与回弹测试 ， 数据测试严格按现行规程 l_ 执行 。 试 验用仪器设备均检 定有效 试验过程 巾， 应据外界环境 ( 尤其是低温条件下 ) 对钻取芯 样时试验模型水浸润处进行适当处理 ， 且破 型试验 不得使用不 合格芯样 ； 声时采集由NM一 3 C型非金属智能超声检测仪配置 5 0 k H z 厚 度向换能器通过凡士林 耦合剂 与洁净混凝土 表面 良 好耦合 ， 对测测 区的每测点声时采取多次测定取其均值 的措施 提高测试精度 ， 超 声波在混凝 土墙 体 中传播 通过 的距 离( 墙 体 厚度 ) 由 D J L C A型楼板测厚仪测定 ， 精确至 l m t n 。 2 试验 结果与分析 2 1 超声回弹综合法测强曲线建模 ( 1 ) 曲线模型回归。 试验得到有效数据 7 2 7 组 ， 异常数据 剔出率 2 5 。 回归用数学模型选取指数模 型 、 规程【 l 1推荐 的复合 幂指数模型并考察含碳化参数的三元指数乘幂模型， 拟合参数 选用声速值 和回弹值为 自变量 ， 芯样试 件抗压强度为 变量。 据最小二乘法原理 由 E x c e l 软 件对 数据进行 回归 分析 ， 曲 线拟合结果 及其相应相 关系数 r 、 平均 相对误差 6以及相对 标 准差 e 计算 结果见表 2 。 表 2 测 强曲线模型 回归分析 ( 2 ) 拟合曲线选择与效果检验。 规程推荐测强曲线模型中 未考虑碳化的影 响 ， 从表 2得到的拟合测强 曲线模型 的统计结 果中可看到 ， 其对应误差指标 值间数值 相差不超过 l ， 可见在 正常施工 、 规范养护 条件下 ， 试验混凝 土配合 比浇筑 的实体结 构混凝土碳化 深度参数对综 合法测强 曲线 模型之精 度提高不 多 ， 可忽略不计 。 在保证满足规程要求精度， 并避免碳化测试带来人为误差 的情况下 ， 选取复合幂指数模型作为超声回弹综合法测强曲线： ， = 0 0 2 1 9 5 9 v ( 1 ) 式( 1 ) 中符号涵义同现行规程_ 】l ， 该曲线相对标准差为 1 3 8 ， 满足现行规程I 】 规定 。 罔 2为该曲线换算强度与芯样混凝土抗 压强度及其相对误差的散点图。 芯样抗 压强度 MP a 芯样 抗压强 度 MP a ( a 1 ( b ) 图 2 混凝土换算强度与芯样强度比较及误差分布 在图 2 ( a ) 中， 曲线模型换算强度的散点基本均匀分布在 4 5 度对称线两侧； 在罔 2 ( b ) 中， 线模型相对误差从混凝土换算 强度的平面散点 中间穿过， 散点分布具有随机性 ， 不存在 明显有偏 区段 ； 在横轴两侧正负偏差基本均匀分布 ， 从而能使混凝土估算强 度具有正负互补的特生， 使曲线模型具有足够的统计精度。 2 2 对国家及北京综合法测强曲线精度的检验 图 3为国家及北京地区 超声回弹综合法测强曲线混凝土 换算强度与对应芯样试件抗压强度的散点图。 从图3可看到： 在 低强阶段 ， 两条曲线换算强度与芯样强度差值不大； 但随着混 凝土强度的提高 ， 二者误差越来越大， 绝大部分数据散点的换 算强度均要明显低于芯样混凝土强度值。 8O 70 三6 0 5 0 篓 o 器3 0 20 l 0 l 0 2 0 30 40 5 0 60 7 0 80 芯样试 件抗压 强度 MP a 图 3 国家与北京综合法测强曲线的精度验证 由试验数据， 经计算得到国家及北京综合法( 粗骨料为碎 石 ) 测强曲线 的平均相对误差依次为+ 2 4 6 、 + 2 3 3 ， 相对标准 差 为 2 8 9 、 2 7 6 ， 其相 同指标 间数值相 差不超过 2 ， 均 明显 低于规程【 1 规定精度， 表明上述两条曲线在检测复掺粉煤灰 、 矿 粉混合砂混凝土现场强度时具有同等精度， 但均明显低于所建 综合法测强曲线式( 1 ) 的检测精度 ， 不能用于该类混凝土抗压 强度的现场检测。 2 3工 程 适 用性 验 证 ( 1 ) 测 区换算 强度与 对应芯样强 度 比较 。 采用 _T程实测数 据与其对应芯样抗压强度以及没有参与回归分析的试验数据 共计 1 3 0组， 对曲线精度进行比较， 验证结果见表 3 。 表 3测区混凝土强度误差统计 下转第 1 4 4页 1 41- 鲫 加 如 如 如 暑 j m 想 州 磐 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 4递进式油路分配器 上接第 1 4 1 页 由表 3可知 ， 统计得到的平均相对误差与相对标准差均低 于国家与北 京曲线结果 ， 回归 曲线计算强度与对应测区的芯样 试件混凝土抗压强度接近。 ( 2 ) 综合法与钻芯法对单构件混凝土推定强度比较。 在新 建工程上随机抽取的 2个剪力墙构件超声回弹测试后各钻取 2个标准直径混凝土芯样试压， 对其构件混凝土抗压强度推定结 果见表 4 。 表 4单构件混凝土现场强度推定结果 比较 注：表 中数值结果的分 子分母各代表一个构件的相应统计指标的 计算值。 由表 4可知， 本文测强曲线对单个构件混凝土抗压强度推 定结果较国家曲线 、 北京曲线结果精度更高， 更接近采用钻芯 法的检测强度； 构件综合法换算强度均值与钻芯法强度均值更 为接近 ， 具有更好的可 比性。 工程适用性验证结果进一步表明 ， 本文曲线检测精度更高， 更适合于复掺粉煤灰、 矿粉混合砂混 凝 土抗压强度的现场检测 。 2 5 与回弹法、 超声法测强曲线精度的比较 由试验数据回归拟合回弹法与超声法测强曲线， 优选后结 果如下 ： ， = 0 0 9 3 1 0 4 R 7 0 3 1 0 。 。 ( 2 ) ， = 0 0 5 0 2 5 7 v ( 3 ) 式 ( 2 ) 、 ( 3 ) 相关 系数 为 O 8 8 、 0 6 7 ， 平均相对误差为 1 1 9 、 + 1 8 4 0 0 ， 相对标准差为 1 3 9 o 0 、 2 3 6 。 显然， 超声回弹综合法检测 精度较回弹法略高， 超声法最低。 这表明超声回弹综合法采用混凝 土内部传播声速和混凝土表面回弹值两种参数能够相对弥补单一 参数方法测试精度的不足， 从而进一步提高检测结果的精度 。 1 】 黄长礼， 刘古岷混凝土机械 M E 京 ： 机械工业出版社， 2 0 0 1 【 2 】 毕胜强 如何适当延长工程机械的使用寿命【 J J 筑路机械与施工机械 化 ， 2 0 0 6 ( 1 ) ： 4 0 4 1 3 】 邓爱民 商品混凝土机械【 M 】 北京 ： 人民交通出版社， 2 0 0 0 作者简介： 张强( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 讲师， 研究方向： 工程机械控带 诊断。 联系地址： 山东省青州市第二炮兵士官学校四系4 0 4 教研室( 2 6 2 5 o o ) 联 系电话 ： 1 3 7 9 1 8 7 9 8 5 6 型实体模型上进行超声、 回弹测试， 在原位钻取芯样替代实验 室的立方体试块建立回归曲线， 拓展了混凝土无损测强曲线建 立 的思路。 ( 2 ) 采用芯样试件强度作为回归拟合因变量， 使得拟合曲 线换算强度更加接近结构混凝土实际强度， 同时原位声时测定 在模拟实体试验模型上进行而避免了立方体试件中超声波传 播过程中的边界效应。 ( 3 ) 超声回弹综合法具有较其他单一无损检测方法更高的 精度 ， 能用于检测大掺量复掺粉煤灰、 矿粉混合砂混凝土抗压 强度并给出了测强曲线方程， 对于发展与提高该类混凝土实体 无损强度 现场检测水平具有重要意义 。 ( 4 ) 模拟实体结构试验模型的混凝土选材 、 养护情况 、 外界 环境温湿度以及芯样试件加工等因素会影响曲线的测试结果， 虽建立了基于芯样试件抗压强度的超声回弹综合法测强曲线， 但使用前应对其进行验证。 ( 5 ) 本研究成果可为今后修订现行超声 回弹综合法规程提 供重要的试验数据和背景材料， 对于更长龄期试验数据有待进 一 步补充与完善 。 参考文献 ： 【 1 C E C S 0 2 ： 2 0 0 5 ， 超声回弹综合法检测混凝土抗压强度技术规程【 s 】 北京 ： 中 国计划出版社 ， 2 0 0 5 【 2 C E C S 0 3 ： 2 0 0 7 ， 钻芯法检测混凝土强度技术规程【 s - E 京： 中国建筑 工业出版社 ， 2 0 0 7 3 】邱平建筑工程结构检测数据的处理【 M 】 北京： 中国环境科学出版 社 ， 2 0 0 2 f 4 】D B J T O 1 7 8 2 ( ) o 3 ， 回弹法、 超声回弹综合法检测泵送混凝土强 度技术规程 s 】 f 5 】 王大勇， 白有良， 王亮 超声一 回弹综合法对服役钢筋混凝土结构的 健康诊测 J 1 E 华航天工业学院学报， 2 0 0 7 ， 1 7 ( 4 ) ： 3 0 - 3 4 作者简介： 王大勇( 1 9 7 4 一 ) ， 男， 高级工程师， 从事建筑结构检测鉴定 与科研工作。 3 结 论 联系地 址： 河 ； 北 ( o 省 6 5 廊 o o 坊 o ) 市建国道。 号 廊坊市建设工程质量检测中 ( 1 ) 试验首次 在大掺量复掺 粉煤灰 、 矿粉混合砂 混凝土大 联系电话： 1 3 1 3 1 6 0 0 9 7 8 墓 曩 圈 发改 委 对 粉煤 灰 综合 利用 管理 办 法 进 行 修订 据悉国家发改委正会同有关部门， 对 1 9 9 4年由原国家经贸委等六部委联合颁布的 粉煤灰综合利用管理办法 进行修订。据测 算 2 0 1 0年粉煤灰产生量约 4 5 亿 t ， 加之历年堆存量， 已造成占用土地和环境污染较为突出问题。本次修订以规范粉煤灰综合利用 和发展 ； 细化和增加新条款， 增强可操作性； 明确粉煤灰综合利用的管理主体和职责； 建立健全促进粉煤灰综合利用的激励和约束 机制； 尤其突出了鼓励高附加值和大掺量利用。 新修订的 管理办法 有望年内颁布， 原国经贸节 1 9 9 4 】 1 4号文件将同时废止。 1 44 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m