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2 0 1 5 年 4 月第 4期 城 市道桥 与防洪 成果应用 1 8 7 探讨无损检测技术在钢纤维混凝土工程中的应用 毛伟 ( 云南 公路 工程试 验 检测 中心 ，云南 昆 明 6 5 0 2 1 1 ) 摘 要 ： 无损检 测技术 指的是使用 光 、 超声波 等来 检测混凝 土 的性能 。使用这 种方 法检测 钢纤维 混凝 土可 以在不破 坏混凝 土结 构的基础上 ， 对混凝土结构的密实度 、 强度和均匀性进行检测。 并且整个检测过程操作方便、 检测成本低 。 基于此， 现对无损检测 技术在 钢纤混 凝土工程 中 的应 用进行探 讨 。 关键 词 ： 无损检 测技术 ； 钢纤维 ； 混凝 土工程 ； 应用 中 图分类 号 ： T U 5 0 2 + 6 文 献标 志码 ： A 文章 编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 1 8 7 0 2 0前言 钢纤维混凝土指 的是将钢纤维加入到混凝 土 中后得 到 了一种新型复合材料 ，可 以有效地 提高 混凝土 的抗弯 、 抗拉和抗剪切强度 。虽然钢纤维混 凝 土的结构性能显著提升 ，但是仍然有 不少质量 事故 出现 。所 以， 加大混凝 土质量检测力度非常重 要 。本 文主要利用超声波技术对钢纤维混凝 土进 行检测 。 1 试验 材料 的选择 ( 1 ) 细骨 料 。细骨 料使用 具有 良好 级配 的 中 砂 。中砂 的堆积 密度 为 l 3 3 5 k m ，表观 密度 为 2 6 5 g e m 。 ( 2 ) 粗骨料 。实验使用粗骨料为级配 良好的碎 石 ， 颗粒直径 为 62 0 mm。粗骨料 的堆积 密度 为 1 4 2 3 k g m ， 表观密度为 2 7 3 ge m 。 针片状 的含量 为 4 _ 3 ， 骨料 的压实指标 为 1 1 9 。 ( 3 ) 试验使用强度等级为 4 2 6 MP a的普通硅酸 盐水泥 ， 其物理性质如表 1 所列。 表 1 水 泥的物 理性能 表 ( 4 ) 减水剂。 该项试验使用减水剂为 N F J 一 1 型 萘 系高减水剂 ， 呈黄褐色粉末状 。其可 以在 C 2 0 C 6 0等级的混凝土中进行预拌、 现浇和蒸养 、 可以 很好地适应硅酸盐水泥 。一般情况下 ， 减水剂 的残 留控制在 0 2 6 1 2 之问。减水率为 1 5 收稿 日期 ： 2 0 1 5 一 O 1 2 6 作者简介： 毛伟( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 云南昆明人 ， 助理工程师 ， 研究方 向 ： 钢结构检 测。 2 9 。37 d后强度提升至 4 5 8 0 ， 一个月后 强度可以提高 2 6 5 0 。 ( 5 ) 钢纤 维 。该 工 程 钢纤 维 使 用 缪 的 为 7 8 0 0 k m 的剪切型钢纤维。长径 比 I J d = 3 3 。 ( 6 ) 矿渣。该 工程施工用 的矿渣为粒 化高炉矿 渣 ， 磨细 比面积为 4 3 2 0 e mZ g 。磨细矿渣 中主要含 有 C a O、 A 1 2 O 3 、 F e 2 O 3 、 S i O 2 、 Mg O、 S O 3 。 2 试验方案 该项 试验使 用上述 材料 配置 了 C 4 0混凝 土 ， 混凝土 的水灰 比为 0 4 1 ，通过加入不 同的钢纤 维 掺量配置 出龄 期为 6 0 d 、 2 8 d 、 1 4 d 、 7 d的钢纤 维 混凝土。在实验时， 将混凝土拌合料的坍落度控制 在 1 2 03 0 0 mm之 间。 实验使用直径 为 62 0 mm的粗骨料 ， 按照规 定要求 ， 使用 1 0 0 m m的立 方体试件作为混凝土试 块 。 使用机械搅拌混凝土 。 然后使用机械将混凝土 振捣成型 ， 混凝土成型后按照规定标 准进行养护 。 在检测混凝土时 ， 使用 Z B L U 5 1 0型非金属超声检 测仪对超声波在混凝土传播 中的声速值进行检 测 。使用超声波检测过的试件 ， 将其混凝土表面洗 净 ， 然后将水分擦净 ， 进行抗压试验 。 3 分析试 压 结果 3 。 1 混凝 土中钢纤维掺量对声波的影响 混凝土的密度抗压通过超声波的传播速度表 现 出来 ，而混凝土 的强度是 由混凝 土的密度确定 的。混凝土密度越小， 强度越低 ， 声波传播得越慢。 混凝土密度越大， 强度越高， 声速也随之加快， 传 播时间也随之减少 】 。因此 ， 钢纤维混凝土的强度 可 以通过分析超声波 的速度进行确定 。混凝土 中 的钢纤维掺量从 0 2 增加至 1 4 时， 混凝土基体 和钢纤维可以很好地粘合到一起 ，降低混凝土的 孔 隙率 ， 提升混凝 土密度 ， 提高声 波的传递速 率 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 8 成果应用 城 市道桥 与 防洪 2 0 1 5 年 4 月第 4 期 但是 ， 如果继续增加钢纤维掺量 ， 使其从 1 4 增加 至 2 0 会降低混凝土的和易性 ，降低硬化后的混 凝土密度 。超声波在混凝土中的传播速度也会随 之降低。如 图 1 所示 。 7 4 一 鲁 、 忸 忸 钢纤维掺量 图 1 声速和钢纤 维之 间的关系 曲线 图 从图 1 可以看出，声波在混凝土的传播速度 关 系和混凝土抗压强度和钢纤 维掺量 的关系保持 正 比关系 。也就是说 ， 随着混凝土 密度增加 ， 混凝 土 的强度会随之增加 ， 超声波 的传播速度越快 ， 并 且 将 混 凝 土 中钢 纤 维 的加 入 量 控 制 在 1 0 1 4 1 t ,j ， 可以使混凝土保持 良好 的密度 ， 增加混凝 土的强度 。 3 2 混凝土 中粉煤灰含量对声 波传播 速度造成 的 影响 由于 C 4 0钢纤 维混凝 土钢纤 维 的最佳掺入量 为 1 1 4 。因此 ， 在混凝土中加入 1 5 的粉煤 灰 ， 分别对钢纤维掺量为 1 0 、 1 3 、 1 4 的混凝 土进行试验 。试验证 明 ，混凝土 中钢纤维掺量为 1 0 时 ，掺人粉煤 灰的钢纤维混凝 土超声波 的传 播速度为 7 1 9 k n d s ，而不掺加粉煤灰 的钢纤维混 凝土超声波传播 的速度只有 7 0 8 k m s 。加入粉煤 灰后 ， 混凝土凝固 2 8 d后抗压强度增加 了 0 7 MP a 。 当混凝土中钢纤维的掺量为 1 2 时，掺入粉煤灰 的钢纤 维混 凝土凝 固 2 8 d后超 声波 的传播 速度 为7 1 9 k m s ，不掺加粉煤灰的钢纤维混凝土凝 固 2 8 d 后 超声波的速度为 7 1 4 k m s 。 掺入粉煤灰后 ， 混 凝 土 强 度 增 量 了 2 8 MP a 。 当混 凝 土 中掺 入 1 4 的钢纤维时， 掺加粉煤灰后， 混凝土的超声波 传播速度为 7 4 1 k m s ，不掺粉煤灰的钢纤维混凝 土的超声波传播速度为 7 1 9 k m s ， 加入粉煤灰后， 钢纤维混凝土 的强度增加 了 0 7 MP a 。出现这种情 况 ， 主要是 因为粉煤灰 比较分散 ， 并且颗粒直径 比 较小【 2 l ， 可 以更好地对水化水泥颗粒 之间的缝 隙进 行 填充 。并且粉煤灰 中还含有 A 1 0 和 S i O ， 可 以 和水 泥水化产 物 中的的 C a ( O H) 发生 反应 ， 生成 水化 铝酸钙 和水化硅酸钙 ，当浆体硬化后密实 度 可 以显著提升 ， 可 以将混凝土的孔隙填充密实 ， 提 高钢纤维混凝土 的密度 ，进而使超声波在混凝 土 中的传播速度提升， 增加混凝土的抗压强度。 3 3 混凝土砂率对声波传播速度的影响 在对混凝 土进行拌合时 ，要求砂浆可 以将粗 骨料 的表 面完全包裹 ，并可 以将粗骨料之 间的孔 隙填满 。如果含砂率过高 ， 在使用 同样水泥量的基 础上 ， 会使骨料表面水泥砂浆量 变少 ， 导致骨料之 间的胶凝力降低 ，并且会对混凝土中超声波的传 播速度造成影响 。如果含砂率低 ， 砂 浆无法将骨料 空 隙和粗骨料 的表 面完全填充和包裹 ，降低混凝 土的和易性【 3 l。混凝土凝 固后会对其密实性造成影 响。声波在混凝土 中的传播速度也会随之降低( 见 图 2 ) 。 所以， 不同的钢纤维掺量中一定存在可以提 升混凝土密实度 、 和易性的最佳含砂率 。从上文可 知 ， 钢纤 维掺量控 制在 1 0 1 4 时 ， 混 凝土 强 度最佳 。从 图 2还可 以分析 出， 当将含砂率从增加 到 5 0 时 ，抗压强度会从原来 的 5 5 5 M P a下降至 5 3 - 3 M P a 。为了减少成本 ， 节省水泥量 ， 含砂率不 宜 过高 。该项试验 的钢纤维混凝土为 C 4 0 ， 将砂率 控 静I 在 4 3 4 4 即可 。 7 5 翟6 忸 6 5 5 3 8 40 | r 一钢纤维掺量1 4 i 1 44 4 6 48 5 0 砂 率 图 2 声 递 和 砂 率 之 I目的 关 系 通过 以上分析不难看 ，钢 纤维混凝土 的抗 压强度和超声波在钢纤维混凝 土中的传播速度有 比较大的联系。混凝土密度越大， 超声波的传播速 度越快 。钢纤维混凝土的抗 压强度也就越好 。所 以，使用超声波检测技术可 以有效地检测钢纤维 混凝 土的强度。 4 试 验结果 通过试验研究 超声波技术在钢纤维混凝土工 程 中的应用情况 ， 得 了下面几个结论 ： ( 下转第 1 9 4页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 9 4 相关专业 城 市道桥 与防 洪 2 0 1 5 年 4 月第 4 期 化率及面积 ，采用加权平均法可得场 区整体减少 厚度为0 2 2 m。 ( 2 ) 道路路面结构 考虑 到道路施 T需挖路槽 ，将减少部分 土方 量 ， 计算土方量按照常规确定路面结构厚0 6 m。 ( 3 ) 地基处理沉降 以开山石 和杂填 土为填料 的场地建议采用强 夯法进行地基 处理l 5 l ， 以减小瞬时沉 降。 根据笔者 在 青 岛高 新 区 、开 发 区对 软 土地 基 处 理 经 验 ， 5 1 2 m深淤泥 ，采用真空预压处理 ，过程沉 降在 7 0 8 0 c m， 但江浙等地相关经验报告分析 ， 类似深 度可 以达到1 7 2 m。 此次结合现场试桩夯沉量 ， 考 虑 回填土体 主要 以石方为主 ，且海底地基相对较 好 ， 此处确定沉降量为 1 0 0 e m。 ( 4) T后沉降 地基处理完成仍 有一定工后沉降 ，主要取决 于海底砂 层及软 土厚度 、 回填 材料 、 沉 降时 间等 。 按 照道路 T程地基处理 工后沉 降要求次 干路 、 支 路不大于3 0 e m， 暂定3 0 e m。 ( 5 ) 土体损耗 主要包括地下室开挖倒运损失 、水冲风吹流失 等。初步按照倒运土体积的2 考虑 ， 增加高度5 C I 1 。 填海范 围内不同地块 土方 的调配是土方成本 控制的重要 内容 。不同地块间各 自平衡量与总平 衡量的差即为内部调配量，遵从就近调配原则进 行调配 5 结语 通过对青 岛西海 岸名人岛计算和平衡 ，获取 了“ 三通一 平” 填海平衡 高程 以控制填海 ， 获取填 海土方量 以规划取土场和土方成本 ，同时获取 的 分地块 填海 高程为不 同地 块调 配提供 了工 程量 ， 达到了预期 目标 。 实际土方平衡过程相 当复杂和繁琐 ，共计算 和编制报告三十多轮 ，逐步指 导和规划填海项 目 的进行 ， 确保 取土场 、 资金 、 工期 、 运输车辆 、 人员 的合理规模和合理 范同。本文对一 般填海开发项 目土方平衡的技术路线 、 计算方法 、 土方调配方法 进行总结和应用 ，积累 了一定的土方填筑控制经 验 ， 在成本 控制 、 工程 管理 、 分 时开发等方 面取得 了较好 的效果。 参考文 献 1 】颜宇 强夯 法存填 海造 陆地基处 巾的应用 J I _ 巾 国科 技博 览 ， 2 0 1 2 ( 1 5 )： 1 5 3 1 5 4 【 2 J杨传 然土方 工程量 计算及 场地 上方调 配探讨 科技 传播 ， 2 01 1 f l 1 1： 7 2 7 3 3 谢宗 繁， 王 文贯 DT M模 型法 在土石 方计 算 中的应 H J I _ 水利 规 划 与设计， 2 01 0 ( 4 )： 3 4 3 5 ， 6 8 f 4 1 杨 玉奎 关于建设 用地土方 工程若干 问题 的探 讨 城 市道桥 与 防洪， 2 0 1 3 ( 7 ) ： 3 6 6 3 6 8 5 J 廖陈林， 陈阳亭， 郑慧振 强夯法存嗣海造地地基加固中的也用I J 1 港 工技术，2 0 1 0 ， 4 7 ( 3 ) ： 4 7 4 9 七 七 七 七 七七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 专 七 七 七 七 七 专 七七 七 七 七 专 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 ( 上接 第 1 8 8页) ( 1 ) 使用 高效减水剂 、 1 0 的粉煤灰 、 1 5 的矿 渣加入到钢纤维混凝 土 中后 ，声 波的传播速率会 加快 ， 混凝土的抗压强度也会随之增加。 ( 2 ) 超声波在在钢纤维混凝土中传播时， 传播 速度受砂率和钢纤维掺量 的影响 比较大 ， 对于 C 4 0 钢纤 维混凝土 ， 可 以将砂率控制在 4 3 4 4 ， 将 钢纤维 的掺人量控制在 1 0 1 4 。 ( 3 ) 混凝 土抗压 强度 和超声 波传播速 度有 比 较大的联 系 ，使用超声波检测技术 可以有效 地检 测钢纤维混凝土 的强度。 ( 4 ) 超声 波速度 和混凝 土强度 之 间的规律是 随着技术条件 的变化 而变化 的。受粗 骨料 的含 量 和品种 、 水泥 品种 、 龄期 、 养护 条件等 工艺条件 的 影 响比较大 。所 以 ， 该项试验 的龄期为 7 d、 1 4 d 、 2 8 d 、 6 0 d的 C 4 0混凝 土 ， 粗 骨料为碎 石 ， 钢纤 维 体积率为 0 2 2 0 的钢纤维有效 。如果混凝土 条 件 和 以上 不符 合 ，需要 根 据实 际情 况 进一步 修 正 5 结语 综 上所 述 ，使用无损技术探测混凝 土的质量 不仅可 以对混凝土 的强度进行检测 ，并且 可以对 混凝土 的孔 隙率 、 密实度 、 弹性模量 和含水量进 行 检测 。使用超声波对混凝土 的质量进行检测 ， 除了 可 以将混凝土 的强度换算 出来 以外 ，还可 以对 混 凝土 的内部情况进行评价 。在钢纤维混凝 土不 断 发展下 ，对钢纤维混凝土无损检测 的要求也逐 渐 提升 。而超声波快捷 、 简便 的特点必然会在无损检 测工作 中得到广泛应用 。 参 考文献 1 赵翔 超声波 检测混凝 土结 构 内部缺 陷 的定量化 研究 D1 镇 江 ： 江苏大 学， 2 0 0 2 ： 2 5 2 6 2 李 为杜 昆凝 土无 损检 测技 术 M】 1 海： 同济 大学 出版 社 ， 2 0 0 9 ： 1 5 1 8 3 张 号军 ， 刘 素 丽 结 构混 凝 土强 度评 述 l J l _ 建筑 技术 开 发， 2 0 0 4 ， 31 r 7 1 ： 1 2I 一1 2 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m