混凝土超声检测中含水率对声速的影响.doc

混凝土超声检测中含水率对声速的影响2006-5-8上海市超声波检测混凝土强度专用曲线为：R=0.0012V6.8808 式中R混凝土强度；V超声波声速 该测强曲线是在混凝土自然干燥状态下建立的，因此只适用于自然干燥状态下的混凝土检测，实际检测工程中，混凝土构件往往因浸水和雨淋等原因造成表面乃至内部的潮湿；在长期受较高温度或干燥环境作用下，混凝土构件基本处于绝干状态。有关资料表明，潮湿状态或很干燥状态下，超声波检测混凝土抗压强度值会受到很大影响。若含水率提高4%，声速相应增大5%，代入测强曲线，则混凝土强度值增加40%，将产生严重的误差。这种情况下，通常只能推迟检测时间或改用钻芯等方式替代，在时间上、方法上限制了超声波测强的使用。因此，急需对含水率对混凝土声速的影响进行量化处理。试验方法：采用混凝土强度等级为C15，C20，C30，C40四组试件进行试验。在测得含水率和声速后，分别制定各自的关系曲线，并进行分析对比。所有试件尺寸均为101030cm。由于试验所需时间较长，如试验过程中混凝土强度随时间逐渐增高，使超声声速随强度的增长而增大，会干扰含水率对声速影响的研究。因此，先将成型后的试件放在水中养护90d，等强度发展基本稳定后再试验。在不同含水率状态下，连续测得两次声时值。测试时，超声仪固定发射电压为200V，固定增益为2.0，读数时始波波形等幅控制为4cm。称出试件水饱和状态和风干（室温搁置6小时）状态的质量，然后放置在烘箱中恒温80烘干，每隔一段时间取出称重，每次称重时都测量超声波速度，直至恒重。计算水饱和直至恒重各状态下的含水率。 试验结果及分析：计算出每组混凝土试件的各状态下的含水率以及相应状态下的超声波平均速度，并以恒重状态的声速值为基础，作出每组试件的声速增长率和含水率关系曲线。四条声速增长趋势线均存在一段平缓区，平缓区的宽度随混凝土强度的增大而变宽，表明在一般情况下，混凝土强度越高，声速受含水率的影响越小。各平缓区所对应的含水率均在1.5%4.0%之间，在这个范围之外，声速的变化趋势逐渐增大。 在自然状态下，混凝土含水率一般在2.0%3.0%之间，混凝土中超声波速度基本保持不变。因此，在自然状态下检测混凝土强度时，可不考虑含水率对声速的影响。 为便于对比，试验以2.5%的含水率作为自然干燥状态。水饱和状态的声速比自然干燥状态高8%12.5%，绝干状态的声速比自然干燥状态低7%12.5%，并且，混凝土强度越低，声速的差异也越大。代入测强曲线，与自然干燥状态相比，水饱和状态下推算出的混凝土强度要高出70%125%；绝干状态则相应降低40%58%。由此可见，若不考虑含水率因素，将严重影响超声波检测混凝土强度的精度。因此，建立水饱和状态和绝干状态声速检测值的换算公式是十分必要的。 水饱和状态声速检测值换算公式：对水饱和状态混凝土声速检测值与对应自然干燥状态声速值进行回归分析，建立如下公式 V0=-4.58+1.88Vhr=0.986 式中V0，Vh自然状态和水饱和状态声速值；r回归系数 在南方湿热地区，混凝土构件受雨淋长期处于潮湿环境或浸泡在水中，基本处于水饱和状态，可使用水饱和状态声速检测值换算对现场测得的声速值进行换算。 绝干状态声速检测值换算公式：对绝干状态混凝土声速检测值与对应自然干燥状态声速值进行回归分析，建立如下公式 V0=1.36+0.75Vgr=0.996 式中V0，Vg自然状态和绝干状态声速值；r回归系数 在长期受较高温度或干燥环境作用下，如炼钢炉周围的混凝土维护结构和长期处于室内干燥环境下的混凝土结诡虡灳处于绝干状态，院菝超声波进?检测时，可使用绝干状态声速检测值换算对现场测得的声速值进行换算。 回弹法测混凝土强度的影响因素采用回弹仪测定混凝土表面硬度以确定混凝土抗压强度是根据混凝土硬化后其表面硬度（主要是混凝土内沙浆部分的硬度）与抗压强度之间有一定的相关关系。通常，影响混凝土的抗压强度与回弹值的因素并不都是一致的，某些因素只对其中一项有影响，而对另一项不产生影响或影响甚微。弄清这些影响因素的作用及影响程度，对正确制订及选择测强曲线、提高测试精度是很重要的。 我国回弹发研究成果基本只适用普通混凝土（由水泥、普通碎（卵）石、砂和水配制的质量密度为19502500Kg/m3的混凝土）。 一、 原材料 混凝土抗压强度大小主要取决于其中的水泥沙浆的强度、粗集料的强度及二者的粘结力。混凝土的表面硬度除主要与水泥沙浆强度有关外，一般和粗骨料与沙浆的粘结力以及混凝土内部性能关系并不明显。 1、 水泥 浙江省建研院的试验结果表明：当碳化深度为零或同一碳化深度下，用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥的混凝土抗压强度与回弹值之间的基本规律相同，对测强曲线没有明显差别。自然养护条件下的长龄期试块，在相同强度条件下，已经碳化的试块回弹值高，龄期越长，此现象越明显。这主要是不同水泥品种的混凝土碳化速度不同引起的。 字串9 广州市建筑科学研究所和冶金部第十七冶金建设公司建研所、陕西省建研院试验后认为：用于普通混凝土的五大水泥品种不同标号、不同用量对回弹法的影响在考虑了碳化深度的条件下，可以不考虑。 2、 细骨料 普通混凝土用细骨料的品种和粒径，只要符合普通混凝土用砂质量标准及检验方法（JGJ52）的规定，对回弹法测强没有显著影响。国内外试验研究资料和看法一致。 3、 粗骨料 粗骨料的影响，至今看法不统一。国外一般认为粗骨料品种、粒径及产地均有影响。国内也反映了不同的意见和看法，有的认为不同石子品种对回弹法测强有一定影响，有的认为影响不大，认为分别建立曲线未必能提高测试精度。 二、 外加剂 试验表明，可以不考虑非引气型外加剂对混凝土回弹测强的影响。 三、 成型方法 试验表明，只要成型后的混凝土基本密实，手工插捣和机振对回弹测强无显著影响。但对一些采用离心法、真空法、压浆法、喷射法和混凝土表层经过各种物理、化学方法处理成型的混凝土，应慎重使用回弹法的统一测强曲线，必须经过实验验证后方可使用。 四、 养护方法及湿度 1、 养护方法的影响 标准养护与自然养护的混凝土含水率不同，强度发展不同，表面硬度也不同，尤其在早期，差异更明显。国内外资料都主张标准养护与自然养护的混凝土应有各自不同的校准曲线。 如何评价混凝土回弹法测强结果回弹法检测混凝土抗压强度技术规程(JGJ/T23-2001)自2001年10月1日执行以来，由于依据该规程计算而得出的混凝土抗压强度推定值多数情况下低于构件中最小的测区混凝土强度换算值，因此经常有人询问如何评价混凝土回弹法测强报告的数据，或者询问依回弹报告如何评定混凝土强度的质量。更有人认为，当回弹测强结果中的强度推定值低于设计的强度等级标准值时，就满足不了设计要求。对此，我想谈谈自己的一些看法。一、回弹法测强报告不参加强度评定混凝土结构工程施工及验收规范(GB50204-92)第4.6.10条规定：当对混凝土试件强度的代表性有怀疑时，可采用非破损检验方法或从结构、构件中钻取芯样的方法，按有关标准的规定，对结构构件中的混凝土强度进行推定，作为是否应进行处理的依据。同时该规范第4.6.5条规定：评定结构构件的混凝土强度应采用标准试件的混凝土强度，即按标准方法制作的边长为150mm的标准尺寸的立方体试件，在温度为203，相对湿度为90以上的环境或水中的标准条件下，养护至28d 龄期时按标准试验方法测得的混凝土立方体抗压强度。所以，用回弹法测得的混凝土强度换算值、平均值、标准差及强度推定值不能参加混凝土抗压强度的评定。只能作为是否应进行处理的依据。二、回弹法测强的意义那么，回弹测强是否没有意义呢？我们说，所有用非破损检验方法或从结构、构件中钻取芯样的方法测得的结果均不参加强度评定。而用回弹法测强的意义在于：1、当对结构或构件的混凝土强度有检测要求时，回弹法检测结果可作为处理混凝土质量问题的一个依据。2、用回弹法测强极少需要现场测试的事先作业，几乎不受构件形状、大小的限制，检测灵活、迅速、费用低廉。测试中不破坏构件。三、回弹法测强报告中的有关数据的定义要想正确评价回弹法测强结果，就得知道回弹法测强报告中有关数据的定义。测区混凝土强度换算值：由测区的平均回弹值和碳化深度值通过测强曲线计算得到的该检测单元的现龄期混凝土抗压强度值。另外需说明的是，在回弹法检测混凝土抗压强度技术规程(JGJ/T23-92)条文说明提到：检测时，在结构或构件上取得测试值后，按照事先已制订好的测强曲线查得强度值。由于制作工艺和环境条件的差异，使结构或构件与试件(注：立方体试件)的强度并不一致。一般情况下，前者的强度低于后者，二者之间无确切的对应关系。平均值和标准差：回弹法检测混凝土抗压强度技术规程(JGJ/T23-2001)第7.0.2条：结构或构件的测区混凝土强度平均值可根据各测区的混凝土强度换算值计算。当测区数为10个及以上时，应计算强度标准差。平均值及标准差应按下列公式计算：式中 - 结构或构件测区混凝土强度换算值的平均值(MPa), 精确至0.1MPa； n-对于单个检测的构件，取一个构件的测区数；对批量检测的 构件，取被抽检构件测区数之和； -结构或构件测区混凝土强度换算值 (Map), 精确至0.01Mpa. 2001)第7.0.3条：结构或构件的混凝土强度的推定值 ()应按下列公式确定：1. 当该结构或构件测区数少于10个时； 式中 -构件中最小的测区混凝土强度换算值。 2 当该结构或构件的测区强度值中出现小于10.0Mpa时； 3 当该结构或构件测区数不少于10个或按批量检测时，应按下列公式计算： 在该条的条文说明中有如下的说明：“一般情况下，结构或构件由于制作、养护等方面原因，其强度值要低于同条件试件强度值。本规程定义强度推定值为结构或构件本身的强度值，而实际应用时，多数错误的将该值直接与标准养护150mm立方体试件强度对比，造成回弹法检测的强度值偏低的印象。这里除了前述原因外，尚有不同保证率的差异。因此工程建设单位、施工单位、设计单位、监督、监理单位应注意这一差别；按本规程给出的强度值为结构或构件中的混凝土强度且具有95保证率，在处理混凝土质量问题时予以考虑。”通过以上定义可以说明以下几个问题：1、回弹法测得的是结构或构件的强度，该强度在一般情况下要比立方体强度低。2、指明是现龄期同条件养护的强度值。3、混凝土强度推定值是指相应于强度换算值总体分布中保证率不低于95的强度值。四、看老规程是如何评定的回弹法评定混凝土抗压强度技术规程(JGJ 2385)是我国第一部回弹规程。它的国家统一测强曲线中当碳化深度为零时的曲线即：f =0.02497R 一直为修订后的规程所沿用。也就是说当时测得的强度和现在是一样的。当时是用回弹法来评定混凝土抗压强度合格与否的。所以，它最后给出的值是评定值。该规程规定：试件(即指结构或构件)混凝土强度第一条件值和第二条件值，应按下列公式计算：式中 分别为测区强度换算值的平均值和标准差。 试件混凝土强度评定值Rn，取第一条件值和第二条件值中的较低值。那么，为什么存在系数1.18呢？在该规程培训班讲义中有一段说明如下：采用非破损法评定结构或构件混凝土强度的标准，目前尚在研究中，从我国多年来回弹法检测情况的统计资料看，大凡需用回弹法检测的混凝土构件，多属于重要结构，因此评定混凝土时套用钢筋混凝土工程施工及验收规范(GBJ 204-83)中第4.6.6条有关重要结构的混凝土强度验收的评定标准。该规范规定：“重要结构的混凝土，应用数理统计方法按下述条件评定：式中 -n 组试块混凝土强度的平均值； K -合格判定系数； Sn -n 组试块混凝土强度的标准差； R 小-n 组试块混凝土强度中最小一组的值； R标-混凝土标号。”回弹法评定混凝土抗压强度技术规程(JGJ2385)套用上述公式后，需计算试样混凝土强度的第一条件值和第二条件值： 式中 K-同前一样为合格判定系数，(即现今使用的GB50204- 92中的1)； n-对于单个评定的结构或构件，取一个试样的测区数，对于抽样评定的结构或构件，取各抽检试样测区数之和。这段说明讲清了1.18系数的来源，也说明了当时是如何用回弹法来评定被测混凝土强度的。五、92规程为何取消评定回弹法检测混凝土抗压强度技术规程(JGJ/T2392)取消了回弹法评定混凝土强度的内容。在该规程培训班讲义中有如下一段话：如何评价被测构件混凝土强度质量，本次修改较大。原规程套用了国家标准钢筋混凝土工程施工及验收规范(GBJ 204-83)中第4.6.6条二，亦即重要结构的混凝土应用数理统计方法评定的条款，按公式(4.6.61)和(4.6.62)进行了转换。这种转换模糊了验收函数及验收界限之间的关系，引起了对评定值意义理解上的混乱。随着现行国家标准混凝土强度检验评定标准(GBJ107)的颁布执行及原国家标准(GBJ20483)的修订，原先套用转换的公式已不复存在，因此原评定方法必须变更。现在规定的方法，不套用和转换混凝土强度评定验收公式。检验报告中，除给出强度推定值外，对于测区数大于等于10个的结构或构件还要给出平均强度值，测区最小强度值(基本上同强度推定值)。此法概念明确、全面，即能了解构件强度推定值又能考虑其平均强度值、最小强度值、质量的匀质性，对设计人员事后处理结构或构件混凝土质量很有用处。这一段话说明了为什么取消了强度评定，同时还说明了将强度推定值直接与标准养护150mm立方体试件强度进行对比是错误的。同时，我们也看到由于一系列规范的变更，用回弹法测强兼评定是不合理。只有用回弹法测出结构或构件的强度结果来让有关方面去评价和复核才是合理的。六、如何评价回弹法测强报告结果既然回弹法测强不作评定，只出测强结果，那么我们如何评价回弹法测强结果呢？对