加气混凝土砌块超声波无损检测初探

1、加气混凝土砌块超声波无损检测初探台州市路桥区建设工程质量检测中心有限公司 许灵勇、阮仁伟关键词：加气混凝土砌块、超声无损检测 摘要：本文通过对加气混凝土砌块超声波检测的波速-方向性试验、波速-含水率试验、波速-含水率-标准试块抗压强度等一系列的试验，得出了加气混凝土砌块抗压强度与波速和含水率的相关性及回归公式，可为加气混凝土砌块进行实体质量检测和生产质量监控提供了一种经济、快捷、无损的检测新方法。一、概述：依据蒸压加气混凝土砌块GB11968-2006和加气混凝土性能试验方法GB/T1196911975-1997，加气混凝土砌块的抗压强度检测要求：3组9块100mm3（±2mm）的立

2、方体试件，含水率必须控制在25%45%，试验加载速度以（2.0±0.5）kN/s连续且均匀，受压方向垂直于试件的膨胀方向等，而在实际检测过程中，从大砌块中按要求锯取试样，并控制适合试压条件的含水率等准备工作十分烦琐和耗时，按规定加载破型过程中要防止偏心受压、加载速率控制超出规定等，对检测人员的检测操作要求也比较高。笔者试图通过不同含水率下，测定不同试件的抗压强度与用超声波测试试件对应的声学特性的试验，来探求其超声波无损检测的新方法。二、试验前准备工作及试验方法的设计：1、采用笔者本地区某一家蒸压加气混凝土砌块生产厂家的不同批次的ACB A3.5 B05 GB11968产品。试验过程中

3、共用了8个批次120块试件。将试件垂直与膨胀方向的两个面（即抗压强度检测破型时的受压面）中心点用红色水笔标记。2、抗压强度试验采用水泥胶砂强度检测用YA-300电液式压力试验机，能自动地连续且均匀将加载速率控制在（2.4±0.2）kN/s，满足规范规定的（2.0±0.5）kN/s要求。3、超声波检测仪采用北京智博联的ZBL-U510非金属超声检测仪，声时测读精度±0.1us，采样周期0.1 us，声速精度0.01km/s,连续自动采样，仪器自动判定首波。4、采用黄油脂为偶合剂，游标卡尺、电子天平、电热恒温鼓风干燥箱等辅助仪器设备。5、在超声检测时尽量使用相同的辅助

4、人员，确保声学性能测试的免受按换能器轻重的影响。6、设计了波速-方向性试验、波速-含水率关系试验、波速-含水率-抗压强度关系试验。三、试验设计：1、波速-方向性试验：测定试件在其X（膨胀方向）、Y和Z（垂直膨胀方向，即破型抗压强度试压方向）三个方向上的波速。2、波速-含水率关系试验：测定同一试块在不同含水率下超声波的波速变化。3、波速-含水率-抗压强度试验：测定试件在抗压强度试验状态下其含水率和波速。四、试验过程及试验成果：1、波速-方向性试验：1)、考虑到加气混凝土砌块均质好，而在抗压强度检测中规定试压方向为垂直膨胀方向，因此笔者设计了测定其在膨胀方向和垂直膨胀方向上的波速试验；2)、随机抽

5、取了3个批次各3个试件，共9个试件，在自然含水率下（即未控制其含水率），分别测定了它们在膨胀方向和垂直膨胀方向的波速，测试结果三个方向的波速十分接近，即它们的波速无显著方向性差异。3)、为对应抗压检测强度检测，因此在接下来的试验中的波速均与抗压强度破型检测时垂直膨胀方向的波速。12345678含水率%声速km/s含水率%声速km/s含水率%声速km/s含水率%声速km/s含水率%声速km/s含水率%声速km/s含水率%声速km/s含水率%声速km/s0.0 1.88 0.0 1.86 0.0 1.86 0.0 1.84 0.0 1.82 0.0 1.81 0.0 1.76 0.0 1.65 5

6、.9 1.67 6.0 1.64 7.2 1.63 6.5 1.59 8.1 1.58 11.8 1.48 10.9 1.56 12.9 1.42 8.9 1.66 8.9 1.63 10.6 1.63 10.0 1.59 11.7 1.57 15.9 1.45 14.4 1.53 16.8 1.43 17.2 1.65 17.7 1.59 20.6 1.58 18.6 1.59 21.8 1.52 28.6 1.44 24.3 1.50 28.9 1.43 20.6 1.67 20.9 1.63 24.1 1.63 21.7 1.59 24.6 1.53 33.1 1.45 27.7 1.5

7、2 33.0 1.37 26.1 1.66 26.8 1.62 31.2 1.61 28.5 1.59 33.7 1.52 40.1 1.42 34.8 1.49 41.8 1.36 35.4 1.66 34.5 1.54 34.6 1.61 34.3 1.58 39.9 1.52 41.0 1.42 40.1 1.48 45.2 1.36 45.3 1.55 44.0 1.52 37.5 1.60 44.41.55 45.2 1.45 46.3 1.41 41.6 1.49 49.2 1.37 2、波速-含水率关系试验：1)、试验设计和过程：测定同一试件在不同含水率下的对应波速。先将试件烘至

8、绝干状态，通过控制其在水中浸泡时间，控制其质量变化，即控制其含水率，为保证其在某一含水率状态下的均质性，每次浸泡取出后将试件自然放置46小时，再进行波速测定。（备注1：此方法可以用在抗压强度检测时，十分方便地控制试件试压时保证含水率符合标准规定的20%45%范围内。）。2）、试验情况：第一次选取了同1个批次的8个试件，分别测定它们在不同含水率下的波速，具体试验数据见下表1，其中试件1、4和5，在最后一次波速测试可能存在异常数据，见表1中带删除线的数据；第二次选取了2个批次各4个共8个试件，主要是测定含水率基本符合抗压强度检测要求的25%45%范围时对应的波速，具体数据见表2。表1：含水率-波速

9、（第一次）表2：含水率-波速（第二次）12345678含水率%声速km/s含水率%声速km/s含水率%声速km/s含水率%声速km/s含水率%声速km/s含水率%声速km/s含水率%声速km/s含水率%声速km/s0.0 1.97 0.0 2.02 0.0 1.91 0.0 1.96 0.0 1.99 0.0 1.97 0.0 1.94 0.0 1.95 22.7 1.86 23.7 1.89 23.6 1.76 24.6 1.86 22.5 1.91 23.6 1.94 23.9 1.84 19.9 1.64 27.1 1.84 29.9 1.86 30.4 1.56 30.7 1.84 2

10、6.9 1.87 28.0 1.93 28.2 1.82 23.4 1.63 32.5 1.86 35.9 1.86 35.3 1.53 36.1 1.83 31.5 1.90 33.6 1.93 33.1 1.81 28.9 1.64 36.5 1.84 38.6 1.86 38.8 1.53 38.8 1.82 34.0 1.90 34.8 1.91 36.4 1.82 31.8 1.62 40.9 1.84 45.3 1.81 46.0 1.51 42.9 1.81 40.6 1.87 36.4 1.85 37.5 1.82 31.8 1.65 43.9 1.84 47.7 1.78 4

11、8.7 1.51 45.6 1.78 41.8 1.87 42.1 1.85 43.0 1.74 39.3 1.63 3）、试验可得结论：（1）、绝干状态下，波速最大，且与其他含水率状态下存在显著差异；（2）、波速与含水率为负相关，即随着含水率的增大，波速减少，但是变化细微，（备注2：笔者曾请教试验方法标准主编人员，为什么抗压强度检测时含水率要求在25%45%，原因是此范围内含水率对强度影响不微小。）；（3）、当试件含水接近或达到饱和时，波速会明显减少（备注3：水的超声波速度一般为1.4701.490km/s。）。3、波速-含水率-抗压强度的关系试验：1）、试验设计和过程：先测定试件的波速，再

12、进行抗压强度破型，最后测定其含水率，形成一组波速-含水率-抗压强度的数据；通过测定一定量的不同批次、同批次的不同含水率下对应的波速和抗压强度，再通过数理统计，寻求抗压强度-波速与含水率的关系。2）、试验情况：抽取了5个批次的试样，每批抽取15个试件，共75个试件；每批的15个试件中2个试件的含水率约为绝干状态，其他13个试件的含水率控制在30%45%左右，即符合抗压强度检测的规定含水率；共测得了75组数据，其中试件编号为1-12、3-12、4-14和5-10在破型时，存在明显的偏心受压，故数据无效（见表3中带双删除线），见下表3：编号1-11-21-31-41-51-61-71-81-91-1

13、01-111-121-131-141-15含水率1.52.031.131.832.233.733.934.935.436.236.537.037.539.144.0波速1.771.761.661.631.681.681.701.671.601.651.611.601.511.601.53强度4.244.183.633.553.583.643.623.653.503.513.512.523.313.453.25编号2-12-22-32-42-52-62-72-82-92-102-112-122-132-142-15含水率1.31.833.135.936.136.136.838.238.338.8

14、40.640.940.942.452.2波速1.731.781.751.751.611.651.721.621.591.721.621.671.621.571.62强度4.564.753.873.863.563.593.653.553.563.703.623.633.603.483.48编号3-13-23-33-43-53-63-73-83-93-103-113-123-133-143-15含水率0.81.229.032.433.333.634.135.235.336.136.336.538.038.139.4波速1.851.831.791.801.751.681.651.671.641.60

15、1.651.621.621.611.64强度4.554.403.984.003.853.683.653.653.603.513.532.503.553.523.51编号4-14-24-34-44-54-64-74-84-94-104-114-124-134-144-15含水率1.81.934.334.434.635.335.535.736.136.238.139.440.240.842.6波速1.801.851.691.641.611.671.661.701.681.701.621.701.681.631.69强度4.204.453.653.603.543.623.623.753.683.80

16、3.553.653.602.453.61编号5-15-25-35-45-55-65-75-85-95-105-115-125-135-145-15含水率1.51.732.032.433.634.134.734.936.036.837.738.339.342.746.0波速1.901.871.801.741.671.711.661.761.701.701.701.621.601.651.69强度4.654.554.003.853.753.654.013.713.742.743.653.623.673.683.653）、数据处理及相应结论：（1）、数据处理方法：（a）、将71组数据进行二元回归分析

17、，可得抗压强度-波速-含水率的回归方程为fcc=2.64v0.90Ws-0.04 -（公式1）， 相关系数R=0.96，相对标准差Sfcc=2.4%,相对平均误差er=1.6%；如果不考虑含水率的影响，抗压强度-波速的一元回归方程为fcc=1.65v1.57 -（公式2），相关系数R=0.87，相对标准差Sfcc=4.1%,相对平均误差er=2.8%。（b）、去掉每组含水率接近绝干的2个试件，将61组数据进行二元回归分析，可得抗压强度-波速-含水率的回归方程为fcc=2.71v0.94Ws-0.05 -（公式3） 相关系数R=0.88，相对标准差Sfcc=2.0%,相对平均误差er=1.3%；

18、如果不考虑含水率的影响，抗压强度-波速的一元回归方程为fcc=2.17v1.005 -（公式4），相关系数R=0.87，相对标准差Sfcc=2.0%,相对平均误差er=1.4%；抗压强度-波速的线性回归方程为fcc=-2.37+3.63v -（公式5），相关系数R=0.86，相对标准差Sfcc=4.2%,相对平均误差er=2.9%。(2)、分析结论：（a）、由回归公式1和公式3可以知道，强度与波速为正相关，强度与含水率为负相关，并且含水率对强度的影响比较小。(b)、由公式4和公式5可以得到强度与波速具有良好的线性关系。五、试验总成果及应用：笔者认为：通过波速-方向性、波速-含水率、波速-含水率-抗压强度等的试验，以及对试验数据的数理统计分析和分析结论，可知加气混凝土砌块具有良好的声学特征，即加气混凝土砌块在一般状态下（除绝干或饱和外），含水率对波速的影响很小，波速与其强度