回弹-超声波综合法混凝土抗压强度非破损检测研究

高 峰，郝奇亮，刘桂玲

（山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003）

回弹-超声波综合法混凝土抗压强度非破损检测研究

高 峰，郝奇亮，刘桂玲

（山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003）

应用本地区典型混凝土原材料制作6种不同强度等级的混凝土标准试件，并按照现行相关技术规程要求分别进行了回弹法和超声波法混凝土抗压强度非破损检测试验。应用大型通用数学软件Matlab7.0多种不同类型函数的回归优化分析，建立了反映回弹值、声速值及回弹-声速值与混凝土抗压强度之间相关关系的测强曲线。结果表明，与现有回弹法或超声波法等单一检测法相比，所建立的混凝土抗压强度非破损二元对数型测强曲线精度较高，宜在本地区优先采用。

混凝土抗压强度；回弹-超声波综合法；非破损检测技术；Matlab7.0回归分析

自1824年波特兰水泥发明之后，混凝土广泛应用于土木建筑、水利、交通等众多领域。混凝土工程质量关系到建筑物或构筑物的结构安全，事关人民群众的生命财产安全。而混凝土抗压强度是混凝土质量控制的核心内容，是结构设计、施工及验收的重要依据，是混凝土最重要的指标之一[1～2]。施工单位采用无损检测技术检测混凝土强度，及时发现施工中存在的问题，及时采取措施。质监部门对现场的混凝土强度进行抽检，以确定工程质量是否满足设计要求，防患于未然。可见，深入研究混凝土强度的便捷、准确检测方法，通过快速测定其某几项物理、力学指标来评定和控制混凝土质量，对于加快施工进度、提高工程质量、降低造价及建材消耗都极为重要[3]。

混凝土质量检测技术按其对结构的影响程度可分为破损法和非破损法。相对于破损法来说，非破损法不会对混凝土结构造成破坏、测试仪器简单、操作方便，并且可对混凝土结构或构件重复测试，便于大范围检查，受到现场工程技术人员和质量检测部门的青睐[4]。尤其冲击/弹性波法是唯一与材料的力学特性直接相关的测试方法，最适合于混凝土强度的非破损检测[5～6]。

但我国疆域广阔、气候由北而南差异巨大，且混凝土工程材料品种、品牌繁多，各地施工条件、施工队伍技术水平参差不齐，直接采用国家统一制定的测强曲线，可靠性和地区适用性有待进一步验证[7～8]。本文旨在通过对标准混凝土试件进行回弹法、超声法非破损检测室内试验，应用大型数学软件Matlab7.0对实测试验数据进行优化回归分析，建立所在地区混凝土回弹-超声波综合法测强曲线，以发展和完善适应本地区工程实际的混凝土快速检测技术。

1 试验用混凝土原材料

河砂资源丰富，价格适中，工程现场应用相当广泛。本试验选用河砂作为细骨料，其基本物理力学性能，见表1，为Ⅱ级配区。

表1 中砂

本实验粗骨料为粒径5～20mm级配良好的碎石，其堆积密度1 435 kg/m3，表观密度2 560 kg/m3，空隙率46％，针片状含量为5.1％，压碎指标12.2％。

水泥在混凝土中起胶结作用，是最重要的材料，也是决定混凝土强度、耐久性及降低成本的重要影响因素。试验采用安定性合格的中芦牌普通硅酸盐水泥，基本物理力学性能，见表2。

表2 水泥物理力学性能

混凝土拌合选用满足《混凝土拌合用水标准》（JGJ 63-2006）的自来水。

2 混凝土配合比设计与试验设备

由普通混凝土配合比设计规程[9]，根据混凝土强度等级、耐久性，限制塌落度10～30 mm，进行 6个强度等级的混凝土配合比设计，见表3。

表3 混凝土配合比

采用HT-30L强制混凝土搅拌机搅拌；HZJ-1振动台振实；制作标准试件168组；SKYH-40B混凝土养护箱标准养护28 d。其他试验仪器：YA-3000型液压万能试验机；ZC3-A混凝土回弹仪；瑞士产Tico超声波仪，见图1。

3 试验数据处理与结果分析

按现行技术规范[10，11]要求，进行回弹法、超声波法混凝土强度实测。

3.1 回弹法测强曲线

回弹法非破损检测在混凝土表面测试，回弹值大小能反映混凝土表面硬度状况。对实测得到的回弹值和抗压强度值利用大型数学软件Matlab7.0进行回归分析。

图2 回弹法拟合测强曲线

由图2可以看出，三个拟合公式的相关性系数 R、平均相对误差er及相对标准差δ指标差别不大，均满足国家测强曲线精度（δ≤14％，er≤17％）的要求[10]。但线性拟合公式R最好，er，δ最小。说明随着混凝土抗压强度的提高，回弹值逐渐增大，且数据离散性较小，混凝土表面硬度（即回弹值）与其抗压强度之间具有较好的相关关系。

3.2 超声波法测强曲线

超声波检测法中，声波在混凝土中的传播速度能反映混凝土原材料组成、内部结构及密实状况[6～8]。理论分析和试验结果表明，声速值与混凝土抗压强度相关性较好，可通过测定声波在混凝土中的传播速度来推定混凝土的强度。

表4 超声波法测强曲线

三个超声波法拟合公式中R，er，δr的评价指标差别不大，见表4，都满足地区测强曲线的基本要求[11]。但线性拟合公式R，er最好；幂函数拟合公式δ最小；指数函数拟合公式评判指标均较高。

3.3 回弹-超声波法测强曲线

回弹-超生波综合法线性拟合时，线性回归公式为：

采用Matlab7.0对数函数拟合时，回归曲面，见图3。

图3 回弹-超生波法对数函数型回归曲面

对数函数型回归公式为：幂数函数型拟合回归曲面，见图4。

图4 回弹-超生波法幂函数型回归曲面

幂函数回归公式为：

由式（1）～式（3）看出，回弹-超声综合法二元回归公式精度较一元回归公式有较大幅度提高，均大于0.930；对数型回归公式总体效果最好。

4 结论

运用标准回弹法、超声波法进行混凝土抗压强度非破损检测试验。试验结果分析表明，采用本地区常用原材料形成的混凝土回弹值R、超声速值ν均与混凝土抗压强度fccu之间具有较好的相关关系。但由Matlab7.0优化回归分析所建立的混凝土回弹-超声波综合法二元测强曲线，其各项评价指标（R，er，δ）均优于回弹法、超声波法等单一测强曲线，检测精度明显提高，在工程实践中宜优先选用。

[1]Mehta PK.Concrete：microstructure，properties andmaterials[M].New York：Me Graw Hill，2005.

[2]张仁瑜，王征，孙盛佩.混凝土质量控制与检测技术[M].北京：化学工业出版社，2008.

[3]Popovics，John S.Nondestructive evaluation：past，present，and future[J].Journal of Materials in Civil Engineering，2003，15（3）：211-213.

[4]梁晖.混凝土现场无损检测的新发展[J].建筑技术，2003，34（4）：294-296.

[5]Li Chen.Study of applying macro-evolutionary genetic programming to concrete strength estimation[J].Journal of Computing in Civil Engineering，2003，17（4）：290-293.

[6]Jean-Franois Chaix，VicentGarnier，Gilles Comeloup.Concrete damage evolution analysis by backscattered ultrasonic waves[J].NDT＆E International，2003（36）：462-468.

[7]韩建平，李晓松，罗维刚.回弹法检测混凝土抗压强度在兰州地区的试验研究[J].甘肃科学学报，2010，22（2）：45-48.

[8]陈华艳.超声波检测在钢纤维混凝土中的应用[D].武汉：华中科技大学，2002：13-20.

[9]中华人民共和国建设部.JGJ 55-2000，普通混凝土配合比设计规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[10]中华人民共和国建设部.JGJ/T 23-2001，回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[11]中国工程建设标准化协会.CECS 02：2005，超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2005.

〔责任编辑 石白云〕

Study on Concrete Compression Strength w ith Rebounding-ultrasonic Non-destruction Detecting Synthesis M ethod

GAO Feng，HAO Qi-liang，LIU Gui-ling
（School of Coal Mine Engineering，ShanxiDatong University，Datong Shanxi，037003）

Regionalmaterials in local area are used tomake the concrete testing blocks.The rebounding and ultrasonic nondestruction detecting testing for concrete compression strength were done by using the six types of strength grades concrete standard specimens according to national technical regulation.And by using the common software Matlab7.0，the mathematical models between rebounding values，ultrasonic velocity values，rebounding-ultrasonicmethod values and concrete compression strength were setup by three kinds of functions＇regression analysis.Compared with the rebounding testingmethod or the ultrasonic testingmethod，the binary logarithmic form strength curve for concrete non-destruction detecting testing has higher precision and should be firstly used when the conditions are permitted，.

concrete compression strength；rebounding-ultrasonic synthesis method；non-destruction detecting technique；Matlab7.0 regression analysis

TU528

A

1674-0874（2012）04-0055-03

2012-03-06

山西大同大学博士科研启动基金［20100016］；大学生创新创业训练项目［SDC201119］

高峰（1977-），男，山东泰安人，博士，副教授，研究方向：工程力学。