超声波检测混凝土抗压强度时的温度修正

赵弘，马安

（1. 南通市建筑工程质量检测中心，南通 226000；2. 南通市建设混凝土有限公司，南通 226000）

超声波检测混凝土抗压强度时的温度修正

赵弘1，马安2

（1. 南通市建筑工程质量检测中心，南通 226000；2. 南通市建设混凝土有限公司，南通 226000）

混凝土是建设工程中常用的重要材料之一，利用超声波技术可以在不损伤混凝土结构的前提下测定混凝土抗压强度。但是目前常用的超声波法和超声—回弹综合法都忽视了温度对检测结果的影响。通过实验，本文得出了不同温度下相对于20℃时的超声波波速修正系数，有利于更加准确地运用超声波法或超声—回弹综合法推定建设工程中混凝土的抗压强度值。

混凝土；超声波；抗压强度；波速；温度

0 前言

混凝土是建设工程中重要的材料之一，是一种多相复合材料。混凝土的质量受到原材料、配制、成型、养护、测试条件的制约，是一个多因素的综合指标。用传统的混凝土试块立方体抗压强度来评定混凝土质量的办法并不能代表混凝土的真实状态。

为了在不破损混凝土的情况下测试其强度值，就需要寻找一个或几个与混凝土强度具有相关性，而检测时又不损伤混凝土的物理量作为其抗压强度的推算依据。所以用无损检测的方法所测得的混凝土强度值，实际上是根据测得的其它物理量对混凝土强度的一个间接推算值。

1 实验原理

超声波在混凝土中的传播速度与混凝土强度之间有良好的相关性，混凝土强度越高，相应的超声波波速就越高，因此可以根据超声波在混凝土中传播速度来推定混凝土强度。

1.1 超声法检测混凝土强度

根据文献[1]的介绍，常用的混凝土抗压强度推算公式fc有：①线性拟合测强曲线公式：cu=105.50v－419.18；②幂函数拟合测强曲线公式③指数函数测强曲线拟合公式：式中 fcu代表混凝土立方体抗压强度，v 代表混凝土中超声波纵波波速。线性拟合公式的平均相对误差 δ=9.1%，相对标准差er=12.1%，相关系数 R=0.867；幂函数拟合公式的平均相对误差 δ=9.2%，相对标准差 er=10.9%，相关系数 R=0.865；指数函数拟合公式的平均相对误差 δ=9.3%，相对标准差er=11.7%，相关系数 R=0.836。

由此可见，上述三个公式中利用的超声波波速值与混凝土抗压强度的相关性均较好。并且这三个拟合公式的相关系数、平均相对误差和相对标准差等评价指标差别不大。在建设工程中考虑到超声波波速与混凝土强度之间的相关性，推荐根据工程实际情况在线性拟合测强曲线公式和幂函数拟合测强曲线公式中选用计算。

1.2 超声—回弹综合法检测混凝土抗压强度

在工程实践中，可以按照 CECS02:2005《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》[2]的规定采用超声—回弹综合法进行混凝土强度的检测。这样就引入了另一个与混凝土抗压强度相关的物理量——混凝土表面硬度。利用混凝土表面硬度和混凝土中超声波波速共同推定混凝土抗压强度，既可以充分发挥这两个物理量与混凝土抗压强度之间相关性高的特点，又可以避免单纯的回弹法只能反映混凝土表面、近表面的质量的局限性，从而得到更加准确的混凝土抗压强度推定值。根据文献[2]，使用超声—回弹综合法推定混凝土抗压强度的公式为：①当粗c骨 料为卵石时fccu=0.0056vc1.439R1.769，②当粗骨料为碎石时fcu=0.0162v1.656R1.410，式中fcu代表混凝土立方体抗压强度，v 代表混凝土中超声波纵波波速，R 代表混凝土表面回弹值。

2 温度修正

用超声波检测混凝土强度主要是利用超声波波速与混凝土强度之间的相关性对混凝土抗压强度进行换算，但是超声波在混凝土中的传播速度除了与混凝土的强度相关性较大外，同时受环境温度的影响也十分明显。我国地域广阔，南北方温差很大，在同一地区不同季节的温差是很大的，同时用超声波法检测混凝土质量的过程中也无法保证环境温度恒定。但是目前使用的超声法或是常用的超声—回弹综合法都没有对因测试温度不同对超声波波速造成的影响进行修正。

2.1 实验方法

为了研究温度对混凝土中超声波传播速度的影响，制备了 C30、C40、C50 三种强度等级的混凝土。配制混凝土的材料选用华新 P·O42.5 水泥，细度模数为 2.7 的长江砂，5～31.5mm 连续级配碎石，并按照表 1 配制实验用混凝土。

表 1 混凝土配合比 kg/m3

根据文献[3]，在研究温度对混凝土中超声波传播速度的影响时，可以忽略混凝土试件尺寸效应对超声波在混凝土中波速的影响，因此将每个强度的混凝土浇注成型 100mm 边长的立方体试块各 36 块。将这些混凝土试块放在 (20±1)℃、相对湿度 90% 以上的标养室中标养 28d，再放入温度 30℃、相对湿度 50% 的 HBYB 型水泥恒温恒湿标准养护箱中养护48h。然后用黄油作为耦合剂，用 ZBL-U510 型非金属超声检测仪测试 30℃ 时超声波在混凝土试块中的传播时间。依次实测完所有试块后，将试块重新放入水泥恒温恒湿标准养护箱中养护，将温度调低 5℃，相对湿度不变，再养护 48h 后测试25℃ 时超声波在混凝土试块中的传播时间。这样依次测量出30℃、25℃、20℃、15℃、10℃、5℃ 等各温度下超声波在混凝土试块中的传播时间，再将试块放入 DW—FW110 型超低温冷冻储存箱中养护，按上述方法依次测试出 0℃、-5℃、-10℃ 等各温度下超声波在混凝土试块中的传播时间，并以测得的声时计算出超声波在各温度下传播的波速。

2.2 实验结果

温度为 -5℃～30℃ 时，测得的超声波在 C30、C40、C50混凝土的传播速度见表 2。

由表 2分析可知，在相同的温度条件下对于混凝土而言，超声波的传播速度会随着混凝土抗压强度的提高而增大。但是在不同的温度条件下，超声波在抗压强度较低的混凝土中的传播速度反而有可能比在抗压强度较高的混凝土中的传播速度快。

表 2 超声波在 C30、C40、C50 混凝土中的波速

可以按 ki=v20/vi计算超声波在各温度下的传播速度相对于超声波在同强度混凝土中 20℃ 时传播速度的修正系数。（式中 ki代表温度为 i 时超声波在混凝土中传播速度的温度修正系数，v20代表温度为 20℃ 时超声波在混凝土中的传播速度，vi代表温度 i 为时超声波在混凝土中的传播速度）修正系数计算结果汇总见表 3。2.3 实验结果分析

表 3 超声波波速在各温度下相对于 20℃ 时的修正系数

（1）本次实验过程中采用了 36 个混凝土试块，因为混凝土试块个体差异使其测试结果存在一定差异，所以没有进行统计分析，而是采用了每个温度下每块试块测试 3 次，采集 108 个数据取平均值的方法，这在很大程度上减小了实验的系统误差。

（2）温度对混凝土中超声波传播速度的影响是不可忽略的，总体上是随着温度降低波速增大，随着温度升高波速减小。当温度为负温时波速提高得尤其明显，这可能是由于负温下混凝土中的水份凝结成固态，而超声波在同种物质固态中的传播速度明显大于在其液态、气态中的传播速度所致。

（3）对于不同强度等级的混凝土，温度对混凝土中超声波传播速度修正系数的影响规律基本相同，因此对相同温度下不同强度等级混凝土的修正系数值差异不大。

3 结束语

实践表明，超声波在混凝土中的传播速度与混凝土的抗压强度之间具有很好的相关关系，检测精度高、误差较小、无需破损待测试件，宜优先选用。在建设工程质量检测中，只需将现场温度条件下测得的混凝土中超声波波速乘以表 5中的修正系数平均值（表中未列出的修正系数可用内插法计算得出）即可得出 20℃ 超声波在待测混凝土试件中的传播速度，再用这个传播速度参加相关计算，就可以推算出当前龄期待测混凝土试件的抗压强度推定值，使用简便，可以有效地提高检测结果的准确度。

混凝土无损检测技术是一种既古老又年轻的技术，在实际的检测工作中，最好采用两种方法对比试验，以提高检测结果的可靠性。

[1] 刘桂玲，张作鹏．混凝土抗压强度超声波法无损检测的试验研究[J]．四川理工学院学报，2011,24(3):258-260．

[2] CECS02:2005，超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程[S]．

[3] 季家林，李惠剑，闫国亮．温度对超声波在混凝土中传播速度的影响[J]．建筑材料学报，2008,11(3):349-352．

［单位地址］江苏省南通市中远路 75 号（226000）

Temperature correction of ultrasonic testing of concrete compressive strength

Zhao Hong1,Ma'An2
(1.Nantong Construction Engineering Quality Testing Cente,Nantong 226000; 2.Nantong Construction Concrete CO., Ltd.,Nantong 226000)

Concrete is one of the commonly used and important materials in construction. We can test concrete compressive strength without damaging concrete structure by ultrasonic technique. But at present, the commonly used methods including ultrasonic method and ultrasonic wave & rebounding comprehensive method have ignored the temperature’s influence on the effect of testing concrete compressive strength by ultrasonic method. This article obtains ultrasonic velocity correction coefficients corresponding to 20 centigrate when different temperatures. The coefficients are in favor of testing concrete compressive strength accurately in traffic engineering by the method of ultrasonic method or ultrasonic wave & rebounding comprehensive method.

concrete; ultrasonic wave; compressive strength; ultrasonic velocity; temperature

赵弘，南通市建筑工程质量检测中心。