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650211)

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650211)

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。

无损检测技术;钢纤维;混凝土工程;应用

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1 335kg/m3，表观密度为2.65 g/cm3。

(2)粗骨料。实验使用粗骨料为级配良好的碎石，颗粒直径为6～20 mm。粗骨料的堆积密度为1 423 kg/m3，表观密度为2.73 g/cm3。针片状的含量为4.3%，骨料的压实指标为11.9%。

(3)试验使用强度等级为42.6 MPa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NFJ-1型萘系高减水剂，呈黄褐色粉末状。其可以在C20～C60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0.26%～1.2%之间。减水率为15%～29%。3～7 d后强度提升至45%～80%，一个月后强度可以提高26%～50%。

(5)钢纤维。该工程钢纤维使用缪的为7 800 kg/m3的剪切型钢纤维。长径比L/d=33。

(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4 320 cm2/g。磨细矿渣中主要含有CaO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、MgO、SO3。

2 试验方案

该项试验使用上述材料配置了C40混凝土，混凝土的水灰比为0.41，通过加入不同的钢纤维掺量配置出龄期为60 d、28 d、14 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120～300 mm之间。

实验使用直径为6～20 mm的粗骨料，按照规定要求，使用100 mm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ZBL-U510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［1］。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。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。

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%时，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C40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15%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，掺入粉煤灰的钢纤维混凝土超声波的传播速度为7.19 km/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7.08 km/s。加入粉煤灰后，混凝土凝固28 d后抗压强度增加了0.7 MPa。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28 d后超声波的传播速度为7.19 km/s，不掺加粉煤灰的钢纤维混凝土凝固28 d后超声波的速度为7.14 km/s。掺入粉煤灰后，混凝土强度增量了2.8 MPa。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7.41 km/s，不掺粉煤灰的钢纤维混凝土的超声波传播速度为7.19 km/s，加入粉煤灰后，钢纤维混凝土的强度增加了0.7 MPa。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］，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Al2O3和SiO2，可以和水泥水化产物中的的Ca(OH)2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］。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50%时，抗压强度会从原来的55.5 MPa下降至53.3 MPa。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C40，将砂率控制在43%～44%即可。

图2 声速和砂率之间的关系

通过以上分析不难看出，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，得出了下面几个结论:

(1)使用高效减水剂、10%的粉煤灰、15%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C40钢纤维混凝土，可以将砂率控制在43%～44%，将钢纤维的掺入量控制在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、14 d、28 d、60 d的C40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。

［1］ 赵翔.超声波检测混凝土结构内部缺陷的定量化研究［D］.镇江:江苏大学，2002:25-26.

［2］ 李为杜.混凝土无损检测技术［M］.上海:同济大学出版社，2009: 15-18.

［3］ 张号军，刘素丽.结构混凝土强度评述［J］.建筑技术开发，2004，31(7):121-123.

TU502+6

A

1009-7716(2015)04-0187-02

2015-01-26

毛伟(1986-)，男，云南昆明人，助理工程师，研究方向:钢结构检测。