胶凝砂砾石超声回弹综合测强试验研究

姜国新，易 蓉，罗茂盛

(四川省水利科学研究院，成都，610072)

0 引言

胶凝砂砾石是利用胶凝材料和砂砾石料，经拌和、摊铺、振动碾压形成的具有一定强度的材料，其特点有：材料广泛、施工简便高效、经济安全等。四川某水库选用砂岩破碎料与天然砂砾石按不同比例混掺作为胶凝砂砾石原材料，研究胶凝砂砾石由质地坚硬原材料向偏软的砂岩原材料突破的施工技术。

胶凝砂砾石抗压强度较低，现场无法采用常规技术对实体强度进行有效的快速检测。超声回弹综合测强法是采用超声仪和回弹仪，在混凝土同一测区分别测量声音波速和回弹值，建立测强公式推算混凝土抗压强度的一种方法，能较全面地反映结构混凝土的实际质量。本次试验研究通过对胶凝砂砾石长龄期试块进行回弹检测、超声检测、力学试验和碳化检测，用EXCEL软件分析胶凝砂砾石抗压强度、超声波速、回弹值与碳化深度四者之间的联系，为胶凝砂砾石抗压强度的无损检测和建立胶凝砂岩砂砾石专用测强回归方程提供一定参考。

1 胶凝砂岩砂砾石

1.1 原材料

胶凝砂砾石试验原材料主要包括水泥、掺合料、外加剂、粗细骨料、砂岩原岩等。

表1 胶凝砂砾石原材料

1.2 胶凝砂砾石配合比

胶凝砂砾石中砂岩骨料占比50%、60%、70%的混合骨料具体配比如下：

(1)50%掺量配比：砂岩骨料占50%，卵石骨料占50%。

(2)60%掺量配比：砂岩骨料占60%，卵石骨料占40%。

(3)70%掺量配比：砂岩骨料占70%，卵石骨料占30%。

胶凝砂砾石配合比见表2。

表2 胶凝砂砾石配合比

1.3 胶凝砂砾石试件成型

开采现场砂岩骨料，进行破碎，剔除超径石(骨料粒径>150mm)，运至储料堆，脱水后以备拌和使用。通过胶凝砂砾石专用拌和设备进行拌和。从出机口进行取料，采用湿筛法，将粒径大于40mm的粗骨料除去，成型湿筛小试件。试件在成型过程中，应分层将试件夯震密实，模具应选取钢铸模，养护24h后拆模，强度较低时适当增加拆模前的养护时间。

1.4 胶凝砂砾石试件养护

胶凝砂砾石试件脱模后放入标准养护室进行标准养护。

2 胶凝砂砾石试件检测

2.1 检测设备

胶凝砂砾石试件检测的主要设备有：中型回弹仪、液压万能试验机、非金属超声波检测仪、微机控制电液伺服压力试验机、混凝土碳化深度测定仪等。

2.2 检测步骤

2.2.1 胶凝砂砾石试件准备

将胶凝砂砾石试件从养护室内取出，查看试件的外观情况，选择规则、无明显缺陷、平整的试件。在试件的两个相对的测试面每个测试面布置8个回弹测强测点，如图1所示。在试件的两组相对的测试面每个测试面布置5个超声波速测点，如图2所示。

图1 回弹测强测点布置(单位：mm)

图2 超声波速测试位置(单位：mm)

2.2.2 回弹值检测

将试件用2.0MPa压力固定在液压万能试验机中，用中型回弹仪分别水平对准各测点，测定回弹值，每个试件共取回弹值16个。

2.2.3 超声波检测

在测点处涂上耦合剂，将换能器压紧在测点上，调整增益，使所有被测试件接收信号第一个半波的幅度降至相同的某一幅度，读取时间读数。每个试件两个对应面取5点测值，整个试件取两组对应面共10个测值。

2.2.4 抗压强度检测

将试件放在微机控制电液伺服压力试验机下压板正中间，试件的承压面应与成型时的顶面相垂直。开动微机控制电液伺服压力试验机，调整球座，使试件受压均匀。以0.3MPa/s～0.5MPa/s的速度连续均匀地加荷。试件破坏，记录破坏荷载。

2.2.5 碳化深度检测

将试件侧面的一条棱破坏，出现新鲜混凝土面，清除混凝土面上的杂质，用1.0%酚酞乙醇溶液滴在新鲜混凝土面上，再用钢尺和混凝土碳化深度测量仪测量混凝土碳化深度值，共3个测值。

2.3 数据处理

2.3.1 回弹值的处理

从测区的16个回弹值中，舍弃3个最大值和3个最小值，将余下的10个回弹值按公式(1)计算测区平均回弹值mN(精确至0.1)。

(1)

式中：mN——测区平均回弹值；

Ni——第i个测点回弹值(i=1，2，3，…，10)。

2.3.2 超声波速的处理

每个试件取两组对应面共10个测值的算术平均值作为试件混凝土超声波速测量结果v，计算公式如下：

(2)

式中：v——超声波速算术平均值；

vi——第i个测点超声波速值(i=1，2，3，…，10)。

2.3.3 碳化深度的处理

每个试件取3个测值，以3个测值的平均值作为检测结果dm，计算公式如下：

(3)

式中：dm——测区平均碳化深度值；

dmi——第i个测点碳化深度值(i=1，2，3)。

2.4 试验结果分析

超声波速、回弹值、抗压强度和碳化深度试验结果见表3。

表3 试验结果

2.4.1 采用全国统一测强曲线换算抗压强度

以回弹值、超声波速为自变量，抗压强度为因变量，用EXCEL软件进行结果计算和成果分析。根据《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(T/CECS 02-2020)中的规定，胶凝砂砾石抗压强度推算值采用全国统一测区混凝土抗压强度换算公式为：

(4)

图3 超声回弹强度

(5)

相对误差er的计算公式为：

(6)

平均相对误差δ为26.2%，大于全国统一测强曲线平均相对误差12.0%；相对误差er为33.7%，大于全国统一测强曲线相对误差15.0%。由此可见，用测普通混凝土抗压强度的超声回弹综合法来测胶凝砂砾石抗压强度存在拟合偏差，可进一步加入胶凝砂砾石碳化深度作为自变量，再建立专用测强曲线。

2.4.2 建立专用测强曲线换算抗压强度

表4 抗压强度推算值与实际抗压强度对照

建立的超声回弹及碳化深度综合测强曲线平均相对误差δ为9.2%，小于专用测强曲线平均相对误差10.0%；相对误差er为11.7%，小于专用测强曲线相对误差12.0%。由此可见，在胶凝砂砾石抗压强度检测中，使用超声回弹综合法再引入碳化深度作为自变量，建立专用测强曲线推算胶凝砂砾石抗压强度能够很好与试件实际抗压强度拟合，此方法是可信的。

3 结论

通过对胶凝砂砾石试件进行超声、回弹、抗压强度和碳化深度试验结果分析，得出以下结论：

(1)应用检测普通混凝土抗压强度的超声回弹综合测强曲线来换算胶凝砂砾石抗压强度，其强度误差大于相关规定，不适用于检测胶凝砂砾石抗压强度。

(2)胶凝砂砾石抗压强度与回弹值、碳化深度和超声波速有一定的相关性，且回弹值对其影响最大，碳化深度次之，超声波速影响最小。

(3)在超声回弹综合法中引入碳化深度作为自变量能更接近于实际情况拟合胶凝砂砾石抗压强度，测试结果更加可靠。

(4)本次研究的胶凝砂砾石中由一部分砂岩破碎料与天然砂砾石混合而成，比例的不同会影响胶凝砂砾石抗压强度的测试结果，需做进一步研究。