无损检测参数与混凝土弹模的相关性研究

摘 要：本文利用无损检测来测试混凝土强度，并用超声回弹综合法来测试混凝土的回弹值。超声回弹综合法是一种常用的无损检测方法，本文采用origin和SPSS软件来进行单一回归分析和多元回归分析，研究回弹值、超声波速与弹性波速，静态弹性模量之间的相关性。研究发现，回弹值、超声波波速、弹性模量之间的相关性都为正相关。当单变量回归分析时，超声波波速与回弹值的相关性最大，多元回归分析时，弹性模量与超声波波速的相关性较大。

关键词：无损检测；超声回弹综合法；静态弹性模量；多元回归分析

中图分类号：TU 528 " 文献标志码：A

传统无损检测方法是超声回弹综合法。传统的破坏性检测方法在检测过程中可能会对混凝土结构造成不可逆的损伤，因此需要采用无损检测技术来保证结构的完整性和保障安全性。无损检测技术不仅可以准确评估混凝土结构的质量，还可以在不破坏结构的情况下发现潜在问题，及时为维护和修复工作提供指导[1]。随着科技的发展，混凝土无损检测技术从最初的视觉检查和敲击听声法，逐步发展为更先进的方法，例如超声波检测和电磁波检测等。这些先进技术提升了检测的准确性和效率，能够有效检测混凝土结构内部的裂缝、空洞及腐蚀等问题[2]。因此，本文基于无损检测参数来研究混凝土弹性模量，并采用SPSS软件和origin对参数进行回归分析，最终得出回弹值、超声波波速以及弹性模量之间的相关性进行分析和研究。

1 回弹法发展现状

1.1 回弹法的基本概况

从常规混凝土施工过程来看，确定混凝土强度的方法有两种：损伤法和非损伤法[3]。其中非损伤法主要基于回弹法客观表现，它客观反映了混凝土结构的真实强度、铸造实践包括其他不受外部环境的影响因数。而随着混凝土年龄不断增加，其可能会出现碳化物等外部因素偏差问题，此时可利用超声回弹综合法进行检测，提高混凝土强度检测的准确性和可靠性。

1.2 超声回弹综合法应用

在混凝土施工过程中，由于施工技术水平等方面因素的影响，因此使混凝土内部结构不同部位之间密度存在较大的差异，进而影响不同结构的强度。利用超声波设备对混凝土构件进行检测，能够明确超声波在构件中的传播时间[4]和超声波传递的声音速度信息，利用设备仪器对其内部密度进行分析，从而确定混凝土强度能够达到施工设计要求。利用超声回弹综合法对混凝土密度进行检测，能够有效避免传统测定方案中水泥标号不同、混凝土含水量和碳化程度不同等因素所带来的干扰因素，从而提升检测精度，扩展了其应用范围，为保证工程质量奠定了良好的基础[5]。

2 试验方案

2.1 试验材料

水泥材料：P.II.42.5；混凝土材料：机制砂，瓜子石，公分石。

2.2 试验仪器和步骤

一体式数显回弹仪；多功能混凝土超声波检测仪；液压机；弹性模量测试仪。用一体式数显回弹仪和多功能混凝土超声波检测仪来测出试块的回弹值、超声波速和弹性波速，用液压机测试试块的破坏强度。

2.3 试验步骤

选择预测面，尽量选择表面规整，光滑，利于研究的平面作为预测面划分测区。将每块试块的两个对立面作为一个测区，每个测区有16个测点，且一个测区两个对立面均匀分配8个测点，并且每个试块两个对立面沿对角线设置超声测点[6]。

超声回弹检测：在检测前，对仪器进行检查和校对，先进行回弹检测，使用水平敲击，并且要保证回弹仪的轴线与试块的预侧面垂直，缓慢进行测试，并把回弹仪测度精确度调整到1；超声检测时要用对测法[7]，检测前先在仪器上设置好需要测试试块的测距，在换能器上涂抹耦合剂，将声时测量精确度调整到0.1μs，声速值精确度调整到0.1km/s，测量误差不超过±1%。

破坏试验：用液压机对试块进行破坏，并测出其破坏强度。根据《 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程A5》（JGJ T23—2011）计算试块的回弹值和超声波速。

静态弹性模量检测：对弹性模量检测仪进行率定，用弹性模量检测仪敲击试块，测出试块的静态弹性模量。

2.4 试验数据处理

当计算测区平均回弹值时，应从测区的16个回弹值中去掉3个最大值和3个最小值[8]，计算过程如公式（1）所示。

（1）

式中：R为测区平均回弹值；Ri为第i个点的测区回弹。

超声波波速代表值计算过程如公式（2）所示。

V=3L/（t1+t2+t3） （2）

式中：V为测距声波速，km/s；L为超声测距值，mm；t1、t2、t3为3个测试点位的声时值，μs 。

测区回弹值平均差及标准差的计算过程如公式（3）、公式（4）所示。

（3）

（4）

式中：f c cu为试件的抗压强度换算值；f c cu，i为第i块试件的强

度推定值。

3 试验结果分析

3.1 试验测试结果

根据回弹值计算公式、超声波速计算公式，可以计算试块的回弹值和超声波速值，见表1。

经过28天的龄期，对试块进行测量，用回弹仪，超声波速检测仪，弹性模量测试仪进行测量，测出平均回弹值、静态弹性模量、弹性波波速、超声波波速。

用以上表格记录平均回弹值、超声波波速、静态弹性模量的数据，通过回弹值、超声波速和弹性模量之间的多元回归相关性曲线以及回弹值、超声波速与弹性模量的的一元相关性曲线，判断回弹值、超声波速与弹性模量三者之间的相关性。

3.2 试验测试曲线

3.2.1 单变量回归分析

回弹值与静态弹性模量相关性如图1所示。

由图1可以看出，回弹值和静态弹性模量的相关性较大，线性关系为正相关，静态弹性模量随着回弹值增加而增加。当回弹值为23.9时，静态弹性模量为最小值22100MPa，混凝土材料为C15；当回弹值为46.7时，静态弹性模量为最大值47100MPa，混凝土材料为C50，回弹值和静态弹性模量之间的相关性系数为0.7324。

超声波波速和静态弹性模量相关性如图2所示。

通过上图可以看出超声波波速和静态弹性模量的相关性很大，线性关系为正相关，静态弹性模量随着超声波波速增加而增加。当超声波波速为3.89km/s时，静态弹性模量为最小值22100MPa，混凝土材料为C15；当超声波波速为5.32km/s时，静态弹性模量为最大值47100MPa，混凝土材料为C50，超声波波速和静态弹性模量之间的相关性系数为0.8975。

弹性波波速和静态弹性模量相关性如图3所示。

通过上图可以看出弹性波波速和静态弹性模量的相关性较大，线性关系为正相关，静态弹性模量随着弹性波波速增加而增加。当弹性波波速为3.218km/s时，静态弹性模量为最小值22100MPa，混凝土材料为C15；当弹性波波速为4.463km/s时，静态弹性模量为最大值47100MPa。混凝土材料为C50，弹性波波速和静态弹性模量之间相关性系数为0.797。

3.2.2 多元回归分析

对平均回弹值，超声波波速以及弹性模量进行多元回归分析，本文将采用SPSS软件回归方法中的“输入”来进行分析，分为以下两种：因变量为静态弹性模量y，自变量为回弹值x1，超声波波速x2；因变量为回弹值y，自变量为超声波波速x1，静态弹性模量x2。通过回归分析建立回归方程分析三者之间的相关性，操作过程如下。首先，打开SPSS软件，将表1中回弹值、超声波波速和弹性模量的相关数据录入软件中。其次，在菜单栏当中选择“分析-回归-线性”，在线性回归的对话框中，将y输入因变量，x1，x2输入自变量，如图4、图5所示，在统计对话框中选择“估计值”和“模型模拟拟合”，最后，点击继续，点击确定[9]。

图6、图7为输入变量x1，x2（超声波波速）之后回归分析模型的相关系数，当静态弹性模量为因变量，回弹值和超声波波速为自变量时，常数项系数为-58462.633，自变量系数为-531.785，23897.561，因此回归方程y=-58462.633-531.785×x1+23897.561×x2；当因变量为回弹值，自变量为超声波波速和静态弹性模量时，常数项系数为-59.134，自变量系数为24.526，-0.01，因此回归方程y=-59.134+24.526×x1-0.01×x2。

通过分析发现，无论是回弹值还是静态弹性模量为因变量，显著性都是＜0.01，因此，回弹值，超声波波速以及静态弹性模量之间的相关性良好。

4 结论

通过试验数据表格和相关性回归分析得出结论，当单变量回归分析时，超声波波速与回弹值的相关性最大，超声波波速与弹性波波速、超声波波速与静态弹性模量相关性其次；弹性波波速与回弹值、回弹值与静态弹性模量、弹性波波速与静态弹性模量相对较小，它们的最小值使用的混凝土材料一般为C15，最大值使用的混凝土材料一般为C50。当进行多元回归分析时，发现弹性模量与回弹值的相关性较小，弹性模量与超声波波速的相关性较大，相关性系数为0.947。

参考文献

[1]梁建华.无损检测技术在混凝土检测中的应用分析[J].四川水泥，2023（9）：158-160，169.

[2]陈利，付文金.混凝土无损检测技术应用—以沙特阿美项目为例[J].广东建材，2024，40（3）：53-56.

[3]俞长隆. 超声回弹综合法在混凝土强度检测中的应用[J]. 黑龙江水利科技，2020，48（10）：140-142.

[4]林时铁. 混凝土检测技术及检测结果的处理方法研究[J]. 四川水泥，2019（1）：15.

[5]邵云冲. 超声回弹综合法用于混凝土强度检测的实践分析[J]. 城镇建设，2019（9）：54.

[6]杨坤，唐晓玲，李友彬，等. 超声回弹综合法检测堆石混凝土强度的试验研究[J]. 水利规划与设计，2022（11）：153-157.

[7]中华人民共和国住房与城乡建设部.回弹法检测混凝土抗压强度技术规程： JGJ T23-2011 [S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[8]解平.混凝土超声-回弹检测法运用探讨[J].云南大学学报（自然科学版），2000（增刊1）：128-129.

[9]李娜卿.基于SPSS多元回归分析的城市地下水用水量预测[J].河北水利，2021（8）：42-43.