超声法检测混凝土强度时的影响因素研究

孙 刚

(宁夏功达建筑工程检验检测有限公司，宁夏 银川 750001)

0 引言

超声法是超声检测的基本装置，其作用是产生重复的电脉冲去激励发射换能器。发射换能器发射的超声波经耦合进入混凝土，在混凝土中传播后为接收换能器所接收并转换成电信号，电信号被送至超声仪，经放大后显示在示波屏上。

1 原材料及配合比的影响

1.1 水泥品种影响

国内研究者余红发通过对普通混凝土的研究，认为水泥品种对超声测强有影响，但是不能看出其中明显的规律性。在R.Jones的书中谈到，水泥品种的影响规律可能是：硅酸三钙的百分含量越高，水泥的磨细度（比表面积）越大，则相应某一传播速度的强度也越高。吴忠在研究强度和声速关系曲线的时候提出，水泥品种是影响混凝土声速值的重要影响因素。吴忠对火山灰水泥和矿渣水泥进行了大量的研究，采用两种水泥配制同一标号的混凝土，结果表明：早龄期的混凝土，火山灰水泥明显的比矿渣水泥声速高14%，在28d内，声速差别越来越小，28d的声速值差别只有2%，并且矿渣水泥的声速还有超过火山灰水泥的趋势。原因可能在于，不同的水泥强度发展规律并不一致，有的水泥早期强度高，有的水泥后期强度高。硅酸三钙水化快，早期强度高，因此，声速值也较高，这和R.Jones的研究结果是一致的。因此，可以认为，在早龄期的混凝土检测中，应该考虑水泥品种的影响，对较长龄期的混凝土，水泥品种的影响可以忽略。

1.2 矿物细掺料对超声声速的影响

混凝土的发展向高强、高性能发展，配制高强或高性能混凝土的主要方法之一就是掺加矿物细掺料，掺加硅灰配制高强混凝土已经是很成熟的方法。通过对掺加硅灰混凝土的超声波特性研究表明，硅灰提高了超声声速值，主要原因在于硅灰颗粒细小，仅是水泥颗粒直径的1/100，具有高度的分散性，可以充分地填充在水化水泥颗粒之间，提高浆体硬化后的密实度；另一方面硅灰中含有的高细度的无定型SiO2具有较高的火山灰活性，在水泥水化产物氢氧化钙Ca(OH)2的碱性激发下能迅速与Ca(OH)2反应，生成水化硅酸钙凝胶（C-S-H），填充了混凝土中的孔隙，使混凝土密实度提高，因而超声声速值提高。

1.3 粗骨料的品种、粒径和含量的影响

余红发的研究结果表明，石子品种和粒径的影响并不显著，在制定测强曲线的时候可以不考虑石子种类和粒径的影响。这和其它的许多资料的研究结果有所不同。一般说来，因为卵石和碎石的石质相同，因此对声速影响不多。但是，由于碎石表面粗糙，有利于水泥石和骨料的粘结，强度要比卵石高。

因此，建议不同品种的石子采用不同的测强曲线，会减少测试误差。粒径增大，单位体积混凝土中骨料所占有的声程随之增加，即声速随粒径的增大而增加。而增大粒径，大骨料对水泥石收缩的局部作用增大，往往增大缺陷，降低强度。可见，粒径增大，对声速和强度的影响是相反的。粗骨料的含量在混凝土中占了50%左右，而且其声速值比其它组分的声速高，因此，粗骨料含量的多少对声速值的影响十分显著。相同强度的混凝土，粗骨料含量越高，超声声速值越大。

1.4 砂率

砂率对R-C曲线也有一定的影响，如果不考虑砂率的影响，用单一指标推算混凝土抗压强度，有可能产生5%-15%的误差。主要原因在于合理的砂率，使混凝土密实度增加，粘聚性较好；另一方面，砂率的变化导致了粗骨料含量的变化，虽然砂率的变化对强度影响不是很大，但是对声速的影响是不容忽视的。

1.5 配合比

配合比不同，超声声速存在显著的差异。各种材料相同的混凝土，由于配合比的不同，各种原材料的用量在同样体积的混凝土中并不相同。如粗骨料偏多的混凝土，超声波传播的速度就要比粗骨料含量少的混凝土传播的快；W/C大的混凝土，由于水分蒸发较多，孔隙多，使声速偏低，相反，W/C小的混凝土，内部密实，水分蒸发后留下的孔隙少，超声波传播速度快。不同强度等级配合比的混凝土不能采用拟合曲线。这就给工程检测带来很大的困难。因为施工现场的配合比和实际的配合比还存在一定的差别，现在还没有一种技术能够快捷、准确的测出硬化混凝土的配合比，这就给混凝土测强带来较大的误差。

2 外部条件的影响

2.1 龄期

在早龄期的混凝土中，声速值的增加大于混凝土强度的增加，随着龄期增加，声速的增长要小于强度的增加。施荷芳等人研究了C25左右的早龄期混凝土龄期和强度的关系，得出了具体的回归方程式，由此公式可以计算混凝土早期的强度。但对于C25以上的混凝土，还没有具体的回归方程，还有待于进一步的研究。

2.2 养护方法

在养护方法中，一般认为在水中养护的混凝土比在空气中养护的混凝土声速值偏高。原因在于水中养护的混凝土水化较充分，水化产物增加填充了毛细孔，毛细孔孔隙率减少，使声速值有所提高。但在谬群对硅灰高强混凝土的研究中，标准养护和自然养护在28d龄期内对回归结果不显著。原因在于硅灰的掺加，使其大毛细孔减少，超细孔隙率增加，改善了水泥石的孔结构，内部较为密实，使得标准养护条件下内部结构的改变和自然养护条件下的改变相差不大。

2.3 温度和含水率

温度对声速有一定的影响，当温度在20-40℃之间时对声速影响不大，当温度超过50℃时，声速随温度的升高而降低。湿度不同，声速值也不相同R.Jones的研究结果为：湿度变化2%-3%，声速变化1%-4%。我国南京水利科学研究院的研究结果为：混凝土中含水量增加1%，则声速增加1%。Etsuzo Ohdaira的研究中，含水量和超声声速值大致是成比例。因此，可以增加含水量的因素，用于估计混凝土强度的大小。商涛平的研究中，对含水率对超声声速的影响进行了量化，提出了建立超声波--含水率综合法检测混凝土强度的建议。

3 其它条件的影响

3.1 结构中钢筋的影响与修正

超声波在钢筋中的传播速度比在混凝土中的高1.2-1.9倍。因此，在检测含有钢筋的混凝土时，所得的超声声速值往往偏大，应根据情况进行修正。

3.2 混凝土中缺陷与损伤对测强的影响

如果混凝土中含有裂缝，就不能用超声波检测混凝土的强度。虎振宏建议，在超声波检测混凝土强度的时候，应结合首波形状提高准确度。如果首波形状发生改变，说明混凝土内部存在缺陷，此时就不应当继续用超声声速换算混凝土强度。

4 结束语

总之，作为现代建筑材料中主要的结构材料之一，混凝土使用量大，应用范围广，生产技术为完全的工业化，因而质量管理和控制就显得十分的重要。混凝土原组成材料的偏差，配合比、拌和捣制以及养护的生产工艺不当，也可能导致混凝土的质量、强度和耐久性的下降，直接危及整个结构的安全。因此，加强混凝土强度检测技术试验研究，加强对混凝土质量控制已经成为建筑工程技术人员所面临的重要课题之一。

［1］余红发.混凝土非破损测强技术研究[M].北京：中国建材工业出版社，1999.

［2］陈启昕.长龄期混凝土强度非破损检测研究[D].南京：河海大学，2005.

［3］程朝霞，徐银芳，王毅翔.超声波法检测混凝土强度的发展[J].华中科技大学学报，2003，20(4)：95-98.

［4］周明华.对混凝土非破损检测方法的应用述评[J].施工技术，2002，31(4)：24-25.