浅谈超声法检测混凝土强度时的影响因素

程燕文赵加祥

山东广信工程试验检测集团有限公司

1概述

由于混凝土独特的内部构造方式，使得超声波的传输也具有独特性质。超声波指的是超声仪器发射转换器，以一定的重复性频率所间断性的发出的超声脉冲。超声测强，指的是通过混凝土中超声脉冲的传播规律以及与混凝土强度之间存在的某种关系，通过对脉冲参数的具体分析，最终得出混凝土强度的检测方式。

超声仪器所产生的脉冲，会进一步促使电压晶体获取高频脉冲。产生的脉冲会进一步传输到混凝土中，相应的接收转换器会接受混凝土中的信号数据，进而将超声波在混凝土中的传播距离与传播时间测量出来，进而计算出混凝土中超声波的传播速度。混凝土中声波的传播速度，能够详细的反应混凝土密实度。混凝土强度与混凝土密实度存在直接联系，所以说，混凝土中的超声波声速与混凝土强度之间有密切关系。

简言之，混凝土越密实，其强度就越高，混凝土中声波的传输时间就越短，声速越大。混凝土越稀疏，其强度就越低，混凝土中声波传输时间就越长，声速越低。由于影响超声波检测混凝土强度精确性的因素很多，下面，就对这些因素进行分析。

2原材料及配合比的影响

2.1水泥品种影响

研究人员发现，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。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。一些学者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。综合学者研究成果，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。

2.2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。

2.3粗骨料的品种、粒径和含量的影响

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。

2.4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。

2.5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。

3外部条件的影响

3.1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。

3.2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。

3.3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，湿度变化2%-3%，声速变化1%-4%，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。

4其它条件的影响

4.1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。

4.2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。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。

5结束语

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等，都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。

参考文献:

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