馮凌云，袁 群，曹宏亮，陳 立

(1.河南省水利科學(xué)研究院， 河南 鄭州 450003； 2.鄭州大學(xué)， 河南 鄭州 450002； 3.河南省水利工程安全技術(shù)重點(diǎn)試驗(yàn)室， 河南 鄭州 450003)

超聲回彈綜合法檢測(cè)橡膠混凝土的測(cè)強(qiáng)曲線

馮凌云1,3，袁 群1,3，曹宏亮1,3，陳 立2,3

(1.河南省水利科學(xué)研究院， 河南 鄭州 450003； 2.鄭州大學(xué)， 河南 鄭州 450002； 3.河南省水利工程安全技術(shù)重點(diǎn)試驗(yàn)室， 河南 鄭州 450003)

分別以C10、C20、C30、C40和C50強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土為基準(zhǔn)，選取3 mm～6 mm、1 mm～3 mm和60目三種粒徑橡膠顆粒，分別以砂體積的5%、10%、15%和20%等體積取代部分砂配制橡膠混凝土，采用超聲回彈綜合法對(duì)各類混凝土進(jìn)行測(cè)強(qiáng)試驗(yàn)，其中回彈儀采用中型回彈儀和輕型回彈儀兩種，得到兩種測(cè)強(qiáng)曲線，比較得出橡膠混凝土適用的回彈儀類型和超聲回彈綜合檢測(cè)方法。試驗(yàn)結(jié)果顯示：超聲回彈綜合法檢測(cè)基準(zhǔn)混凝土和橡膠混凝土的測(cè)強(qiáng)曲線的平均相對(duì)誤差均滿足《規(guī)程》要求，但摻加3 mm～6 mm和1 mm～3 mm橡膠顆粒的混凝土的測(cè)強(qiáng)曲線精度較基準(zhǔn)混凝土低，而摻加60目橡膠顆粒的混凝土的測(cè)強(qiáng)曲線精度較基準(zhǔn)混凝土高；對(duì)基準(zhǔn)混凝土和摻加3 mm～6 mm橡膠顆粒的混凝土，采用中型回彈儀比輕型回彈儀能夠得到較高精度的測(cè)強(qiáng)曲線，對(duì)摻加1 mm～3 mm和60目橡膠顆粒的混凝土，采用輕型回彈儀比中型回彈儀能夠得到較高精度的測(cè)強(qiáng)曲線。

抗壓強(qiáng)度；超聲聲速；測(cè)強(qiáng)曲線；冪函數(shù)模型

橡膠混凝土是將橡膠顆粒按照一定的原則摻入混凝土而制成的一種新型混凝土材料[1-2]。與普通混凝土相比，橡膠混凝土具有質(zhì)量輕、彈性模量小和強(qiáng)度低的特點(diǎn)[3-4]，因此，在混凝土強(qiáng)度無(wú)損檢測(cè)中，常用的超聲回彈綜合法是否適用于橡膠混凝土還有待研究[5-6]?；诖耍疚牟捎贸曉O(shè)備及中、輕型回彈儀對(duì)橡膠混凝土進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，得出了最優(yōu)的超聲回彈綜合法測(cè)強(qiáng)曲線，為結(jié)構(gòu)工程中橡膠混凝土強(qiáng)度的無(wú)損檢測(cè)提供了技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)原材料及配合比

水泥：河南孟電集團(tuán)生產(chǎn)的P·O 42.5型普通硅酸鹽水泥；

水：農(nóng)村用井水；

細(xì)骨料：普通河砂，細(xì)度模數(shù)2.65，表觀密度2 632 kg/m3；

粗骨料：石灰?guī)r碎石，5 mm～20 mm，表觀密度2 760 kg/m3；

橡膠顆粒：3 mm～6 mm、1 mm～3 mm和60目三種粒徑，表觀密度1 119 kg/m3。

基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度等級(jí)分為C10、C20、C30、C40和C50，配合比見(jiàn)表1。橡膠混凝土配合比在每種基準(zhǔn)混凝土配合比的基礎(chǔ)上，保持水、水泥及石子質(zhì)量不變，橡膠顆粒分別以砂體積的5%、10%、15%和20%等體積取代部分砂。

1.2 試件制備

混凝土試件采用邊長(zhǎng)150 mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，總共成型1 170個(gè)混凝土試件。試件拆模后先置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)間養(yǎng)護(hù)7 d，然后置于室內(nèi)自然養(yǎng)護(hù)至14 d、28 d、60 d、90 d和180 d齡期。

表1 基準(zhǔn)混凝土配合比

1.3 強(qiáng)度檢測(cè)方法

試驗(yàn)依據(jù)《超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》[7](CECS 02—2005)分別進(jìn)行超聲法檢測(cè)和回彈法檢測(cè)，超聲法檢測(cè)取試件一對(duì)立面(見(jiàn)圖1左)，布置3個(gè)超聲測(cè)點(diǎn)，回彈法檢測(cè)取同一試件的另一對(duì)立面(見(jiàn)圖1右)，布置2×8個(gè)回彈測(cè)點(diǎn)。

圖1超聲法和回彈法檢測(cè)測(cè)點(diǎn)布置

2 橡膠混凝土聲速值和回彈值特點(diǎn)

2.1 聲速值

與基準(zhǔn)混凝土相似，28 d齡期前，橡膠混凝土的聲速值隨齡期增長(zhǎng)較快；28 d齡期后，聲速值隨齡期基本沒(méi)有變化(見(jiàn)圖2)。橡膠混凝土的超聲聲速值隨橡膠顆粒摻量的增加近似直線減小，橡膠顆粒粒徑較大時(shí)，同摻量下聲速值也較大(見(jiàn)圖3)。

2.2 回彈值

橡膠混凝土的回彈值低于普通混凝土，齡期28 d內(nèi)，混凝土的回彈值隨齡期的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，較齡期28 d后增長(zhǎng)幅度大(見(jiàn)圖4)；橡膠混凝土的回彈值隨粒徑的減小、摻量的增加而降低(見(jiàn)圖5)。

圖2 混凝土齡期與聲速值的關(guān)系

圖3 齡期28 d時(shí)橡膠顆粒摻量與聲速值的關(guān)系

圖4摻量15%回彈值與齡期關(guān)系曲線

3 超聲回彈綜合法測(cè)強(qiáng)曲線

圖5齡期28 d回彈值與摻量關(guān)系曲線

3.1 不區(qū)分基準(zhǔn)混凝土與橡膠混凝土

不區(qū)分基準(zhǔn)混凝土和橡膠混凝土?xí)r，超聲與中型回彈儀綜合法測(cè)強(qiáng)曲線的參數(shù)A、B、C值分別為0.0048、3.7748和0.8908，測(cè)強(qiáng)曲線函數(shù)相關(guān)系數(shù)為0.9702，平均相對(duì)誤差為7.88%；超聲與輕型回彈儀綜合法測(cè)強(qiáng)曲線的參數(shù)A、B、C值分別為0.0104、3.7230和0.7120，測(cè)強(qiáng)曲線函數(shù)相關(guān)系數(shù)為0.9709，平均相對(duì)誤差為7.77%；滿足《規(guī)程》要求(剔除損失的試塊、檢測(cè)無(wú)法獲得數(shù)據(jù)的試塊及異常值后，擬合該曲線時(shí)數(shù)據(jù)組數(shù)為1007。)。

3.2 區(qū)分基準(zhǔn)混凝土與橡膠混凝土

當(dāng)不細(xì)化橡膠顆粒摻量，只依橡膠顆粒粒徑對(duì)橡膠混凝土進(jìn)行分類進(jìn)行測(cè)強(qiáng)曲線擬合時(shí)，見(jiàn)表2。

表2 綜合法(中型回彈儀)測(cè)強(qiáng)曲線對(duì)比

注：剔除損失的試塊、檢測(cè)無(wú)法獲得數(shù)據(jù)的試塊及異常值后，擬合該曲線時(shí)，基準(zhǔn)混凝土、60目橡膠混凝土、1 mm～3 mm橡膠混凝土、3 mm～6 mm橡膠混凝土選取的數(shù)據(jù)組數(shù)分別為83、252、336、336。

雖然橡膠混凝土的測(cè)強(qiáng)曲線的平均相對(duì)誤差均滿足《規(guī)程》要求，但摻加3 mm～6 mm和1 mm～3 mm橡膠顆粒的混凝土的相關(guān)系數(shù)均小于基準(zhǔn)混凝土，而摻加60目橡膠顆粒的混凝土的相關(guān)系數(shù)接近或略大于基準(zhǔn)混凝土；對(duì)基準(zhǔn)混凝土和摻加3 mm～6 mm橡膠顆粒的混凝土，采用中型回彈儀比輕型回彈儀能夠得到較高精度的測(cè)強(qiáng)曲線，對(duì)摻加1 mm～3 mm和60目橡膠顆粒的混凝土，采用輕型回彈儀比中型回彈儀能夠得到較高精度的測(cè)強(qiáng)曲線。

結(jié)合圖6～圖9，三類橡膠混凝土中，除60目橡膠混凝土外，其余兩類粒徑的橡膠混凝土均發(fā)生在強(qiáng)度較高時(shí)偏離換算曲面的情況，在一定強(qiáng)度下其精度減小。

圖6 基準(zhǔn)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線

圖7 60目橡膠混凝土測(cè)強(qiáng)曲線

圖8 1 mm～3 mm橡膠混凝土測(cè)強(qiáng)曲線

圖9 3 mm～6 mm橡膠混凝土測(cè)強(qiáng)曲線

4 結(jié) 論

(1) 無(wú)論采用中型回彈儀還是輕型回彈儀，超聲回彈綜合法檢測(cè)基準(zhǔn)混凝土和橡膠混凝土的測(cè)強(qiáng)曲線的平均相對(duì)誤差均滿足《規(guī)程》要求，但摻加3 mm～6 mm和1 mm～3 mm橡膠顆粒的混凝土的測(cè)強(qiáng)曲線精度較基準(zhǔn)混凝土低，而摻加60目橡膠顆粒的混凝土的測(cè)強(qiáng)曲線精度較基準(zhǔn)混凝土高。

(2) 對(duì)基準(zhǔn)混凝土和摻加3 mm～6 mm橡膠顆粒的混凝土，采用中型回彈儀比輕型回彈儀能夠得到較高精度的測(cè)強(qiáng)曲線，對(duì)摻加1 mm～3 mm和60目橡膠顆粒的混凝土，采用輕型回彈儀比中型回彈儀能夠得到較高精度的測(cè)強(qiáng)曲線。

[1] 袁 群,馮凌云,袁 賓，等.橡膠顆粒粒徑和摻量對(duì)混凝土性能的影響[J].人民黃河,2013，35(2):111-113.

[2] 馮凌云,袁 群,馬 瑩，等.橡膠混凝土力學(xué)性能研究[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2015，32(7):115-118.

[3] 亢景付,任海波,張平組.橡膠混凝土的抗裂性能和彎曲變形性能[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào),2006,23(6):159-163.

[4] 劉 偉.摻廢舊輪胎橡膠粉混凝土抗凍耐久性試驗(yàn)研究[D].大連：大連理工大學(xué),2011.

[5] 李麗娟,陳智澤,謝偉峰.橡膠混凝土抗壓強(qiáng)度與超聲波波速關(guān)系的試驗(yàn)研究[J].混凝土,2007(6):44-45.

[6] 林鳳蘭,李麗娟,朱 江，等.超聲回彈綜合法在橡膠混凝土中應(yīng)用試驗(yàn)研究[J].混凝土,2010(6):134-144.

[7] 超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程：CECS 02—2005[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

DetectionofRubberConcreteStrengthbyUltrasonicMethod

FENG Lingyun1,3, YUAN Qun1,3, CAO Hongliang1,3, CHEN Li2,3

(1.He'nanProvincialWaterConservancyResearchInstitute,Zhengzhou,He'nan450003,China; 2.ZhengzhouUniversity,Zhengzhou,He'nan450002,China; 3.He'nanKeyLaboratoryofHydraulicEngineeringSafetyTechnology,Zhengzhou,He'nan450003,China)

With C10, C20 and C30, C40 and C50 strength grade of ordinary concrete as the benchmark, choose 3 mm～6 mm, 1 mm～3 mm and 60 mesh three kinds of particle size of rubber particles, sand respectively by 5%, 10%, 15% and 20% of the volume to partly replace sand mixing rubber concrete, such as volume of the various kinds of concrete by ultrasonic rebound synthesis strength test. In the test, the rebounder is used in two kinds of high- medium- and light- rebounder, and two kinds of strong curves are obtained, which can be used to compare the type of elastic and ultrasonic rebound method.Test results showed that ultrasonic rebound synthetic method to detect the benchmark concrete and rubber concrete strength curve of the average relative error can satisfy the requirements of the regulation, but adding 3 mm～6 mm and 1 mm～3 mm rubber particles of concrete strength curve precision was lower than those of benchmark concrete, and adding 60 mesh precision of concrete strength curve of rubber particles is high benchmark concrete; Benchmark for concrete and concrete mixed with 3 mm～6 mm rubber particles, using medium hammer than light hammer can get higher accuracy measurement curves, the mixed with 1 mm～3 mm and 60 mesh rubber particles of concrete, adopting light hammer than medium elasticity tester can get higher accuracy of measuring curves.

compressivestrength;ultrasonicvelocity;strengthcurve;functionmodel

10.3969/j.issn.1672-1144.2017.06.037

2017-07-25

2017-08-21

水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201301027)；河南省水利科技攻關(guān)項(xiàng)目(GG201618)

馮凌云(1982—)，男，河南鶴壁人，碩士，主要從事混凝土結(jié)構(gòu)新材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面的工作。E-mail: fenglingyun1983@126.com

TU528.041

A

1672—1144(2017)06—0185—04