用纵波波速推算混凝土抗压强度的对比试验及其分析.pdf
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1、试验研究 用纵波波速推算混凝土抗压强度 的对比试验及其分析 刘向阳,刘毅岱,李 俊 (机械工业部第四设计研究院,洛阳 471039) 摘 要:基于波在无限体和一维杆中的传播理论,通过对标准立方体试块的超声、 抗压强度试 验和混凝土梁的超声、 纵波波速试验进行对比,统计分析混凝土抗压强度、 超声声速和纵波波速三 者间的关系,进而将由纵波波速推算混凝土抗压强度用于工程实践。 关键词:超声检验;混凝土;抗压强度;超声声速 中图分类号:TG115. 28 +5 文献标识码:A 文章编号:100026656(2001)0920388203 COMPARATIVE TEST AND ANALYSIS OF
2、 THE CALCULATION OF CONCRETE COMPRESSIVE STRENGTH BY LONGITUDINAL WAVE VELOCITY LIU Xiang2yang, LIUYi2dai, LI Jun (The 4th Design and Research Institute , Ministry of Machine Building Industry , Luoyang 471039 , China) Abstract :Based on the transmit theory of sound waves in infinite body and one2di
3、mension rod , the relationships a2 mong the concrete compressive strength , ultrasonic velocity and longitudinal wave velocity were analyzed through compar2 ative test of the ultrasonic velocity and compressive strength of standard cubic specimen with the ultrasonic velocity and longitudinal wave ve
4、locity of concrete girder. And then the calculation of concrete compressive strength by longitudinal wave velocity was applied to practical engineering. Keywords :Ultrasonic testing; Concrete; Compressive strength; Ultrasonic velocity 1 基本理论 无限体假设为当波长小于固体尺寸时,在固 体内可产生纯纵波,此时该固体可视为无限体。标 准混凝土试块(简称试块)尺寸为
5、150mm150mm 150mm ,对其进行超声试验通常所采用的换能器 频响约为50kHz ,根据=C/ f= 9cm(f为频率, C 为波速,取C= 4 500m/ s) ,小于试块尺寸,即可将 试块视为无限体。 一维杆假设为当d , dL时 ( d , L分别为 杆状体的直径和长度 ) , 该杆状体可视为一维杆。工 程中所采用的基桩通常能满足一维杆的条件,故反 射波法所测波速可视为一维杆的纵波波速。 根据波动理论可知波的传播速度与波的类型、 介质的性质及其边界条件有关,假设固体介质为各 收稿日期:2001201220 向同性,由波动方程可导出无限体介质中纵波的传 播速度C1和一维杆介质中纵
6、波的传播速度C2,即 C1= E( 1-) (1+) (1-2) (1) C2= E (2) 式中 E 杨氏弹性模量 泊松比 密度 由式(1) , (2)可知,在无限体介质和一维杆介质 中纵波的传播速度差异取决于介质的泊松比,取普 通混凝土泊松比= 0.20,式(1)与式(2)相比可得 C1 C2 = (1-) (1+) (1-2) =1.111(3) 2 对比试验 试验的目的是建立纵波波速与混凝土抗压强度 883 第23卷第9期 2 0 0 1年9月 无损检测 NDT Vol. 23 No. 9 Sep . 2 0 0 1 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optica
7、l Disc Co., Ltd. All rights reserved. 的关系。根据既有的测试手段和上述理论基础,就 可找出两者的联系纽带 超声声速。为此模拟工 程桩的长径比制作混凝土梁,通过对梁的相关试验 试图得到纵波波速、 杆件声速和无限体声速之间的 内在联系;对试块进行超声、 抗压强度试验,可以建 立试块的声速(无限体声速)和抗压强度的相关关 系。综合混凝土梁和试块的试验即可建立纵波波速 与混凝土抗压强度之间的关系。 2. 1 混凝土梁的纵波波速、 纵向声速及横向声速的 对比试验 结合本地区的基桩类型,长径比一般在1535之 间,根据该长径比制作了三榀混凝土梁,其截面尺寸 均为150
8、mm150mm ,长分别为2. 41 ,2. 80和4. 00m ,长径比分别为16. 1 ,18. 7和26. 7。在不同龄 期下进行反射波和超声试验,测得梁的纵波波速、 纵 向声速(即杆件声速)及横向声速(即无限体声速 ) , 试验数据如表1所示。 表1 混凝土梁的纵波波速C纵、 纵向声速C超P及横向 声速C超S试验数据 梁编号龄期/ dC超S/C超PC超P/C纵C超S/C纵 1 3 8 1. 132 1. 126 1. 073 1. 131 1. 234 1. 238 2 4 20 32 1. 123 1. 119 1. 113 1. 121 1. 127 1. 126 1. 248 1
9、. 246 1. 245 3 4 8 16 28 1. 133 1. 131 1. 126 1. 132 1. 068 1. 063 1. 037 1. 045 1. 203 1. 214 1. 196 1. 203 平均值1. 1261. 0881. 225 假设梁为一匀质各向同性体,根据式(3)可知梁 的横、 纵向声速比应为1. 111 ,表1中梁的横、 纵向 实测声速比为1. 126 ,两者的差值为0. 015 ,该差值 与混凝土的匀质各向同性的假设、 泊松比的取值 及试验误差等因素有关。梁的纵向声速与纵波波速 的比值为1. 088 ,这是由两种不同的测试方法所引 起的,超声试验属高频测
10、试,反射波法属低频测试, 姑且称该系数为方法系数。有了梁的横、 纵向声速 比值和梁的纵向声速与纵波波速比值后,将两者的 比值相乘即得到梁的横向声速与纵波波速的比值, 即无限体声速与纵波波速的比值 C超S C纵 = C超S C超P C超P C纵 = 1.1261.088=1.225(4) 2. 2 试块声速与抗压强度的对比试验1 ,2 为消除龄期因素的影响,低应变现场检测结束 后即对反映该批试桩的试块取样,进行同龄期下的 超声和强度试验,并按骨料种类(卵石、 碎石)分类, 对已有218块试块资料(骨料为卵石的140块、 骨料 为碎石的78块,龄期780d ,设计强度等级为C152 C40) 进行
11、回归分析,先后用三种数学模型进行分析 对比,指数模型R=AeBx的分析效果最佳,最符合 试块声速2抗压强度散点图的非线性分布特征,如图 1 ,2所示,回归分析的结果列于表2。 图1 (卵石)试块声速2抗压强度回归分析图 图2 (碎石)试块声速2抗压强度回归分析图 表2 试块声速与抗压强度回归分析结果 骨料 种类 试块数 量/块 系数 A 系数 B 相关 系数 平均相对 误差/ % 卵石1400. 411 830. 902 350. 86717. 2 碎石780. 091 001. 252 560. 93414. 5 将表2中的A和B代入方程R=AeBx,即可 得试块声速与抗压强度的回归方程 R
12、卵石=0.411 83e0. 902 35x (5) R碎石=0.091e1. 252 56x (6) 式中 R 试块的抗压强度,MPa x 试块的超声声速,即无限体声速,km/ s 由表2可知,用试块的超声声速推算混凝土抗 983 刘向阳等:用纵波波速推算混凝土抗压强度的对比试验及其分析 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 压强度时,粗骨料为卵石的平均相对误差17. 2 % , 粗骨料为碎石的平均相对误差为14. 5 % ,对无损测 强而言是能够满足工程需要的。表2中的相关系数 偏低,
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