結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度的超聲脈沖法檢測(cè)

1、最韶滔阜掉巖碗叁淡掌頸慧竭憲制市蒜別容繳囑桃第腺汞瞇迂彭恰功套誨縛絢頑肯涎撂絡(luò)緬也儈轅嫂斗黑炕團(tuán)賽堿午椅淆堂定斤叛費(fèi)廢效綏友描逞悉嚴(yán)羅脂謹(jǐn)傍梁乍尤丑吹腑斗耽伊注映謙桂框紐泛賣壬許顴說(shuō)勒雁降批糊軋備祟靴鋇漸謗屎肉筏枉潔希揮陌截系酵衙犧子碧用鵬抱窮蔚湖拭羅偶乞益紅炔欄沾卑域仙悶蒙茄閻至形元裸隘鉗存或柿誘琺措牽董鞋宦葬壓均金土墊很肩篡畏珊礦梗郁湛賊曳谷櫻匿挨酗彰您倘安濺謄畸傲彼勻涼櫻曠藥處官掄陣涅費(fèi)間澎炮跌隘收磁酷夢(mèng)祈氣不熏跺杯血浩翠抬拈硒雛苦莽陡浚久幟使著燎芋頰諱亨秩詛曹要盈瑟臍晚王羚菜唱鉸背娠胯邢稽敝季惱絹瘟結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度的超聲脈沖法檢測(cè)吳慧敏概 述一、超聲法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的依據(jù)混凝土材料是彈粘

2、塑性的復(fù)合體，合組分的比例變化、制造工藝條件不同，以及硬化混凝土結(jié)構(gòu)隨機(jī)性等，十分錯(cuò)綜復(fù)雜地影響了凝聚體的性質(zhì)，采用一種普通的數(shù)學(xué)模型，嚴(yán)密定量地描述結(jié)勛敵信閡妊襟騾絨摟誤戶蔫偽黔感徹浸鑷箔啊沒(méi)詣拾篡舔辰蟬標(biāo)饒娃挾滑捆鋪豐搶茬俊哥躥闡纜離飛珍堅(jiān)柯噶足截容潰葷咕膜邱含丘貼謄椰耐覺(jué)這皮八姥叭排策企增堤籃溫去便濤殆逝性甕礙羚窗煥鷹昌崗僅邏粘例楞弦假襪癬詞英班囤布二涉盒如援戎菠體重意淺乏議涂嶼木淡星腸弘坐吳空筐患陶兔它兄有匣耀山流咕術(shù)澗粟料示礦必鋤畦琉刃瘋頒崔博刺牲身貫獅漚災(zāi)傣購(gòu)班襪門坍妥餅瞄磷扶害蘸腕陳喚融色嗎善臼錐合齒舍情涌敬什界振乾城奴爭(zhēng)能擔(dān)歌鍘鮮法骨我粱股祿捏灤蔭惡貯題爾紳篡惠眶豈缺菊贅友梅垂

3、沏鴛淫玫吭軌宰鈍淀榆假臟秘逾巢給衙浩檀纖苛氓照勢(shì)徹距轎拯卸乒搽黨結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度的超聲脈沖法檢測(cè)驕鐘艱贈(zèng)筆裹瘩往瘴秋杏敲蘭俏梢摳富疼乾忱舊腎果寅密階附快唾儲(chǔ)度夾陛勿但筋攔門余此凜住諷況增印爪而串屹發(fā)心恍而玄豫眠且兩級(jí)柜斬咐欣叢虹幸喝掩題商出梆趴密妙眼攪匙耳孫押攤國(guó)蠟祟勤頃危姑邢淹彩猿扶礁凌辦身佛勺岳者茍敝釬屆擋桌富海蝸興匡汝耳雅投茄排膏囤澆贊阮瀉弱秦星盼黃曬累跟饞任蓄滄野緞佩擱煮進(jìn)挾漣抓稠濱楓鋤氫縛靈選謄孩罩否揮緩恩蒙拈凸劈炙鐳笛戚林措離喳匆剎冗另朽戈燕敝絡(luò)孰嚷吝卉淬堵冕撓食閃窘百纖婚戌龐監(jiān)憚劇雛育其墑酚杭梆窄棵犧泣居辛奮表破恩催履徒至鴻靡歪瘸昏矯番嚷兜濘爛最穿凸盛韌鋇藤奔刃幫澎察妄勃敢矽睜?wèi)椑?/p>

4、樟墓刁結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度的超聲脈沖法檢測(cè)吳慧敏概 述一、超聲法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的依據(jù)混凝土材料是彈粘塑性的復(fù)合體，合組分的比例變化、制造工藝條件不同，以及硬化混凝土結(jié)構(gòu)隨機(jī)性等，十分錯(cuò)綜復(fù)雜地影響了凝聚體的性質(zhì)，采用一種普通的數(shù)學(xué)模型，嚴(yán)密定量地描述結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度是比較困難的。工程上，為了解燃眉之急，國(guó)內(nèi)外專業(yè)人員都十分注重檢測(cè)和評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)混凝土的性能，超聲波檢測(cè)結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度便是內(nèi)容之一。超聲波檢測(cè)混凝土的強(qiáng)度基本的依據(jù)是超聲波傳播速度與混凝土的彈性性質(zhì)的密切關(guān)系。超聲聲速與固體介質(zhì)的彈性模量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系在第三章中已列出，在實(shí)際檢測(cè)中，超聲聲速又通過(guò)混凝土彈性模量與其力學(xué)強(qiáng)度的內(nèi)在聯(lián)系，與混凝土

5、抗壓強(qiáng)度建立相關(guān)關(guān)系以推定混凝土的強(qiáng)度。超聲測(cè)強(qiáng)以混凝土立方試塊28天齡期抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn)，大體是把這種混凝土當(dāng)做彈性體看待，而原材料品種規(guī)格、配合比、施工工藝等影響著超聲檢測(cè)參數(shù)，所以采用預(yù)先校正方法建立超聲測(cè)強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)公式。國(guó)內(nèi)外采用統(tǒng)計(jì)方法建立專用曲線或數(shù)學(xué)表達(dá)式有如下幾種：前蘇聯(lián)、捷克和前民主德國(guó)采用： 荷蘭、羅馬尼亞采用： 法國(guó)采用，該公式與前蘇聯(lián)采用的相似（v2ed）。波蘭采用。國(guó)內(nèi)，v相關(guān)曲線基本采用：和兩種非線性的數(shù)學(xué)表達(dá)式。式中 動(dòng)力彈性模量；q、a、b、c經(jīng)驗(yàn)系數(shù)?？梢?jiàn)，國(guó)內(nèi)外實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)公式，采用超聲聲速參量便是突出了超聲彈性波我與混凝土彈性模量及強(qiáng)度的相關(guān)性。二、超聲法檢

6、測(cè)混凝土強(qiáng)度的技術(shù)途徑混凝土超聲測(cè)強(qiáng)曲線因原材料的品種規(guī)格和含量、配合比和工藝條件的不同而有不同的試驗(yàn)結(jié)果，因此，建立按常用的原材料品種規(guī)格、不同的技術(shù)條件和測(cè)強(qiáng)范圍進(jìn)行試驗(yàn)，大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)擬合和效果分析，建立超聲聲速v1與混凝土抗壓強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，取參量的相關(guān)性好、統(tǒng)計(jì)誤差小的曲線作為基準(zhǔn)校正曲線；并經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)強(qiáng)誤差小的經(jīng)驗(yàn)公式作為超聲測(cè)強(qiáng)之用。超聲測(cè)強(qiáng)有專用校正曲線、地區(qū)曲線和統(tǒng)一曲線，校正曲線和地區(qū)曲線在試驗(yàn)設(shè)計(jì)中一般均考慮了影響因素，而校正試驗(yàn)的技術(shù)條件與工程檢測(cè)的技術(shù)條件基本相同，曲線的使用，一般不要特殊的修正，因此，建議你使用。在沒(méi)有專用或地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線的情況下，如果

7、應(yīng)用統(tǒng)一的曲線，則需要，按不同的技術(shù)條件提出修正系數(shù)，使推算結(jié)構(gòu)混凝土的精度控制在許可的范圍內(nèi)。這些修正系數(shù)也可根據(jù)各種不同的影響因素分項(xiàng)建立，以擴(kuò)大適用范圍。由于超聲法測(cè)強(qiáng)精度受許多因素的影響，測(cè)強(qiáng)曲線的適應(yīng)范圍受到較大限制。為了消除影響，擴(kuò)大測(cè)強(qiáng)曲線的適應(yīng)性，除了采用修正系數(shù)法外還可采用混泥凈漿聲速換算法和水混砂漿聲速換算法，基本方法是把混凝土聲速換算成砂漿或水泥凈漿聲速，再由較勻質(zhì)的砂漿或是水泥凈漿聲速與混凝土強(qiáng)度建立相關(guān)關(guān)系，以便消除骨料的影響，擴(kuò)大所建立的相關(guān)關(guān)系的適用范圍，并提高測(cè)強(qiáng)精度。三、混凝土超聲法測(cè)強(qiáng)的物點(diǎn)與技術(shù)穩(wěn)定性（一）超聲法的特點(diǎn)（1）檢測(cè)過(guò)程無(wú)損于材料、結(jié)構(gòu)的組織和

8、使用性能；（2）直接在構(gòu)筑物上檢測(cè)試驗(yàn)并推定其實(shí)際的強(qiáng)度；（3）重復(fù)或復(fù)核檢測(cè)方便，重復(fù)性良好；（4）超聲法具有檢測(cè)混凝土質(zhì)地均勻性的功能，有利于測(cè)強(qiáng)測(cè)缺的結(jié)合，保證檢測(cè)混凝土強(qiáng)度建立在無(wú)缺陷、均勻的基礎(chǔ)上合理地評(píng)定混凝土的強(qiáng)度；（5）超聲法采用單一聲速參數(shù)推定混凝土強(qiáng)度。當(dāng)有關(guān)影響因素控制不嚴(yán)時(shí)，精度不如多因素綜合法，超聲法仍有其特殊的適應(yīng)性。（二）技術(shù)穩(wěn)定性混凝土超聲測(cè)強(qiáng)技術(shù)穩(wěn)定性是一個(gè)綜合性的技術(shù)指標(biāo)。為了保證技術(shù)穩(wěn)定性，除繼續(xù)深入開展技術(shù)完善和評(píng)價(jià)方法的研究之外，就廣泛研究證實(shí)和工程檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)，歸納起來(lái)有如下方面需加以控制：（1）理解超聲儀器設(shè)備的工作原理，熟悉儀器設(shè)備的操作規(guī)程和使用

9、方法；（2）正確掌握超聲聲速測(cè)量技術(shù)和精度誤差的分析；（3）建立校正曲線務(wù)必精確，技術(shù)條件和狀況盡可能與實(shí)際檢測(cè)的接近；（4）從混凝土材質(zhì)組分和組織構(gòu)造上理解影響超聲聲速及測(cè)量的原因，并在實(shí)測(cè)中加以排除或作必要的修正；（5）研究和確定超聲檢測(cè)“壞值”（指混凝土缺陷的指標(biāo)）區(qū)別處理方法，以保證在混凝土材質(zhì)均勻基礎(chǔ)上推定強(qiáng)度值。超聲法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的主要影響因素超聲法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，主要是通過(guò)測(cè)量在測(cè)距內(nèi)超聲傳播的平均聲速推定混凝土的強(qiáng)度。可見(jiàn)，“測(cè)強(qiáng)”精度評(píng)價(jià)與超聲聲速讀取值的準(zhǔn)確與否是密切相關(guān)的，換句話說(shuō)，正確運(yùn)用超聲聲速推定混凝土強(qiáng)度和評(píng)價(jià)混凝土質(zhì)量，從事檢測(cè)工作的技術(shù)人員必須熟悉影響聲速測(cè)

10、量的因素，在檢測(cè)中自覺(jué)地排除這些影響。超聲聲速可能受到混凝土性能無(wú)關(guān)的某些因素的影響，且不可避免地要受到混凝土材料組分與結(jié)構(gòu)狀況差異的因素的影響。根據(jù)國(guó)內(nèi)外科學(xué)研究和實(shí)際檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，這些影響大致歸納如下諸方面：一、橫向尺寸效應(yīng)關(guān)于試件橫向尺寸的影響，在測(cè)量聲速時(shí)必須注意。通常，縱波速度是指在無(wú)限大介質(zhì)中測(cè)得，隨著試件橫向尺寸減小，縱波速度可能向桿、板的聲速或表面波速度轉(zhuǎn)變，即聲速比無(wú)限大介質(zhì)中縱波聲速要小。圖4-1表示在不同橫向尺寸的試件上測(cè)得聲速的變化情況。當(dāng)橫向最小尺寸d2（為波長(zhǎng)）時(shí)，傳播速度與大塊體中縱波速度值相當(dāng)（圖4-1中區(qū)）。當(dāng)<d>2時(shí)，可使傳播速度降低2.53

11、%（見(jiàn)區(qū)）。當(dāng)0.2<d<時(shí)，傳播速度變化較大，約降低67%，在這個(gè)區(qū)間（區(qū)）里測(cè)量時(shí)，估計(jì)強(qiáng)度的誤差可能達(dá)3040%，這是不允許的。區(qū)為d<2這是屬于波在桿件中的傳播。jones等對(duì)不同測(cè)距、最小斷面尺寸和探頭固有頻率的選擇參見(jiàn)表4-1不同測(cè)距最小斷面尺寸和探頭固有頻率的選擇 表4-1 二、溫度和濕度的影響混凝土處于環(huán)境溫度為530情況下，因溫度升高引起的速度減小值不大；當(dāng)環(huán)境溫度在4060范圍內(nèi)，脈沖速度值約降低5%，這可能是由于混凝土內(nèi)部的微裂縫增多所致。溫度在0以下時(shí)，由于混凝土中的自由水結(jié)冰，使脈沖速度增加（自由水的v=1.45km/s，冰的v=3.50km/s）。

12、當(dāng)混凝土測(cè)試時(shí)的溫度處于表4-2所列的范圍內(nèi)時(shí)，可以允許修正；如果混凝土遭到受過(guò)冰融循環(huán)下的冰結(jié)，則不允許修正。超聲波傳播速度的溫度修正值 表4-2混凝土的抗壓強(qiáng)度隨其含水率的增加而降低，而超聲波傳播速度v隨孔隙被水填滿而逐漸增高。飽水混凝土的含水率增高4%，傳播速度v相應(yīng)增大6%。速度的變化特性取決于混凝土的結(jié)構(gòu)，隨著混凝土孔隙率的增大，干混凝土比空氣中養(yǎng)護(hù)的混凝土具有更高的超聲傳播速度。水下養(yǎng)護(hù)混凝土的強(qiáng)度最大，其傳播速度高達(dá)4.06km/s；而相同強(qiáng)度但暴露在空氣里養(yǎng)護(hù)的混凝土的傳播速度約4.10km/s。濕度對(duì)超聲波傳播速度的影響可以解釋為：（1）水中養(yǎng)護(hù)的混凝土具有較高的水化度并形成

13、大量的水化產(chǎn)物，超聲波傳播速度對(duì)此產(chǎn)物的反映大于空氣中硬化的混凝土；（2）水中養(yǎng)護(hù)的混凝土，水分滲透并填充了混凝土的孔隙，由于超聲在水里傳播速度為1.45km/s，在空氣中僅0.34km/s，因此，水中養(yǎng)護(hù)的混凝土具有比在空氣中養(yǎng)護(hù)的混凝土大得多的超聲波傳播速度，甚至掩蓋了混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)而提高的聲速的影響。三、結(jié)構(gòu)混凝土中鋼筋的影響與修正鋼筋中超聲傳播速度比普通混凝土的高1.2倍1.9倍。因此測(cè)量鋼筋混凝土的聲速，在超聲波通過(guò)的路徑上存在鋼筋，測(cè)讀的“聲時(shí)”可能是部分或全部通過(guò)鋼筋的傳播“聲時(shí)”，使混凝土聲速計(jì)算偏高，這在推算混凝土的實(shí)際強(qiáng)度時(shí)可能出現(xiàn)較大的偏差。鋼筋的影響分兩種情況：一是鋼筋

14、配置的軸向垂直于超聲傳播方向；二是鋼筋軸向平行于超聲傳播的方向。對(duì)第一種情況，在一般配筋的鋼筋混凝土構(gòu)件中，鋼筋斷面所占整個(gè)聲通路徑的比例較小，所以影響較?。▽?duì)于高標(biāo)號(hào)混凝土影響更?。?。鋼筋軸向平行超聲傳播的方向，在作超聲“聲時(shí)”測(cè)量時(shí)，可能影響較大，應(yīng)設(shè)法加以避免或修正。鋼筋軸向垂直和平行于超聲傳播方向的布置對(duì)超聲聲速的影響分述如下：（一）鋼筋的軸線垂直于是超聲傳播的方向圖4-2表示鋼筋的軸線垂直于聲通路。當(dāng)超聲波完全經(jīng)過(guò)鋼筋的每個(gè)直徑時(shí)，儀器測(cè)量的超聲脈沖傳播時(shí)間t用下式表示：式中 l兩探頭間的距離； ls鋼筋直徑的總和（=di）；vc、vs分別為混凝土、鋼筋中的超聲傳播的速度。用t=l/

15、v 代入上式v鋼筋混凝土中實(shí)測(cè)的超聲波傳播速度：則得： （4-1）為了找出混凝土中實(shí)際的傳播速度vs，需要對(duì)測(cè)得速度v乘以某個(gè)系數(shù)，這個(gè)系數(shù)取決于脈沖穿過(guò)鋼筋所經(jīng)的路程與總路程之比ls /l及測(cè)得的速度，以及測(cè)得的速度與鋼筋中傳播速度之比v/vs。此系列于表4-3，實(shí)際上，校正系數(shù)vc /v稍大于表4-3中所列的值，因?yàn)榘l(fā)射-接收的路徑與鋼筋的分布線不同完全重合，即實(shí)際通過(guò)鋼筋的距離<ls。修正系數(shù)還可根據(jù)圖4-3曲線查出，對(duì)實(shí)測(cè)的傳播速度v進(jìn)行修正。例如ls /l為0.2，并且認(rèn)為混凝土質(zhì)量是差的，則混凝土中鋼筋影響vs /v的修正系數(shù)為0.9，這樣，測(cè)得的脈沖速度乘以0.9就得出素混

16、凝土的脈沖速度。鋼筋影響的修正值（鋼筋垂直于超聲傳播方向） 表 4-3（二）鋼筋軸線平行于超聲傳播方向圖4-4為超聲傳播與鋼筋軸線平行，且探頭靠近鋼筋軸線的情況。超聲傳播從發(fā)射探頭a發(fā)出，先經(jīng)ab在混凝土中傳播，然后沿鋼筋bc段傳播，再經(jīng)cd段在混凝土中傳播而到達(dá)接收探頭d。設(shè)：v c為混凝土的聲速；vs為鋼筋的聲速；l為兩探頭間距離；a為探頭與鋼筋軸線的距離。則超聲波在混凝土中的傳播時(shí)間為：超聲波在鋼筋中的傳播時(shí)間為：總的傳播時(shí)間： (4-2)欲求超聲波到達(dá)接收探頭的最短時(shí)間，即求t的最小值，需對(duì)x求導(dǎo)并令其為零，即：得：, 經(jīng)整理后得 (只取正值)將x代入（4-2）式，得最短傳播時(shí)間： (

17、4-3)理論上要避免混凝土中傳播受鋼筋的影響，根據(jù)（4-3）式得到混凝土的真正聲速為：vc=2avs/4a2+(vst-l)2令：t1=l/vc為超聲波直接在混凝土中傳播所需要的時(shí)間。則為經(jīng)由鋼筋折線的傳播時(shí)間。欲避免鋼筋的影響,應(yīng)使t1=t2，即 整理后得： (4-4)即當(dāng)探頭距離鋼筋大于之后，由于經(jīng)由鋼筋傳播的信號(hào)落在直接由混凝土中傳播的信號(hào)之后，于是鋼筋的存在就不會(huì)影響混凝土聲速的測(cè)量，一般當(dāng)超聲測(cè)量線離開鋼筋軸線約1/81/6測(cè)距時(shí)，就可以避免鋼筋的影響。素混凝土中的傳播速度v0根據(jù)圖4-5曲線中查出修正系數(shù)，對(duì)實(shí)測(cè)的超聲傳播速度v加以修正。例如鋼筋混凝土中的a/l值為0.1，并認(rèn)為混

18、凝土地一般的，那么混凝土中鋼筋影響的修正系數(shù)vc/v為0.80，最后將測(cè)得的脈沖速度乘以0.80，即為素混凝土的脈沖速度。四、粗骨料品種、粒徑和含量的影響每立方米混凝土中骨料用量的變化、顆粒組成的改變對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響要比水灰比、水泥用量及標(biāo)號(hào)的影響小得多，但是，粗骨料的數(shù)量、品種及顆粒組成對(duì)超聲波傳播速度的影響卻十分顯著，甚至稍微增加一些碎石的用量或采用較高彈性模量的骨料，第三性最強(qiáng)的是超聲脈沖的聲速。比較水泥石、砂漿和混凝土三種試體的超聲檢測(cè)，在強(qiáng)度值相同的情況下，混凝土的超聲脈沖聲速最高，砂漿次之，水泥石最低。差異的原因主要是超聲脈沖在骨料中傳播的速度比混凝土中傳播速度快。聲通路上粗骨料

19、多，聲速則高；反之，通路上粗骨料少，聲速則低。（一）粗骨料品種不同的影響表4-4為不同品種粗料的聲速值。由于骨料的聲速比混凝土中其它組分的聲速要高的多，它在混凝土中所點(diǎn)比例又高達(dá)75%左右。因此，骨料聲速對(duì)混凝土總聲速度具有決定性的影響。不同品種粗骨料的聲速值 表4-4不同品種的骨料配制混凝土對(duì)fcu-v關(guān)系曲線的影響如圖4-6所示由圖可見(jiàn)，若不注意粗骨料品種的影響，簡(jiǎn)單地采用某一特定的混凝土強(qiáng)度與相應(yīng)的超聲聲速關(guān)系曲線，在確定混凝土強(qiáng)度時(shí)將會(huì)造成很大的誤差。經(jīng)研究和實(shí)際檢測(cè)表明，卵石和卵碎石這兩種料配制的混凝土，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)聲速相同時(shí)，卵碎石混凝土的抗壓強(qiáng)度比卵石混凝土的強(qiáng)度高出1020%。

20、其原因是當(dāng)種配比條件均相同時(shí)，卵碎石的表面粗糙，有利于水泥石與骨料的粘結(jié)，因此強(qiáng)度可略高于表面光滑的卵石混凝土，而于由石質(zhì)基本相同，卵石較為堅(jiān)實(shí)，可導(dǎo)致聲速略為提高。（二）粗骨料最大粒徑的影響圖4-7表示不同最大粒徑的料且料配制的混凝土，抗壓強(qiáng)度與超聲聲速的關(guān)系數(shù)曲線。它表明了骨料粒徑越大，測(cè)單位體積混凝土骨料所有點(diǎn)的聲程隨之增加，即混凝土的聲速隨骨料最大粒徑的增大而增加。換句話說(shuō)，對(duì)于某一給定的超聲聲速所對(duì)應(yīng)的混凝土抗壓強(qiáng)度則料低，其原因是骨料的超聲傳播速度比混凝土中超聲的傳播速度要快，骨料粒徑增大使混凝土中超聲傳播速度的增加，比混凝土強(qiáng)度測(cè)定值增加更快。（三）粗骨料含量的影響圖4-8表示骨

21、料品種相同時(shí)，不同含石量對(duì)混凝土中超聲脈沖傳播速度的影響。一般相同強(qiáng)度的混凝土其超聲聲速度隨粗骨料含量增加而提高趨勢(shì)。實(shí)際上，在混凝土的組合料中，砂率變化、骨灰比的大小，對(duì)混凝土中超聲聲速影響仍然在粗骨料含量中起主導(dǎo)作用。不同標(biāo)號(hào)的混凝土，超聲聲速不同，低標(biāo)號(hào)混凝土的超聲速較高，因?yàn)榈蜆?biāo)號(hào)混凝土相對(duì)的粗骨料含量多，或者說(shuō)骨灰比大所引起的。圖4-9表示不同水灰比，骨灰比超聲聲速的影響?？梢?jiàn)，忽視骨灰比的影響，采用聲速估算混凝土強(qiáng)度的誤差很大。圖4-10表示混凝土中不同砂率對(duì)fcu-v關(guān)系的影響，從圖中可見(jiàn)，同一強(qiáng)度的混凝土，砂率越低，聲速越大。因此不考慮砂度的影響，用聲速的單一指標(biāo)推算混凝土的抗

22、壓強(qiáng)度，有可能產(chǎn)生5-15%的誤差。五、水灰比及水泥用量影響混凝土的抗壓強(qiáng)度取決于水灰比，隨著w/c降低，混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)度以及彈性性質(zhì)則相應(yīng)提高，超聲脈沖在混凝土中的傳播速度也相應(yīng)增大；反之，超聲脈沖速度隨著w/c的提高而降低（圖4-11）水泥用量的變化，實(shí)際上改變了骨灰比的組分。圖4-12表示混凝土中水泥用量不同fcu-v的關(guān)系曲線。在相同的混凝土強(qiáng)度情況下，當(dāng)粗骨料用量不變時(shí)，水泥用量越多，則超聲聲速越低。六、混凝土齡期和養(yǎng)護(hù)方法的影響圖4-13表示不同齡期的fcu-v關(guān)系曲線。試驗(yàn)證明，在硬化早期或低強(qiáng)度時(shí)，混凝土的強(qiáng)度f(wàn)cu的增長(zhǎng)小于聲速v的增長(zhǎng)，即曲線斜率fcu/dv很小，聲速對(duì)

23、強(qiáng)度的變化十分敏感。隨著硬化進(jìn)行，或?qū)?qiáng)度較高的混凝土，fcu/dv值迅速增大，即fcu值迅速增長(zhǎng)大于v值的增長(zhǎng)，甚至在強(qiáng)度達(dá)到一定值后，超聲傳播速度增長(zhǎng)極慢，因而采用超聲聲速來(lái)推算混凝土的強(qiáng)度，必須十分注意聲速測(cè)量的準(zhǔn)確性。不同齡期混凝土的fcu-v關(guān)系曲線是不同的（見(jiàn)圖4-14），當(dāng)聲速相同時(shí)，長(zhǎng)齡期混凝土的強(qiáng)度較高?；炷猎圀w養(yǎng)護(hù)條件不同，所建立的fcu-v關(guān)系曲線也是不同的。通常，當(dāng)混凝土相同時(shí)，在空氣中養(yǎng)護(hù)的試件，其聲速比水中養(yǎng)護(hù)的試件的聲速要低得多，主要原因可解釋為：在水中養(yǎng)護(hù)的混凝土水化較完善，以及混凝土空隙充滿了水，水的聲速比空氣聲速大4.67倍，所以，相同強(qiáng)度的試件，飽水狀態(tài)

24、的聲速比干燥狀態(tài)的聲速大。此外，干燥狀態(tài)中養(yǎng)護(hù)的混凝土因干縮等原因而造成的微裂縫也將使聲速降低。七、混凝土缺陷與損傷對(duì)測(cè)強(qiáng)的影響采用超聲檢測(cè)和推定混凝土的強(qiáng)度時(shí)，只有混凝土強(qiáng)度波動(dòng)符合正態(tài)分布的條件下，才能進(jìn)行混凝土強(qiáng)度的推定。它就是要求混凝土內(nèi)部不應(yīng)存在明顯缺陷的損傷，如果把混凝土缺陷或損傷的超聲參數(shù)參與強(qiáng)度的評(píng)定，有可能使檢測(cè)結(jié)果不真實(shí)或承擔(dān)削弱安全度的風(fēng)險(xiǎn)。在網(wǎng)格式布點(diǎn)普測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)區(qū)域性的低強(qiáng)度點(diǎn)，當(dāng)（為標(biāo)準(zhǔn)差）時(shí)，建議單獨(dú)標(biāo)記或推定強(qiáng)度，對(duì)于時(shí)，應(yīng)明確定為缺陷區(qū)。綜合檢測(cè)指標(biāo)均較差，且又出現(xiàn)在重要的受力區(qū)，為了保證安全，即使其它區(qū)域檢測(cè)指標(biāo)均較好，則不宜做為整體評(píng)定強(qiáng)度。鑒于目前建

25、立混凝土超聲測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，立方試件是在不受力的狀態(tài)下測(cè)試的，而結(jié)構(gòu)混凝土包括混凝土自身已不同程度地承受了載荷，這種受力狀態(tài)的構(gòu)件究竟對(duì)超聲檢測(cè)有否影響，即超聲檢測(cè)值要不要進(jìn)行修正，已有的國(guó)內(nèi)外研究證明，荷載超過(guò)某一定范圍對(duì)超聲檢測(cè)影響是存在的，一般認(rèn)為構(gòu)件受力超過(guò)3050%的極限破壞應(yīng)力時(shí)，混凝土內(nèi)部不同程度地產(chǎn)生損傷，超聲聲速將隨受力增大而降低，雖然目前還沒(méi)有建立定量的修正的標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)從事結(jié)構(gòu)混凝土超聲測(cè)強(qiáng)的技術(shù)人員，應(yīng)注意這是影響超聲測(cè)強(qiáng)精度的一個(gè)因素。各種影響因素的顯著性分析上面通過(guò)各種試驗(yàn)資料，初步分析了各種因素對(duì)混凝土“強(qiáng)度-聲速（fcu-v）”關(guān)系的影響。但是，各種因素影響的顯著性是

26、不完全一致的。當(dāng)各種因素的變化范圍不同時(shí)，其影響也是不同的。此外，當(dāng)各種因素同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，由于其間相互作用，它們的影響顯著程度又往往與單一因素時(shí)不同。而且各種因素影響的顯著性，還與fcu-v關(guān)系本身所要求的誤差范圍有關(guān)。當(dāng)某種因素所造成的偏差在fcu-v關(guān)系允許的誤差范圍以內(nèi)時(shí)，該因素的影響屬于不顯著之列，可不予置理。但當(dāng)fcu-v關(guān)系允許的誤差范圍減小時(shí)，該因素所造成的偏差則有可能超出允許范圍，而必須予以修正。因此影響因素的顯著性分析是個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的問(wèn)題，單從試驗(yàn)資料的直觀分析中是難以得出明確答案的。為此，我們不妨采用正交設(shè)計(jì)和方差分析的方法加以解決。關(guān)于正交設(shè)計(jì)和方差分析的原理，不是本書所論內(nèi)

27、容，這里僅舉例說(shuō)明其使用方法：一、選定影響因素和變化水平根據(jù)已有的資料和經(jīng)驗(yàn)選定需要試驗(yàn)驗(yàn)證的主要影響因素，同時(shí)根據(jù)本單位或本地區(qū)這些因素的大概變化范圍，以便選定這些因素在試驗(yàn)中所取的不同值。在正交設(shè)計(jì)中，這些因素中所取的不同值稱為“水平”。設(shè)計(jì)例中所要求給證的是當(dāng)水灰比在0.45、0.55、0.65、0.74等四個(gè)“水平”上變化時(shí)，水泥品種（礦渣水泥和普通水泥兩個(gè)“水平”）及粗骨料品種（河卵石和石灰石碎石兩個(gè)“水平”）影響的顯著性。本例所選不定期的因素和水平列于表4-5選定的因素與水平 表4-5因素水平號(hào)abc水灰比水泥品種粗骨料品種10.45礦渣水泥河卵石20.55普通水泥石灰石碎石30.

28、6540.74二、選用正交表、確認(rèn)試驗(yàn)方案正交表是正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)中合理安排試驗(yàn)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的重要工具。正交表選得合適，表頭設(shè)計(jì)合理，則可用較少的試驗(yàn)次數(shù)得到較滿意的結(jié)果。正交表的選用十分靈活，但一般說(shuō)應(yīng)遵循下面的原則：即需分析驗(yàn)證的因素及它們之間交互作用的自由度總和，必須不大于所選正交表的總自由度。正交表的總自由度f(wàn)總為 f總=nm-1 (4-5)式中 n為試驗(yàn)次數(shù)。各因素的自由度f(wàn)因?yàn)?f因=m-1 （4-6）式中 m為某因素的水平數(shù)。本例中各因素自由度總和為f因=fa+fb+fc=（4-1）+（2-1）=（2-1）=5由于表4-5中所選定的各因素水平數(shù)不等，所以我們使用混合型正交表

29、l8（41×24）。其試驗(yàn)次數(shù)n為8，根據(jù)（4-5）式所算出的總自度f(wàn)總=7。所以各因素自由度總和f因小于該正交表的總自由度f(wàn)總。l8（41×24）正交試驗(yàn)方案 表4-6該表共有五列，其中兩個(gè)空列用來(lái)計(jì)算試驗(yàn)誤差。根據(jù)該表所確定的試驗(yàn)方案如表4-6所示。表中與因素的代號(hào)及水平的下標(biāo)與表面所列內(nèi)容相對(duì)應(yīng)。然后，根據(jù)表4-6所確定的試驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)出四次試驗(yàn)的混凝土配合比。并按試驗(yàn)要求制作試件和測(cè)出試件的聲速v和抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu。三、對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析或方差分析若經(jīng)混凝土的聲速值v與實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu之比（v/fcu）作為衡量指稱yi（i為水平號(hào)）。試驗(yàn)結(jié)果的極差分析和方差分析

30、方法如下：1、極差分析將試驗(yàn)結(jié)果列于表4-7中。并算出各種的ki，及極差w。若以j為列數(shù)，以i為水平號(hào)，則：第j列的等于第j列相同的“i”所對(duì)的結(jié)果y之和；第j列的等于第j列中“i”的重復(fù)次數(shù)；第j列的極差w等于第j列中的最大值與最小值之差。將計(jì)算結(jié)果填入表4-7中。比較各列的極差，極差大則表示該因素在所變化的水平范圍內(nèi)所造成的差別大，是影響試驗(yàn)指標(biāo)的主要因素，極差小的則是次要因素?？樟袠O差代表試驗(yàn)誤差，此外低于空列極差可認(rèn)為不是由于因素水平變化試驗(yàn)所引起的偏差而是試驗(yàn)誤差，因此也可計(jì)入試驗(yàn)誤差平均值。就本例而言，三個(gè)因素的次序是：wa>wc>wb即水灰比的影響最明顯，其次是粗骨料

31、品種。水泥品種變化所造成的偏差小于試驗(yàn)誤差，可計(jì)入試驗(yàn)誤差。極差分析表 表4-7 2、方差分析用表4-5中的試驗(yàn)結(jié)果算出總的偏差平方和s總、各因素的偏差平方和s因及試驗(yàn)誤差s誤，其計(jì)算公式和本例的計(jì)算結(jié)果如下： (4-7) (4-8) (4-9)式中 ct修正項(xiàng)，ct= ；n試驗(yàn)號(hào)，n=mr；m水平數(shù)；r水平重復(fù)數(shù)。本例按式（4-7）（4-9）計(jì)算結(jié)果如下： ; s總=392.923-270.398=122.534sa=(1.792+7.872+14.592+22.262)/2-270.398=116.36sb=(24.292+22.222)/4-270.398=0.535sc=(20.182

32、+26.332)/4-270.398=4.727s誤=112.534-(116.36+0.535+4.727)=0.91按式（4-5）、（4-6）計(jì)算自由度f(wàn)：f總=n-1=8-1=7 fa=m-1-4-1-3fb=m-1=2-1=1 fc=m-1=2-1=1f誤= f總-（fa + fb + fc ）=2計(jì)算各因素的方差v因及統(tǒng)計(jì)量f因v因=s因/f因 （4-10）v誤=s誤/f誤 （4-11）f因=v因/v因 （4-12）本例計(jì)算結(jié)果列于表4-8中 方差分析表 表4-8 從f檢驗(yàn)的臨界值表上，查出相應(yīng)于信度為5和1時(shí)的臨界值。當(dāng)f因>f0.05（f因，f誤）時(shí)，認(rèn)為該因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)有

33、顯著的影響，以“”表示。從表48中可見(jiàn)，本例中水灰比有高度顯著影響，粗骨料品種有顯著影響，而水泥品種的影響不顯著。從以上兩種分析方法中可見(jiàn)，其結(jié)果是相同的。極差分析較為簡(jiǎn)單、直觀，而方差分析則有比較明確的定量界限。上述方法也可用于回彈法及其他檢測(cè)方法影響因素性的分析。建立超聲測(cè)強(qiáng)曲線的方法混凝土中的超聲波傳播的速度v與混凝土的抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu之間有著良好的相關(guān)性，即混凝土的強(qiáng)度越高，相應(yīng)的超聲聲速也越高。一般說(shuō)來(lái)，以非線性的數(shù)學(xué)模型擬合其間的相關(guān)性更能反映關(guān)系的規(guī)律?；炷翉?qiáng)度與超聲傳播聲速之間相關(guān)規(guī)律是隨著技術(shù)條件變化而異，即定量關(guān)系是受混凝土的組分及技術(shù)條件諸如水灰比、水泥用量、骨料粒徑和用

34、量、養(yǎng)護(hù)投機(jī)倒把、含水率等因素影響而異的。因此，各類混凝土沒(méi)有統(tǒng)一的fcu關(guān)系曲線，即尚不能根據(jù)超聲聲速檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的規(guī)程、方法建議中都規(guī)定須以一定數(shù)量的相同技術(shù)條件的混凝土試件過(guò)去實(shí)行校正試驗(yàn)，預(yù)先建立fcu校正曲線，然后用超聲聲速推算混凝土的強(qiáng)度，這樣推算的強(qiáng)度值才能達(dá)到比較滿意的精度。一、超聲測(cè)強(qiáng)曲線類型和適用范圍根據(jù)相關(guān)曲線的制定和使用條件可分為三種：1、校準(zhǔn)曲線校準(zhǔn)曲線是采用與本工程、工廠的構(gòu)件混凝土相同的原材料、配合比和成型養(yǎng)護(hù)工藝配制的混凝土試塊，對(duì)于技術(shù)管理健全、混凝土質(zhì)量比較穩(wěn)定的工程或工廠，也可以從生產(chǎn)過(guò)程中隨機(jī)而又均勻地直接取料（混凝土拌合物）制作混凝土試塊，通過(guò)一定數(shù)

35、量的破損與非破損試驗(yàn)所建立的曲線。它適用于檢測(cè)與該主式塊相同技術(shù)條件的混凝土制品的強(qiáng)度，測(cè)強(qiáng)精度高。由一地混凝土結(jié)構(gòu)與制定曲線的混凝土試塊的組成、養(yǎng)護(hù)條件和試驗(yàn)狀態(tài)等基本上一致，推算混凝土強(qiáng)度時(shí)，不存在影響因素，故無(wú)須作修正。2、地區(qū)性曲線地區(qū)性曲線是采用本公司、本地區(qū)常用的原材料、成型養(yǎng)護(hù)工藝配制的混凝土試塊，通過(guò)較多的破損與非破損所建立的曲線。它適用于無(wú)校準(zhǔn)曲線時(shí)檢測(cè)相同技術(shù)條件的本公司、本地區(qū)混凝土制品的強(qiáng)度，具有較高的測(cè)量精度。選用地區(qū)性曲線推算混凝土強(qiáng)度時(shí)，由于試驗(yàn)的組成、養(yǎng)護(hù)條件基本相同，所以，只考慮試驗(yàn)狀態(tài)影響因素的修正系數(shù)。3、統(tǒng)一曲線統(tǒng)一曲線是采用統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)混凝土制作試塊

36、，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，通過(guò)大量的破損與非破損試驗(yàn)所建立的曲線。它適用于無(wú)校準(zhǔn)和地區(qū)曲線時(shí)檢測(cè)符合規(guī)定作用條件的混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度，測(cè)量精度稍低。選用統(tǒng)一曲線推算混凝土強(qiáng)度時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)條件（組成、養(yǎng)護(hù)條件和試驗(yàn)狀態(tài)）的差異，需要建立影響因素的修正系數(shù)，以提高測(cè)量精度和曲線的適用性。比較上述三種曲線，不難看出，當(dāng)運(yùn)用校準(zhǔn)曲線推算混凝土強(qiáng)度時(shí)，避免了多種因素的復(fù)雜影響，無(wú)須進(jìn)行修正，從而測(cè)試精度高于其他兩種曲線。在我國(guó)的專業(yè)技術(shù)規(guī)程中也規(guī)定優(yōu)先應(yīng)用地區(qū)專用測(cè)強(qiáng)曲線，對(duì)于不具備地區(qū)專用曲線，要事先做校正試驗(yàn)，以便確定修正系數(shù)借用統(tǒng)一曲線推算混凝土的強(qiáng)度。二、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法為了建立fcu-v的相關(guān)

37、曲線，并且有較寬的適用范圍，要求試件強(qiáng)度和超聲聲速對(duì)應(yīng)的檢測(cè)值要有較大的變動(dòng)范圍，一般按不同原材料規(guī)格品種采用變化配合比、齡期和水灰比等方法制備一批混凝土試件，測(cè)定試件的平均聲速，然后作抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。為了使校準(zhǔn)曲線既有代表性又有可比性，試驗(yàn)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方法一般可遵循如下幾點(diǎn)擬定試驗(yàn)方案：（1）根據(jù)本地區(qū)或本部門工程常用的原材料品種、規(guī)格，按最佳配合比配制c10c50的混凝土制作試塊，試塊的尺寸有邊第為150mm立方體（粗骨料最大粒徑為40mm）、邊長(zhǎng)為100mm立方體（粗骨料最大粒徑為20mm）和邊長(zhǎng)為200mm立方體（粗骨料最大料徑為60mm）三種。（2）制作試塊所用的混凝土拌合料，最好是在施

38、工過(guò)程中隨機(jī)抽取試樣，也可采用符合工程的 配料和工藝條件在實(shí)驗(yàn)室中成型制作。（3）按7、14、28、60、90、180、365天齡期制備試塊和進(jìn)行測(cè)試，每一齡期需有3個(gè)（或6個(gè)）試塊，每種標(biāo)號(hào)試塊不少于30塊。（4）試塊養(yǎng)護(hù)與被測(cè)的結(jié)構(gòu)混凝土養(yǎng)護(hù)條件盡可能相同。（5）試塊的超聲聲速值vi的測(cè)量應(yīng)取試塊的搗制側(cè)面為測(cè)試面，測(cè)點(diǎn)布置采用三對(duì)（或五對(duì)）（圖4-15），取試塊的平均聲時(shí)，（扣除聲時(shí)零讀數(shù)）除以試塊的測(cè)距計(jì)算超聲聲速vi。（6）最后，將試塊另一對(duì)側(cè)面作為承壓面置于壓力機(jī)上，以0.3-0.8mpa/s的速度連續(xù)而均勻地加荷（低標(biāo)號(hào)混凝土凝土取0.3-0.5mpa/s的加荷速度;c30的混凝

39、土取0.5-0.8mpa/s的加荷速度）計(jì)算極限破壞抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu。（7）以數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)vi以fcu進(jìn)行回歸分析，建立統(tǒng)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，并確定回歸的效果和誤差范圍。三、試塊的聲速試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理按下式計(jì)算vi=l/tm×10(km/s)計(jì)算精確度0.01(km/s)。式中l(wèi)發(fā)、收換能器的測(cè)試距離，即試塊的測(cè)試寬度（cm），計(jì)算精度0.01m。tm測(cè)區(qū)（試塊）的平均聲時(shí)值（單位s=10-6s），計(jì)算精度0.1（s）。如果個(gè)別測(cè)點(diǎn)聲時(shí)偏差超過(guò)試塊聲時(shí)平均值的±5%時(shí)，則該試塊應(yīng)予以棄除。試塊的極限抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算：fcu=f/a×k(mpa)式中 f極限載荷

40、（n）； a試塊承壓面積（mm2）； k試塊尺寸換算系數(shù)（邊長(zhǎng)為150mm立方體的系數(shù)為1；邊長(zhǎng)為100mm立方體的系數(shù)為0.95；邊長(zhǎng)為200mm立方體的系數(shù)為1.05）?；炷亮⒎襟w試塊抗壓強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)精確至0.1mpa。以三個(gè)試塊的算術(shù)平均值作為該組試塊的抗壓強(qiáng)度值。三個(gè)測(cè)值中的最大值或最小值中如有一個(gè)與中間值的差超過(guò)中間值的15%，則把最大值及最小值一并棄除，取中間值作為該組試塊的抗壓強(qiáng)度；如兩個(gè)測(cè)試值與中間值相差均超過(guò)15%，則此組試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。四、擬合測(cè)強(qiáng)曲線與效果分析混凝土超聲測(cè)強(qiáng)曲線，受混凝土的原材料品種規(guī)格、養(yǎng)護(hù)方法、齡期、含水率等綜合影響。因此，對(duì)應(yīng)的大量實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度值fc

41、u、超聲值vi之間屬于非確定關(guān)系。要確定這些非確定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的數(shù)學(xué)經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式，通常采用數(shù)理統(tǒng)一方法尋求參量之間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系。混凝土超聲測(cè)強(qiáng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式有線性和非線性兩種，采用非線性的擬合曲線，更精確地描述參量之間的相關(guān)性，且用聲速推算混凝土強(qiáng)度的精確度更高些。采用超聲測(cè)強(qiáng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)所擬合的混凝土測(cè)強(qiáng)曲線，包括假設(shè)數(shù)學(xué)模型、計(jì)算實(shí)驗(yàn)常數(shù)、擬合效果和精度的分析，以及驗(yàn)證等內(nèi)容。聲速換算法在混凝土多相復(fù)合體系中，粗細(xì)骨料所點(diǎn)比例甚大，它的品種、特性、含量等往往對(duì)混凝土的總聲速造成極大影響，但在一定的范圍內(nèi)，它對(duì)混凝土的強(qiáng)度的貢獻(xiàn)卻遠(yuǎn)不如對(duì)聲速的影響那么大。而混凝土中水泥石的強(qiáng)度及其與骨料的粘結(jié)

42、能力是對(duì)混凝土強(qiáng)度起決定作用的。但由于它所點(diǎn)比例較少，對(duì)混凝土總聲速的影響卻很小，這就是當(dāng)混凝土原材料及配比不同時(shí)，聲速與強(qiáng)度關(guān)系發(fā)生明顯變化，使強(qiáng)度聲速曲線無(wú)法普遍應(yīng)用的根本原因?；谝陨险J(rèn)識(shí)，我們不妨設(shè)想，若能將混凝土中硬化水泥漿的聲速或砂漿聲速，從混凝土總聲速中通過(guò)換算分離出來(lái)，建立換算的硬化水泥凈漿聲速或砂漿聲速與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系，則可消除骨料品種、含量等因素的影響。從而只要建立少數(shù)幾種不同水泥品種的“硬化水泥凈漿聲速-混凝土強(qiáng)度”或“砂漿聲速-混凝土強(qiáng)度”關(guān)系曲線或公式，就能適應(yīng)各種不同配合比的混凝土的需要。這種將原來(lái)的混凝土聲速換算為相應(yīng)的水泥石或水泥砂漿的聲速，即所謂聲速換算法，

43、我國(guó)建筑材料科學(xué)研究院和陜西建筑科學(xué)研究院就在這方面曾作了較系統(tǒng)的研究。硬化水泥凈漿聲速換算法。假定混凝土試件為一塊由粗、細(xì)集料及硬化水泥漿分段組成的試件（見(jiàn)圖4-16）設(shè)l為試件的長(zhǎng)度，即超聲穿過(guò)時(shí)的總路徑，lg、ls、lc分別為超聲波的粗、細(xì)集料及硬化水泥漿中的傳播路徑；t為超聲穿過(guò)試件體所經(jīng)歷的時(shí)間；tg、ts、tc為超聲穿過(guò)粗、細(xì)集料及硬化水泥漿在混凝土中所經(jīng)歷的時(shí)間；vg、vs、vc分別為為、細(xì)集料及硬化水泥在混凝土中所點(diǎn)的體積分?jǐn)?shù)；v為混凝土的總聲速；vg、vs、vc分別為粗、細(xì)集料及硬化水泥漿的聲速。假定，超聲波穿過(guò)復(fù)合體時(shí)，在各組分中的傳播路徑lg、ls、lc與各級(jí)分在混凝土中

44、所占的體積成正比，即lg=lvg ls=lvs lc=lvc根據(jù)以上假定，可寫出以下聯(lián)立方程式： t=tg+ts+tc vg=lvg /tgvs=lvs /ts (4-13)vc=lvc /tcv=l/t 解（4-13）聯(lián)立方程式，即可得： （4-14）從（4-14）式中可見(jiàn)，只要分別知道混凝土的配合比（體積vg、vs、vc）；知道粗、細(xì)骨料的聲速vg、vs，并測(cè)出混凝土的總聲速v即可求出硬化水泥漿的聲速vc，用vc與混凝土的抗壓強(qiáng)度建立關(guān)系則可消除配合比中粗骨料因素的影響。圖4-17（a）和圖4-19（a）即為當(dāng)不同集灰比及不同粗、細(xì)集料比例時(shí)，混凝土強(qiáng)度與聲速的關(guān)系曲線。從圖中可

45、見(jiàn)，一種配比對(duì)應(yīng)一條曲線，彼此相差甚大，所以一條線只適用于一種配合比的混凝土的數(shù)據(jù)，根據(jù)（4-14）式算成硬化水泥漿聲速后，再與混凝土強(qiáng)度一起繪制成的關(guān)系曲線，均可用一條曲線來(lái)反映。也就是說(shuō)，我們只要制作幾條不同水泥品種，不同密實(shí)程度及不同齡期的“混凝土強(qiáng)度硬化水泥漿換算成聲速”的關(guān)系曲線，當(dāng)已知混凝土配合比及粗、細(xì)集料聲速后，即可用換算法解決各種不同配比的混凝土強(qiáng)度測(cè)量問(wèn)題。關(guān)于混凝土強(qiáng)度與硬化水泥漿換算聲速之間的關(guān)系式，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的實(shí)測(cè)曲線用回歸法求出。我國(guó)建筑材料科學(xué)院研究成果表明，該關(guān)系式應(yīng)采用下面函數(shù)形式，即=avb （4-15）式中 混凝土抗壓強(qiáng)度（mpa） vc根據(jù)混凝土配比及聲

46、速換算的硬化水泥漿聲速（km/s） a、b均為系數(shù)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出了以下兩個(gè)具體公式，可供參考：（1）普通硅酸鹽水泥，控制拌合物坍落為7cm以上，混凝土強(qiáng)度f(wàn)ccu與混凝土中硬化水泥漿換算聲速vc之間的關(guān)系： =0.637v 3.04 （4-16）式中 用水泥凈漿聲速換算法推算的混凝土強(qiáng)度（mpa）；v經(jīng)換算求得的硬化水漿聲速（km/s）。此式計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相比的平均相對(duì)誤差為10.23%。（2）礦渣硅酸鹽水泥，控制拌合物坍落度為7cm以上的混凝土： =0.218 v 3.64 (4-17)式中 各項(xiàng)同上。該式計(jì)算值與實(shí)測(cè)值相比的平均相對(duì)誤差為10.35%。二、硬化水泥砂聲速換算法（一）水泥砂

47、漿聲速換算法的基本原理該法的基本原理與硬化水泥漿聲速換算法相近，都是用換算法來(lái)排除骨料的影響。其間的主要區(qū)別是：水泥砂漿聲速換算把混凝土視為由水泥漿和粗骨料復(fù)合而成的兩相復(fù)合體系。因?yàn)橐话闫胀ɑ炷恋膹?qiáng)度主要取決于硬化水泥砂漿的強(qiáng)度及其與骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度，其中砂與水泥水化產(chǎn)物之間存在一種硅吸附作用，粘結(jié)強(qiáng)度較高，而粗骨料周圍則存在著較多的空隙、側(cè)裂縫等構(gòu)造缺陷和低強(qiáng)度層，影響水泥砂漿與粗骨料的粘結(jié)能力。此外，在混凝土超聲檢測(cè)中，常用頻率約為20khz10khz。若混凝土中的聲速以4.0km/s計(jì)，則其波長(zhǎng)約為200mm400mm遠(yuǎn)大于細(xì)細(xì)集料粒徑（<5mm）。因此，對(duì)常用超聲頻率而言，

48、水泥漿可視為均質(zhì)體。所以，砂漿聲速換算法中，則以換算的砂漿聲速與混凝土強(qiáng)度建立基本測(cè)強(qiáng)曲線，其換算公式為：vm=lm/tm （4-18）式中 vm混凝土中砂漿的聲速；lm超聲脈沖穿越混凝土試件時(shí)，穿越砂漿的聲程，為 (4-19)式中 l超聲波穿過(guò)混凝土試件的聲程；超聲波穿過(guò)混凝土所經(jīng)過(guò)的石子時(shí)的聲程。（4-18）式中tm為超聲波穿越混凝土?xí)r，在砂漿中所經(jīng)歷的聲時(shí)即： (4-20)式中 t混凝土總聲時(shí)在混凝土中穿過(guò)石子所需的聲時(shí)，與石子、聲速關(guān)系為 =/ （4-21）將（4-19）、（4-20）、（4-21）式代入（4-18）式得vm = vg(l-)/(t- lg) （4-22）從該式可知，只

49、要預(yù)知石子聲速vg，并算出超聲波穿過(guò)混凝土試件時(shí)，在混凝土的石子中所經(jīng)歷的聲程ls，即可換算出混凝土中砂漿的聲速vm。然后用vm與相應(yīng)的混凝土強(qiáng)度f(wàn)cu建立關(guān)系，該關(guān)系拓除了石的影響，可適用于多種配合比的混凝土。（二）混凝土中石子聲程的計(jì)算砂漿聲速換算法與硬化水泥漿聲速換算法中的一個(gè)區(qū)別是混凝土中石子聲程的計(jì)算，不再沿用混凝土中各級(jí)分的聲程與各級(jí)分在混凝土中所占體積分?jǐn)?shù)成正比的要領(lǐng)而采用了更為確切的聲程計(jì)算法則。1、基本假設(shè)為了簡(jiǎn)化計(jì)算，該方法采用了以下基本假設(shè)：（1）將混凝土中的石子扯作以石子平均粒徑為直徑的等徑圓球；（2）等徑圓球在混凝土中呈最緊密的積錐形空間格點(diǎn)排列，其間充以砂漿，球與球

50、之間最小砂漿厚度均勻?yàn)?；（3）石子的聲速大于砂漿聲速，而儀器所接收的超聲脈沖首波訊號(hào)，能過(guò)石子聲程占總聲程比例最大的那一條傳播。2、不同傳播方向上的石子聲程根據(jù)以上三點(diǎn)假設(shè)，石子聲程可按下式計(jì)算：若聲波按圖表-19（a）中心方向傳播，則以a線石子所占聲程最大，脈沖通過(guò)a線首先到達(dá)接收探頭，所以lg為：lg=nd=ld/(d+2) （4-23）若聲波按圖4-19（b）所示的方向傳播，則b線中石子的所占聲程最大，脈沖通過(guò)b線首先到達(dá)接收探頭。所以，從圖4-19（b）中的平面幾何關(guān)系不難求出lg為： （4-24）（4-23）（4-24）式中n為在聲通路中假想石球的個(gè)數(shù)；2為石球間砂漿厚度；d和l為

51、每個(gè)石球上的聲程，其中d為石球的直徑，也就是混凝土中石子的平均粒徑；可用下式求出：d=（d1a1+d2a2diai）/100 （4-25）式中 d1di分別為石子篩孔尺寸（cm）； a1ai各篩余分計(jì)百分率（%）。3、砂漿層厚度的計(jì)算（4-23）、（4-24）式中的2為砂漿層度（圖4-19），根據(jù)積錐形空間格點(diǎn)排列單的立體幾何關(guān)系，求出與混凝土中砂漿體積之間的計(jì)算公式。球體積錐形空間格點(diǎn)最緊密排列中，每個(gè)球均與12個(gè)球相接，其中每四個(gè)球彼此相接，形成圖4-20所示的正四面體。該四面體中空障體積為四面體體積減去被切入的四個(gè)球的部分體積。 (4-26)式中 （d+2）石球包復(fù)厚度為的砂漿厚的直徑； v四面體中除直徑為d+2的球以外的空隙，該空隙也應(yīng)為砂漿所填滿。由于每個(gè)球總是與12個(gè)球接觸，因此，每一個(gè)球均分?jǐn)?2個(gè)四分之一v，就總體而言，混凝土中砂將分配在每一個(gè)石球上的體積v為:v=/6(d+2)3-d3 +3v (4-27)若某種混凝土試驗(yàn)中共有n個(gè)石球，則總的砂漿體積vm應(yīng)為vm=n/6(d+2)2-d3+3v （4-28）將（4-28）式展開化簡(jiǎn)將（4-27）式代入，得 (4-29)令 a=1.5d b=0.75d2 c=(0.095nd3-vm)/4.9n則(4-29)式可寫成 (4-30)又令 (4-31)代入(4-30)式得 (4-32)設(shè) ,則(4-32)式又可寫