超声波检测法检测混凝土应力与超声波波速超声波幅值关系

超声波检测法检测混凝土应力与超声波波速超声波幅值关系

李铭博

李铭博

河北农业大学东校区土木工程专业

摘要：在役结构安全性中混凝土应力是作为重要的评估指标。本文通过对三种强度等级立方体试件的试验分析，研究了混凝土试件在不同压应力作用下超声波波速和幅值的变化规律，探讨了立方体试块养护龄期的影响。

关键词：超声波检测法；混凝土应力；超声波波速；超声波幅值

根据工程常用的混凝土强度等级及骨料类型（卵石、碎石），本文对C25、C30、C35三种强度等级的混凝土试块,骨料类型为碎石和卵石的C25强度的混凝土试块进行了实验研究。为了研究养护龄期对试验结果的影响，本次试验立方体试块同一龄期、同一强度、同一骨料类型为一组，每一组制作6个150mm×150mm×150mm试块，并根据试验龄期要求在标准养护条件下分别养护28d、60d、90d，以卵石为骨料类型的C25强度等级的混凝土试件养护28d。

图1不同强度混凝土立方体试件超声波波速对比趋势图

一、不同强度混凝土立方体试件超声波波速对比

图1所示为C25、C30、C35混凝土立方体试件28d养护龄期下，超声波波速随应力的变化趋势图。

在同一龄期下，不同强度等级的试件波速相差较小；随着应力的增加，同一应力水平下，强度等级越高，波速值越大，而在应力值在10MPa～15MPa时，强度为C30混凝土立方体试件波速值比C35的混凝土立方体试件波速值较高；在同一龄期下，随着应力的增加，C30与C35试块的波速趋于接近，而C25试件下降趋势较C30与C35试块更为明显。

整体呈现随应力水平增加，超声波波速波速降低的趋势。

图2不同龄期立方体试件超声波波速对比趋势图

二、不同龄期立方体试件超声波波速对比

图2所示为养护龄期为28d、60d、90d，强度等级为C25的混凝土立方体试件的超声波波速对比趋势图。

从图中可以看出，强度等级为C25的不同龄期混凝土立方体试件在加载初期波速值相差不大；随着应力值的增加，整体波速值呈现下降趋势；应力值在0MPa～9MPa时，龄期为90d的试件波速出现大幅度增长；应力值在9MPa～18MPa时，在同一应力水平下，试件龄期越长波速值越大；应力值在18MPa～28MPa时，龄期为60d的试件波速出现一段小幅增长。

对于在初期应力作用下出现波速增长，可能是由于在荷载的作用下，混凝土立方体试件被压密实。

整体大致呈现出随着应力水平的增加，超声波波速出现先下降后上升再下降的趋势。

图3不同骨料类型立方体试件超声波波速对比趋势图

三、不同骨料类型立方体试件超声波波速对比

图3所示为骨料类型为卵石、碎石，强度等级为C25，养护龄期为28d的混凝土立方体试件的超声波波速对比趋势图。

从图中可以看出，骨料类型为碎石的立方体混凝土试件的工作应力与超声波波速的关系与骨料类型为卵石的立方体混凝土试件的工作应力与超声波波速的关系相差不大；随着应力水平的增加，立方体试件超声波波速呈现类抛物线式下降趋势。

因此骨料类别（卵石、碎石）对波速值影响不大。

四、不同强度等级混凝土立方体试件超声波幅值对比

图4所示为C25、C30、C35混凝土立方体试件在28d养护龄期下，超声波幅值随应力的变化趋势图。

从图中不难看出随着应力水平的增加，超声波幅值波动幅度大，因此不同强度等级的混凝土立方体试件与超声波幅值的规律性很差，离散度很高。

不建议采用超声波幅值来监测混凝土试件的损伤程度。

五、不同养护龄期混凝土立方体试件超声波幅值对比

图5所示为养护龄期为28d、60d、90d，强度等级为C25的混凝土立方体试件超声波幅值随应力的变化趋势图。

从图中可以看出，龄期为28d与龄期为60d试件的初始幅值相似，而龄期为90d试件的幅值偏低，随着应力水平的提高，不同养护龄期的试件的超声波幅值都呈现了先增加后减少的趋势。

图4不同强度等级混凝土立方体试件超声波幅值对比趋势图

图5不同养护龄期混凝土立方体试件超声波幅值对比趋势图

从整体看，在相同应力水平下，随着养护龄期的提高，超声波幅值大体呈现下降的趋势。

六、总结

1)对于不同强度等级的混凝土，不同应力水平下，强度等级较高的混凝土的超声波波速较强度等级较低的混凝土的超声波波速时间稳定性好。

2)对于相同强度等级的混凝土，不同骨料类型（卵石、碎石），在不同应力水平下超声波波速与幅值并没有明显变化。

3)从养护龄期为28d的立方体试件来看，不同强度等级混凝土试件的初始超声波波速大约均为4.8m/s;在应力低于极限破坏应力的30%时，超声波波速基本等于初始波速;在工作应力为极限破坏应力的30%～70%阶段，超声波波速缓慢下降，最大比初始波速下降约6%;当工作应力大于混凝土极限破坏应力70%后，超声波波速下降较快;当达到破坏应力时，超声波波速比初始波速下降约25%。

4)超声波幅值与混凝土应力对应关系没有规律性，不宜用幅值来检测和评价混凝土的工作应力。

参考文献

[1]高昊,郝文秀,李梁,等.超声波法检测混凝土工作应力状态试验研究[J].建筑科学,2017,33(3):94-99.

[2]杜二霞,张君鸿,阎宇杰.基于超声波测试的混凝土应力与波速关系[J].河北大学学报(自然科学版),2018,38(4):356-361.

[3]陈龙珠,沙玲,邓俊杰.混凝土波速受检测方法影响的研究[J].岩土工程学报,2006,28(06):12-15.

[4]刘宏翔,杜二霞.超声波检测混凝土应力的试验分析[J].山西建筑,2017,43(13):47-49.

[5]刘杰,徐晨,褚世洪.应力波波速与超声波波速关系的探讨[C]//全国结构工程学术会议.2003.

[6]胡宏彪.超声波法检测混凝土缺陷的实验分析[J].江苏建筑职业技术学院学报,2015，11(2):17-20.

作者简介

李铭博(1998.04-)，男，河北省霸州市人，保定市南市区，河北农业大学东校区土木工程专业本科生。

河北农业大学大学生创新创业训练计划资助项目(项目编号2018037)。