高性能混凝土抗壓強(qiáng)度超聲檢測(cè)及質(zhì)量提升研究

李鑫隆 敖清文 李勇

摘要 為了對(duì)高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，文章研究搭建了超聲檢測(cè)試驗(yàn)環(huán)境，并對(duì)抗壓強(qiáng)度超聲檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析。為了對(duì)高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行提升，研究對(duì)工業(yè)廢渣摻和料進(jìn)行了選取，并對(duì)不同摻和料在抗壓強(qiáng)度上的作用進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，測(cè)距為42 cm時(shí)是最合適的距離。當(dāng)硅灰單摻的摻量為8%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度是最高的，數(shù)值為16.8 MPa。在混摻上，硅灰、礦粉和粉煤灰的摻量分別為6%、30%和20%時(shí)，效果更好，抗壓強(qiáng)度為18.25 MPa。

關(guān)鍵詞 高性能；超聲檢測(cè)；抗壓強(qiáng)度；測(cè)距；混凝土

中圖分類號(hào) TU528文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）08-0052-04

0 引言

在建筑領(lǐng)域中，混凝土是十分常見的材料，且該材料的強(qiáng)度影響著建筑結(jié)構(gòu)的性能[1]。因此，對(duì)混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)和提升便顯得尤其重要。針對(duì)混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)，目前最常用的方法是超聲波測(cè)試；針對(duì)混凝土強(qiáng)度的提升，目前的熱門方法是通過工業(yè)廢渣來改進(jìn)混凝土的性能[2-3]。然而，這些方法都存在一定的不足，如超聲波測(cè)試中的超聲平測(cè)法本身還不夠完善，部分實(shí)際應(yīng)用在科學(xué)依據(jù)上存在缺失[4]。通過工業(yè)廢渣來改進(jìn)混凝土性能的方法不僅可以充分利用廢棄資源，而且還具有良好的填充作用，能對(duì)混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行良好的改進(jìn)。然而，這種方法對(duì)多種摻和料混摻制備高性能混凝土還沒有更深入的研究[5-6]。因此，研究將基于超聲波測(cè)試的兩種方法來搭建高性能混凝土的強(qiáng)度檢測(cè)試驗(yàn)環(huán)境，并對(duì)強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。此外，為了提升高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度，研究也對(duì)摻和料進(jìn)行了選擇，并對(duì)不同摻和料在高性能混凝土抗壓及抗折強(qiáng)度上的影響進(jìn)行了分析。

1 超聲檢測(cè)試驗(yàn)環(huán)境搭建及高性能混凝土制備

為了對(duì)高性能混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行超聲檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量提升，研究先對(duì)超聲檢測(cè)試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行了搭建，并對(duì)高性能混凝土的原材料進(jìn)行了重新選擇，以期提升高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度。隨后，基于搭建好的超聲檢測(cè)試驗(yàn)環(huán)境，對(duì)不同測(cè)距下高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了分析，以期確定更具有優(yōu)勢(shì)的檢測(cè)距離。最后，研究對(duì)重新選擇原材料的高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度進(jìn)行了分析，探討了不同摻料對(duì)高性能混凝土抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響。

超聲波測(cè)試主要分為兩種，分別為超聲對(duì)測(cè)法和超聲平測(cè)法[7]。為了對(duì)高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，研究在超聲對(duì)測(cè)法和超聲平測(cè)法的基礎(chǔ)上對(duì)檢測(cè)試驗(yàn)進(jìn)行了搭建。首先，選取了10種高性能混凝土，該高性能混凝土包含了水泥、硅灰、自來水和萘系高效減水劑。其中，硅灰的摻量為12%。研究將選取到的高性能混凝土分為三組來進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，分別命名為A組、B組和C組，其中，A組中有6個(gè)試件，B組和C組皆有2個(gè)試件，且三組試件皆從不同的面來進(jìn)行檢測(cè)，如側(cè)面、底面。A組需要進(jìn)行平測(cè)測(cè)距對(duì)比，B組和C組除了進(jìn)行平測(cè)側(cè)面對(duì)比外，還需要分別進(jìn)行底面對(duì)比和對(duì)測(cè)側(cè)面對(duì)比。測(cè)距過大會(huì)造成檢測(cè)結(jié)果的不穩(wěn)定，而測(cè)距過小會(huì)導(dǎo)致誤差過大[8]。因此，為了找到合適的測(cè)距來對(duì)高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，研究將基于選取的試件來進(jìn)行試驗(yàn)。

為了提升高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度，研究對(duì)高性能混凝土的原材料進(jìn)行了重新選擇。大部分的工業(yè)廢渣都具有火山灰性，能夠被摻入混凝土中，并能與混凝土發(fā)生二次水化反應(yīng)，增強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能[9-10]。研究選取的高性能混凝土制備材料有水泥、石灰?guī)r碎石、萘系高效減水劑、粉煤灰、硅灰和礦渣。其中，水泥為硅酸鹽水泥，主要包含了堿、三氧化硫和氧化鎂。該水泥的初凝時(shí)間為108 min，終凝時(shí)間為158 min。此外，3 d試驗(yàn)時(shí)間下該水泥的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別為6.9 MPa和35.7 MPa，而28 d試驗(yàn)時(shí)間下的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度分別為10.3 MPa和68.5 MPa。萘系高效減水劑的減水率為22%，礦渣為S95等級(jí)微粉。

2 高性能混凝土抗壓強(qiáng)度超聲檢測(cè)結(jié)果分析

在搭建好實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并制備好重新選擇原材料的高性能混凝土后，研究將確定更具有優(yōu)勢(shì)的測(cè)距。為了確定合適的平測(cè)及對(duì)測(cè)測(cè)距，并將其應(yīng)用在高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度檢測(cè)中，研究進(jìn)行了不同測(cè)距下的高性能混凝土強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)。在試驗(yàn)的過程中，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)測(cè)距低于20 cm或高于50 cm時(shí)，測(cè)試的結(jié)果便會(huì)受到較大的影響。因此，研究在20～50 cm的范圍內(nèi)對(duì)試驗(yàn)測(cè)距進(jìn)行選取，分別為20 cm、28 cm、36 cm、42 cm和50 cm。高性能混凝土超聲檢測(cè)結(jié)果如圖1所示。

通過圖1（a）可以看出，當(dāng)測(cè)距為28 cm時(shí)，回歸測(cè)強(qiáng)曲線的乘冪為3.842 5。當(dāng)測(cè)距為36 cm時(shí)，乘冪為4.619 7。當(dāng)測(cè)距為42 cm和50 cm時(shí)，乘冪分別為4.971 3和5.293 6?？箟簭?qiáng)度的最大值皆為68.7 MPa，最小值皆為14.3 MPa。由此可知，當(dāng)測(cè)距為50 cm時(shí)，能夠更方便地對(duì)高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。然而，當(dāng)測(cè)距為50 cm時(shí)，檢測(cè)出來的數(shù)據(jù)存在離散性較大的弊端。因此，測(cè)距為42 cm時(shí)便是最合適的距離。

在采用超聲檢測(cè)法時(shí)，超聲波會(huì)順著檢測(cè)面來進(jìn)行傳播。因此，每一個(gè)檢測(cè)面都會(huì)有和其相對(duì)應(yīng)的回歸測(cè)強(qiáng)曲線乘冪，且每一個(gè)檢測(cè)面對(duì)檢測(cè)的影響也是不一樣的。由圖1（b）可知，當(dāng)測(cè)距皆為42 cm時(shí)，平測(cè)底面的乘冪為4.284 3，而平測(cè)側(cè)面的乘冪為4.729 2。可以看出，平測(cè)側(cè)面的乘冪是明顯地大于平測(cè)底面的，這也說明了通過平測(cè)側(cè)面來對(duì)高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)更具有優(yōu)勢(shì)。

超聲對(duì)測(cè)法具有較為完整的混凝土測(cè)強(qiáng)公式，而平測(cè)法在實(shí)際應(yīng)用中存在檢查面可選范圍大等優(yōu)勢(shì)。通過圖1（c）可以得知，當(dāng)平測(cè)測(cè)距為42 cm，對(duì)測(cè)測(cè)距為28 cm時(shí)，平測(cè)側(cè)面的乘冪為4.992 7，對(duì)測(cè)側(cè)面的乘冪為4.983 4?？梢钥闯?，此時(shí)平測(cè)側(cè)面的乘冪要略微大于對(duì)測(cè)側(cè)面的乘冪，這也說明了此時(shí)平測(cè)側(cè)面更具有優(yōu)勢(shì)。

3 高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度分析

為了提升高性能混凝土的質(zhì)量，研究對(duì)其原材料進(jìn)行了重新選取。針對(duì)該高性能混凝土的質(zhì)量提升效果分析，研究主要從抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度兩個(gè)方面來進(jìn)行展開。為了對(duì)高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，研究采用高性能混凝土試件的大小為160 mm×160 mm×160 mm。為了驗(yàn)證高性能混凝土的力學(xué)性能，研究分析了單摻和混摻在抗壓強(qiáng)度上的作用。在對(duì)混摻在抗壓強(qiáng)度上的作用進(jìn)行分析之前，研究需要先設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同方案的目標(biāo)孔隙率和硅灰、礦粉及粉煤的灰摻量進(jìn)行設(shè)計(jì)。單摻在抗壓強(qiáng)度上的作用如圖2所示。

通過圖2（a）可以看出，當(dāng)硅灰的摻量為0%、2%、4%、6%和8%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的高性能混凝土抗壓強(qiáng)度為8.5 MPa、15.2 MPa、16.3 MPa、16.5 MPa和16.8 MPa。隨著硅灰摻量的增加，高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度也在增加，而增幅是先急劇上升，之后再緩慢增加。由圖2（b）可知，當(dāng)?shù)V渣的摻量為0%、10%、20%、30%和40%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的高性能混凝土抗壓強(qiáng)度為8.4 MPa、14.2 MPa、15.1 MPa、15.7 MPa和15.8 MPa。隨著礦渣摻量的增加，高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度也在增加。此時(shí)抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)幅度是先達(dá)到最大，之后再急劇縮小，最后再慢慢變小。通過圖2（c）可以得知，當(dāng)粉煤灰的摻量為0%、5%、10%和20%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的高性能混凝土抗壓強(qiáng)度為8.2 MPa、9.3 MPa、9.2 MPa和9.0 MPa。當(dāng)粉煤灰的摻量為25%和30%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度分別為8.7 MPa和8.3 MPa。隨著粉煤灰摻量的增加，高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度先是增加，之后便是逐漸減少。抗壓強(qiáng)度增加時(shí)的變動(dòng)幅度最大，摻量為25%和30%時(shí)的減少幅度最大。由此可知，單摻硅灰在高性能混凝土抗壓強(qiáng)度提升上的效果更好，單摻礦渣其次，單摻粉煤灰的效果排在最末位?；鞊皆诳箟簭?qiáng)度上的作用如圖3所示。

通過圖3可以看出，方案1的實(shí)際測(cè)孔隙率為29.5%，硅灰、礦粉和粉煤灰的摻量分別為2%、10%和10%，抗壓強(qiáng)度為13.83 MPa。方案2的實(shí)際測(cè)孔隙率為27.7%，硅灰、礦粉和粉煤灰的摻量分別為2%、20%和20%，抗壓強(qiáng)度為13.99 MPa。方案3的實(shí)際測(cè)孔隙率為28.1%，硅灰、礦粉和粉煤灰的摻量分別為2%、30%和30%，抗壓強(qiáng)度為14.34 MPa。方案4的實(shí)際測(cè)孔隙率為29.2%，硅灰、礦粉和粉煤灰的摻量分別為4%、10%和20%，抗壓強(qiáng)度為14.66 MPa。方案5的實(shí)際測(cè)孔隙率為28.3%，硅灰、礦粉和粉煤灰的摻量分別為4%、20%和30%，抗壓強(qiáng)度為15.44 MPa。方案6的實(shí)際測(cè)孔隙率為29.4%，硅灰、礦粉和粉煤灰的摻量分別為4%、30%和10%，抗壓強(qiáng)度為15.89 MPa。方案7的實(shí)際測(cè)孔隙率為27.4%，硅灰、礦粉和粉煤灰的摻量分別為6%、10%和30%，抗壓強(qiáng)度為16.96 MPa。方案8的實(shí)際測(cè)孔隙率為28.5%，硅灰、礦粉和粉煤灰的摻量分別為6%、20%和10%，抗壓強(qiáng)度為17.89 MPa。方案9的實(shí)際測(cè)孔隙率為29.8%，硅灰、礦粉和粉煤灰的摻量分別為6%、30%和20%，抗壓強(qiáng)度為18.25 MPa。由此可知，方案9的抗壓強(qiáng)度更大，效果更好，可以對(duì)混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行較好地改善。為了對(duì)高性能混凝土的抗折強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，研究采用的高性能混凝土的試件大小為110 mm×110 mm×410 mm。單摻礦物摻和料在抗折強(qiáng)度上的作用如表1所示。

通過表1可以看出，當(dāng)硅灰摻量為0%、2%、4%、6%和8%時(shí)，抗折強(qiáng)度分別為1.26MP、2.49 MPa、2.67 MPa、2.88 MPa和2.79 MPa。當(dāng)?shù)V粉摻量為0%時(shí)，抗折強(qiáng)度為1.23 MPa。當(dāng)?shù)V粉摻量為10%、20%、30%和40%時(shí)，抗折強(qiáng)度分別為2.53 MPa、2.53 MPa、2.82 MPa和2.75 MPa。當(dāng)粉煤灰摻量為0%時(shí)，抗折強(qiáng)度為1.44 MPa。

當(dāng)粉煤灰摻量為5%、10%、20%、25%和30%時(shí)，抗折強(qiáng)度分別為1.45 MPa、1.47 MPa、1.56 MPa、1.54 MPa和1.51 MPa。由此可知，單摻硅灰、礦粉和粉煤灰都能在一定程度上提升抗折強(qiáng)度，且單摻硅灰的效果更佳。

4 結(jié)論

為了對(duì)高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，研究搭建了超聲檢測(cè)試驗(yàn)環(huán)境，并對(duì)抗壓強(qiáng)度超聲檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析，以期確定更具有優(yōu)勢(shì)的測(cè)距。為了對(duì)高性能混凝土的質(zhì)量進(jìn)行提升，研究對(duì)其原材料進(jìn)行了重新選擇，并對(duì)不同摻和料在抗壓強(qiáng)度上的作用進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示，測(cè)距為42 cm時(shí)是最合適的距離，且此時(shí)平測(cè)側(cè)面優(yōu)于平測(cè)底面。當(dāng)平測(cè)測(cè)距為42 cm，對(duì)測(cè)測(cè)距為28 cm時(shí)，平測(cè)側(cè)面更具有優(yōu)勢(shì)。在單摻上，硅灰的效果更好，且當(dāng)硅灰的摻量為8%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度是最高的，數(shù)值為16.8 MPa。礦渣的效果其次，且當(dāng)?shù)V渣的摻量為40%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度是最高的，數(shù)值為15.8 MPa。粉煤灰的效果最佳，且當(dāng)粉煤灰的摻量為5%時(shí)，其對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度是最高的，數(shù)值為9.3 MPa。在混摻上，硅灰、礦粉和粉煤灰的摻量分別為6%、30%和20%時(shí)，效果更好，抗壓強(qiáng)度為18.25 MPa。在抗折強(qiáng)度上，單摻硅灰的效果更好，其次是單摻礦粉和單摻粉煤灰，且三者對(duì)應(yīng)的最大值分別為2.88 MPa、2.82 MPa和1.56 MPa。研究結(jié)果可以用于現(xiàn)實(shí)中高性能混凝土抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)和提升。

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