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超声波法检测混凝土工作应力状态试验研究李铭博
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摘要：评估役结构安全性工作中混凝土结构工作应力属于重要指标。本文通过超声波法检测混凝土试件单项轴压试验，以了解超声波传播速度与养护龄期、强度等级、骨料类型的影响。基于此试验确定相对波速系数以及混凝土应力损伤系数，得到混凝土工作应力与超声波波速的关系式，进而提出混凝土工作应力的评估方法，以便于今后混凝土结构工作应力检测工作。
关键词：超声波波速；混凝土；工作应力；应力损伤系数
在建筑工程中混凝土结构属于一种主要结构形式。当出现混凝土碳化、冻融或应力损伤时均可破坏混凝土结构，其中由超载导致的结构内部应力加大是引发结构破坏的常见原因。建筑物的安全性主要依靠混凝土应力水平体现，因此针对役结构的不同部位、不同指标的工作应力值均需熟知。以往研究多针对利用超声波检测混凝土材料强度与裂缝缺陷，关于采用超声波检测混凝土工作应力状态的研究较少。本文针对混凝土立方体试块的试验，针对不同养护龄期、不同强度等级、不同骨料类型的试件的超声波传播速度与幅值的影响进行对比，得到不同应力下超声波波速与幅值的变化规律。基于试验确定相对波速系数以及混凝土应力损伤系数，得到混凝土工作应力与超声波波速的关系式，进而提出混凝土工作应力的评估方法，以为今后混凝土结构工作应力检测工作提供参考。
1试验概况
1.1试验设备
本试验选用YAW-2000D型微机控制电液伺服压力试验机，非金属超声波检测分析仪，50kHz换能器。
1.2试验试块
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，并根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ—2011）制定配合比；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150mmΧ150mmΧ150mm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。
1.3试验方法
在试验中，为了减少试件两端摩擦阻力对混凝土内部损伤的影响，以凡士林为润滑剂涂抹在立方体左右两端。将超声波的平面换能器垂直于加载方向对称放置在试件的中部。图1显示了试件的加载形式与测试布置图。
图1试验布置简图
根据相关规范制定各强度试件加载速度和等级如表1所示
表1加载速度及加载等级
通过分级加载的方法对混凝土试件进行荷载—超声波检测试验，要求各级加载过程中的保压时间不低于10min，进行超声波检测和数据采集。
2工作应力与超声波速之间的关系
2.1不同强度混凝土立方体试件超声波波速对比
图2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不同强度混凝土立方体试件超声波波速对比趋势图
2.2不同龄期立方体试件超声波波速对比
图3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不同龄期立方体试件超声波波速对比趋势图
2.3不同骨料类型立方体试件超声波波速对比
图4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。
图4不
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