孫其臣, 呂小彬, 岳躍真, 田軍濤, 孔祥芝

(中國水利水電科學(xué)研究院 結(jié)構(gòu)材料所 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100038)

沖擊回波法檢測(cè)水工混凝土耐久性的試驗(yàn)研究

孫其臣, 呂小彬, 岳躍真, 田軍濤, 孔祥芝

(中國水利水電科學(xué)研究院 結(jié)構(gòu)材料所 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100038)

研究了沖擊回波法用于混凝土棱柱體試件動(dòng)彈性模量的測(cè)試情況，發(fā)現(xiàn)測(cè)試的波速為理論的一維P波波速，且獲取混凝土動(dòng)彈性模量的方法在本質(zhì)上與傳統(tǒng)的共振法是一致的。采用沖擊回波法檢測(cè)混凝土試件在凍融循環(huán)中波速的變化，與共振法測(cè)試的自振頻率的變化進(jìn)行對(duì)比研究，總結(jié)其內(nèi)在規(guī)律，最終換算到相對(duì)動(dòng)彈性模量的下降值來評(píng)價(jià)混凝土的抗凍性。初步的試驗(yàn)和理論分析的結(jié)果表明，利用沖擊回波法進(jìn)行水工混凝土抗凍性檢測(cè)的方法切實(shí)可行，可用于水工混凝土的耐久性評(píng)估。

沖擊回波法；混凝土；動(dòng)彈性模量；耐久性

影響水工混凝土耐久性的主要因素有凍融循環(huán)、干濕交替、冷熱變化以及酸、鹽有機(jī)物等的化學(xué)侵蝕，其中以凍融循環(huán)作用對(duì)混凝土的破壞最為嚴(yán)重。《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL352-2006)中規(guī)定以混凝土試件承受凍融循環(huán)試驗(yàn)后其質(zhì)量指標(biāo)下降的情況來評(píng)定耐久性的優(yōu)劣。規(guī)程中抗凍性試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)指標(biāo)有兩種：相對(duì)動(dòng)彈性模量下降到初始值的60%或質(zhì)量損失率達(dá)到5%時(shí)，即可認(rèn)為試件已達(dá)破壞，并以相應(yīng)的凍融循環(huán)次數(shù)作為該混凝土的抗凍等級(jí)[1-2]。對(duì)于普通混凝土(未添加引氣劑)，隨著凍融次數(shù)的增加，動(dòng)彈性模量下降40%時(shí)失重率為負(fù)值，這是因?yàn)榛炷辽形串a(chǎn)生剝蝕，吸水率增加導(dǎo)致。因此對(duì)于普通混凝土特別是結(jié)構(gòu)性混凝土，用質(zhì)量損失率作為混凝土凍融破壞的評(píng)估指標(biāo)就不一定合適了。動(dòng)彈性模量與材料自身的性質(zhì)密切相關(guān)，既可以表現(xiàn)出試件整個(gè)體積的動(dòng)彈性模量平均值，也可以反映材料局部的破損情況，因此試驗(yàn)室常以相對(duì)動(dòng)彈性模量值作為混凝土耐久性優(yōu)劣的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)[3-4]。

現(xiàn)行的《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》是通過測(cè)試混凝土試件的自振頻率來計(jì)算動(dòng)彈性模量，原理是使試件在一個(gè)可調(diào)頻率的周期性脈沖力作用下產(chǎn)生受迫振動(dòng)，根據(jù)共振頻率和振動(dòng)衰減系數(shù)計(jì)算混凝土動(dòng)彈性模量的值。但測(cè)試過程中，隨著凍融次數(shù)的增加，測(cè)試的自振頻率數(shù)值容易出現(xiàn)先減小后增大的現(xiàn)象，而當(dāng)相對(duì)動(dòng)彈性模量下降較大時(shí)也很難正確讀取自振頻率的數(shù)值，且此法對(duì)試件的尺寸有一定的要求，主要用于室內(nèi)混凝土抗凍性的測(cè)試，還不能用于現(xiàn)場(chǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。因此研究一種既能用于試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)試件的抗凍性測(cè)試又能用于現(xiàn)場(chǎng)混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際抗凍性的檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于水工混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量檢測(cè)和耐久性評(píng)價(jià)都有重要的意義。本文運(yùn)用沖擊回波法，通過彈性波波速來反推混凝土抗凍試件的動(dòng)彈性模量值，通過相對(duì)動(dòng)彈性模量對(duì)混凝土抗凍性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為水工混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性評(píng)估提供了依據(jù)。

1 沖擊回波法

沖擊回波法是基于瞬態(tài)應(yīng)力波的一種無損檢測(cè)技術(shù)，自從20世紀(jì)80年代興起以來，已成功的運(yùn)用到許多不同類型混凝土建筑物的缺陷檢測(cè)和質(zhì)量評(píng)價(jià)中[5-7]。該法通過一次短暫-持續(xù)的力學(xué)沖擊(通常為小鋼球敲擊，接觸時(shí)間為15-80 μs)用來產(chǎn)生低頻應(yīng)力波并傳播到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在缺陷處和外部邊界中來回反射而引起瞬態(tài)共振響應(yīng)。這些波反射引起的表面位移將會(huì)被靠近沖擊位置的一個(gè)傳感器所記錄，位移隨時(shí)間變化的結(jié)果會(huì)轉(zhuǎn)化為振幅隨頻率變化的結(jié)果，即時(shí)域分析轉(zhuǎn)化為頻域分析。瞬態(tài)共振響應(yīng)和振幅頻譜圖是由結(jié)構(gòu)的幾何尺寸和應(yīng)力波波速所決定的。因此，可以通過頻域分析確定實(shí)體結(jié)構(gòu)的彈性波波速或厚度，進(jìn)而確定結(jié)構(gòu)的完整性及缺陷的位置[8]。

沖擊回波法一般由激振錘激發(fā)，高靈敏度的傳感器接收，激振能量大且集中，能夠穿透10 m左右的混凝土，現(xiàn)場(chǎng)操作方便、適用性強(qiáng)、測(cè)試深度顯著提高。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，檢測(cè)設(shè)備的激振、接收、采集、分析手段有了很大的進(jìn)步，測(cè)試結(jié)果受介質(zhì)和環(huán)境條件的影響較小，保證了較高的測(cè)試精度和測(cè)試效率。

對(duì)抗凍試件彈性波(P波)波速的測(cè)試采用日本土木學(xué)會(huì)推薦使用的[9]與美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM標(biāo)準(zhǔn)類似的重復(fù)反射法(即沖擊回波法)[10]。將試件平放在海綿墊上，以保證在沖擊響應(yīng)時(shí)試件的自由振動(dòng)，在端部位置進(jìn)行沖擊激勵(lì)產(chǎn)生彈性波，經(jīng)試件反射拾振器接收信號(hào)，利用信號(hào)處理方法和頻譜技術(shù)抽出壁底部的反射信號(hào)，來測(cè)試彈性波在混凝土中的傳播速度Vp。美國試驗(yàn)材料學(xué)會(huì)在C1383和C215規(guī)范中分別闡述了使用沖擊回波法測(cè)試波速和自振頻率的基本概念、基本步驟和計(jì)算分析方法，通過公式推導(dǎo)，可以將沖擊回波法測(cè)試的波速值與結(jié)構(gòu)的自振頻率、動(dòng)彈性模量聯(lián)系起來。

我國現(xiàn)行的《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》關(guān)于混凝土動(dòng)彈性模量試驗(yàn)是借鑒ASTM C215規(guī)范[11]。C215規(guī)范中棱柱體試件橫向、縱向動(dòng)彈性模量按公式(1)、(2)計(jì)算，C1383規(guī)范中定義了P波波速的計(jì)算公式(3)，即兩倍的構(gòu)件厚度與P波厚度頻率[10](FFT頻譜圖上的卓越頻率，理論上與試件縱向自振頻率相同)的乘積，將公式(3)頻率f(等同于n′)帶入公式(2)中，可推出公式(4),而公式(4)是聲學(xué)基礎(chǔ)中在一維條件下傳播的波速Vp1，所以用沖擊回波法測(cè)試P波波速來推求動(dòng)彈性模量的方法與國內(nèi)規(guī)程是一致的，且測(cè)得的棱柱體試件波速是一維波速。

(1)

(2)

Vp=2f×c

(3)

(4)

其中Ed為動(dòng)彈性模量，GPa；M為試件質(zhì)量，kg；n、f(或n′)分別為試件橫向自振頻率、縱向自振頻率，Hz；T為取決于試件邊長(zhǎng)比和泊松比的修正系數(shù)；L(或c)、b、t分別為試件的長(zhǎng)、寬、高，mm(或m)；Vp(Vp1)為P波(一維)波速，m/s；ρ為材料的密度，kg/m3。

本文應(yīng)用混凝土結(jié)構(gòu)多功能無損測(cè)試儀測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件的彈性波波速。測(cè)試時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件選用直徑為17 mm不銹鋼球做激振錘，而全級(jí)配抗凍試件由于尺寸較大，能量衰減較快，故選用直徑為30 mm不銹鋼球做激振錘。以標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件為例，受信點(diǎn)位于端面中心，沿端面對(duì)角線布置4個(gè)激振點(diǎn)且與受信點(diǎn)的距離均為3 cm，每個(gè)激振點(diǎn)至少激振兩次以保證每個(gè)受信點(diǎn)能拾取到兩個(gè)有效數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)保存數(shù)據(jù)以待處理(如圖1所示)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件的彈性波波速測(cè)試Fig.1 Detecting the variation of wave velocities of concrete specimen

采集數(shù)據(jù)后，通過自帶的處理軟件進(jìn)行解析，而試件縱向自振頻率同樣可以采用測(cè)試試件P波厚度頻率即FFT頻譜圖上的卓越頻率的方法來獲得，從如圖2可以清晰的看到卓越頻率的峰值，峰值明顯且分布相同，與兩倍的構(gòu)件厚度的乘積即可得到彈性波(P波)的波速。將峰值頻率代入公式(3)中可得到波速Vp，圖2中峰值頻率為4 993 Hz，棱柱體試件的長(zhǎng)度為0.4 m，則波速Vp=2×T×f=2×0.4×4 993=3 994 m/s。

圖2 沖擊回波測(cè)試振幅頻譜Fig.2 Amplitude spectrum for a valid impact-echo test

2 試驗(yàn)研究

根據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，混凝土凍融試驗(yàn)以混凝土實(shí)體試件進(jìn)行，制備齡期為180 d的水工混凝土試件(成型標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件和全級(jí)配抗凍試件，尺寸分別為100 mm×100 mm×400 mm和400 mm×400 mm×1 600 mm)和齡期為28 d不同配合比下基準(zhǔn)、引氣混凝土試件(成型標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件)。采用國產(chǎn)的混凝土凍融試驗(yàn)機(jī)設(shè)備，以快凍法進(jìn)行，凍結(jié)時(shí)混凝土試件的中心溫度為-170C±2 ℃，融化時(shí)試件中心溫度為80C±2 ℃，標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件一次凍融循環(huán)為3 h左右，全級(jí)配

2.1 齡期為180d的某工程水工混凝土抗凍性試驗(yàn)

試驗(yàn)原材料為白鶴灘旱谷地料場(chǎng)灰?guī)r粗、細(xì)骨料，華新(昭通)中熱硅酸鹽水泥，云南宣威電廠粉煤灰，ZB-1A減水劑和ZB-1G引氣劑，配合比見表1。本試驗(yàn)按照上述配合比設(shè)計(jì)，同時(shí)成型標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件和全級(jí)配抗凍試件，且在同一養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至180 d齡期，試驗(yàn)條件和養(yǎng)護(hù)環(huán)境完全一致。按照規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)，成型試件后養(yǎng)護(hù)180 d進(jìn)行抗凍性測(cè)試，每隔25次凍融循環(huán)后測(cè)試自振頻率和波速的變化，以3個(gè)試件試驗(yàn)結(jié)果的平均值為測(cè)試值，統(tǒng)計(jì)自振頻率和波速并計(jì)算相對(duì)動(dòng)彈性模量，標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件測(cè)試結(jié)果見表2和圖3，全級(jí)配抗凍試件測(cè)試結(jié)果見表3和圖4。

表1 混凝土試驗(yàn)配合比

由表2和表3可知，混凝土試件的自振頻率和彈性波波速隨凍融循環(huán)的增加而逐步降低，標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件在凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到250次時(shí)相對(duì)動(dòng)彈性模量下降至初始值的61.2%，而全級(jí)配抗凍試件在凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到200次時(shí)相對(duì)動(dòng)彈性模量下降至初始值的63.7%，且質(zhì)量損失率均小于5%，則標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件的抗凍等級(jí)為250次，全級(jí)配抗凍試件的抗凍等級(jí)為200次。造成這種差異的原因可能是全級(jí)配大試件中骨料與水泥石界面過渡區(qū)和微裂縫等薄弱環(huán)節(jié)較多，更容易受到侵蝕。為進(jìn)一步研究混凝土在凍融循環(huán)過程中劣化的程度，將凍融循環(huán)分別延長(zhǎng)至300次和225次，在同一圖表中同時(shí)建立基于自振頻率、波速的相對(duì)動(dòng)彈性模量隨凍融循環(huán)的變化關(guān)系，由圖3和圖4可以看出兩條曲線基本重合，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，兩個(gè)數(shù)值同時(shí)減小且減小的幅度大體相同。

圖3 測(cè)試參數(shù)與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系Fig.3 The variation of testing parameters under the freeze-thaw test

凍融次數(shù)n自振頻率f/Hz波速Vp/(m·s-1)相對(duì)動(dòng)彈性模量Pn/%基于波速的Pn/%Pn-Pn/%024354502100．0100．00．0252349436293．093．9-0．8502328434691．493．2-1．8752317433090．592．5-1．91002288426488．389．7-1．41252243422184．887．9-3．11502178411580．083．5-3．61752114396775．477．6-2．22002039378670．170．7-0．62251981363466．265．11．02501906363461．265．2-3．92751780345653．458．9-5．53001700325248．752．2-3．4

表3 抗凍性測(cè)試結(jié)果

注：- 表示因儀器送檢未測(cè)定數(shù)值

圖4 測(cè)試參數(shù)與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系Fig.4 The variation of testing parameters under the freeze-thaw test

2.2 不同配合比下基準(zhǔn)、引氣混凝土抗凍性試驗(yàn)

試驗(yàn)原材料為卡拉變質(zhì)巖粗、細(xì)骨料，乃托硅酸鹽水泥42.5，曲靖二級(jí)粉煤灰，萘系減水劑和引氣劑，配合比及坍落度和含氣量測(cè)試見表4。本次試驗(yàn)是在相同原材料(骨料、摻合料、水泥品種及外加劑品種)的情況下進(jìn)行的，采用基準(zhǔn)混凝土(未添加外加劑)和引氣混凝土(添加減水劑、引氣劑)的配合比設(shè)計(jì)，兩種狀態(tài)的混凝土水膠比分別為0.45、0.50、0.55。

試驗(yàn)按照規(guī)程規(guī)定執(zhí)行，成型標(biāo)準(zhǔn)試件后養(yǎng)護(hù)28 d進(jìn)行抗凍性測(cè)試，采用2.1相同的方法進(jìn)行測(cè)試和計(jì)算。試件養(yǎng)護(hù)28 d后按照沖擊回波法和共振法分別計(jì)算動(dòng)彈性模量，入箱后每隔25次凍融循環(huán)后測(cè)試自振頻率和波速的變化，建立基于自振頻率、波速的相對(duì)動(dòng)彈性模量隨凍融循環(huán)的變化關(guān)系。由于測(cè)試的數(shù)據(jù)和結(jié)果較多，試件的抗凍性測(cè)試結(jié)果未能一一列出，僅把沖擊回波法和共振法計(jì)算動(dòng)彈性模量的結(jié)果(見表5)和基于自振頻率、波速的相對(duì)動(dòng)彈性模量隨凍融循環(huán)的變化關(guān)系圖(見圖5)給出。

表4 混凝土試驗(yàn)配合比及坍落度、含氣量測(cè)試

由表5可以看出，沖擊回波法測(cè)得的動(dòng)彈性模量Ed與傳統(tǒng)的共振法測(cè)得的值大體相等，除SQ-5020組的差異為2.3%，其他各組差異均小于2%。測(cè)試結(jié)果受水灰比、引氣量等因素的影響很小，這充分證明了沖擊回波法可以有效的測(cè)試混凝土的動(dòng)彈性模量Ed。

圖5可以反映凍融過程中兩種方法測(cè)試相對(duì)動(dòng)彈性模量的變化，這對(duì)于定性、定量的評(píng)價(jià)混凝土的抗凍性是有重要意義的。對(duì)未摻氣混凝土試件測(cè)試后，發(fā)現(xiàn)三組不同水膠比的混凝土試件SJZ-4520、SJZ-5020、SJZ-5520的抗凍性很差，在25次凍融循環(huán)后相對(duì)動(dòng)彈性模量早已降低至60%，試件認(rèn)為早已達(dá)到破壞，三組試件的抗凍等級(jí)也遠(yuǎn)低于25次，但為進(jìn)一步研究混凝土嚴(yán)重凍融劣化時(shí)的性質(zhì)將凍融循環(huán)延至50次。試驗(yàn)過程中，用動(dòng)彈性模量測(cè)試儀測(cè)試試件編號(hào)組為SJZ5020和SJZ5520的自振頻率時(shí)，讀取的自振頻率一直在波動(dòng)，很難穩(wěn)定讀數(shù)，且每次讀取的數(shù)值均有較大變化，圖5(b)和(c)中以多次讀數(shù)的平均數(shù)值作為測(cè)試的結(jié)果，這是有一定誤差的。而用沖擊回波法測(cè)試的混凝土試件頻譜圖易讀取，解析的波速值比較穩(wěn)定，能較好的反映凍融循環(huán)中混凝土試件內(nèi)在性質(zhì)的變化。對(duì)于摻氣混凝土試件SQ4520、SQ5020、SQ5520測(cè)試到300次時(shí)相對(duì)動(dòng)彈性模量降低至90%左右，基于自振頻率、波速的相對(duì)動(dòng)彈性模量隨凍融循環(huán)的變化關(guān)系曲線一直擬合的較好，下降的趨勢(shì)和數(shù)值也是基本一致的。試驗(yàn)表明，利用沖擊回波法測(cè)試的波速值既能推求混凝土動(dòng)彈性模量，也能反映混凝土試件的抗凍性，特別是當(dāng)混凝土凍融侵蝕嚴(yán)重時(shí)(相對(duì)動(dòng)彈性模量降低至60%以下)，可以明顯的讀取彈性波的波速值，這為更好的研究混凝土試件抗凍性提供了一種新方法。

表5 沖擊回波法和共振法在齡期28d時(shí)測(cè)得的動(dòng)彈性模量Ed

圖5 測(cè)試參數(shù)與凍融循環(huán)次數(shù)的關(guān)系Fig.5 The variation of testing parameters under the freeze-thaw test

3 試驗(yàn)結(jié)果理論分析及小結(jié)

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，在對(duì)齡期為180 d的某工程水工混凝土進(jìn)行抗凍性測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)沖擊回波法測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件、全級(jí)配抗凍試件抗凍性的結(jié)果與規(guī)程中共振法的結(jié)果是基本一致的，基于自振頻率和波速的相對(duì)動(dòng)彈性模量隨凍融循環(huán)的變化關(guān)系曲線擬好的較好，試件的自振頻率、波速、相對(duì)動(dòng)彈性模量均隨凍融循環(huán)而逐步下降；在對(duì)不同配合比下基準(zhǔn)、引氣混凝土進(jìn)行抗凍性測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)沖擊回波法測(cè)得的動(dòng)彈性模量Ed與傳統(tǒng)的共振法測(cè)得的值大體相等，沖擊回波法可用于混凝土試件的抗凍性測(cè)試，且測(cè)試結(jié)果受級(jí)配、骨料、水灰比、引氣量等因素的影響較小。按照規(guī)程中試驗(yàn)結(jié)果的處理，相對(duì)動(dòng)彈性模量按公式(5)計(jì)算，以3個(gè)試件試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為測(cè)試值。

(5)

其中Pn為n次凍融循環(huán)后試件相對(duì)動(dòng)彈性模量，%；f0為試件凍融循環(huán)前的自振頻率，Hz；fn為試件凍融n次循環(huán)后的自振頻率，Hz。

(6)

(7)

由上述理論和計(jì)算公式可知，無論是基于自振頻率的相對(duì)動(dòng)彈性模量還是基于彈性波波速的相對(duì)動(dòng)彈性模量的數(shù)值應(yīng)該是相等的，即可得到公式(8)和(9)，這與試驗(yàn)得到的結(jié)果是近似一致的，說明基于沖擊回波法來評(píng)價(jià)試驗(yàn)室水工混凝土抗凍性是有理論依據(jù)的。

(8)

(9)

《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定對(duì)于混凝土試件，宜測(cè)試其橫向自振頻率。共振法測(cè)試的數(shù)值為橫向自振頻率，推求的為橫向動(dòng)彈性模量。而沖擊回波法測(cè)試的振幅頻譜圖可以確定試件的卓越頻率(縱向自振頻率)，進(jìn)而推求縱向動(dòng)彈性模量。共振法主要是在受迫振動(dòng)下確定試件的自振頻率，而沖擊回波法主要靠傳感器獲取外荷載激勵(lì)下試件的瞬態(tài)共振響應(yīng)，獲得卓越頻率，進(jìn)而推求彈性波波速和結(jié)構(gòu)厚度。在測(cè)試室內(nèi)混凝土抗凍性時(shí)，共振法測(cè)試自振頻率時(shí)較為簡(jiǎn)單，可直接讀取，但當(dāng)自振頻率下降較大時(shí)或相對(duì)動(dòng)彈性模量下降至60%時(shí)測(cè)試結(jié)果易出現(xiàn)波動(dòng)；沖擊回波法測(cè)試是步驟略微繁瑣，波速需要解析，但數(shù)值較為穩(wěn)定，可重復(fù)性較好。總之，兩種測(cè)試方法原理相似，卻又不同，共振法主要是試驗(yàn)室控制的一種手段，不能用于現(xiàn)場(chǎng)混凝土結(jié)構(gòu)，而沖擊回波法可以在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)制，通過測(cè)試彈性波波速來推求動(dòng)彈性模量，進(jìn)而對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性做出評(píng)價(jià)。

4 結(jié) 論

沖擊回波法可以有效的測(cè)試混凝土試件的動(dòng)彈性模量，且與規(guī)程中規(guī)定的混凝土抗凍性試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果是基本一致的，特別是在混凝土凍融破壞嚴(yán)重時(shí)，通過測(cè)試彈性波波速要比測(cè)試自振頻率的抗凍性測(cè)試方法有更好的穩(wěn)定性。沖擊回波法中的應(yīng)力波可以穿透混凝土結(jié)構(gòu)，測(cè)試結(jié)果受介質(zhì)內(nèi)雜散波的影響很小，通過波速的轉(zhuǎn)換，可以利用P波波速來表達(dá)混凝土動(dòng)彈性模量，進(jìn)而測(cè)試混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍性，為混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)的耐久性檢測(cè)和評(píng)價(jià)提供了一種新思路。

[ 1 ] 關(guān)禮杰. 以動(dòng)彈性模量評(píng)定混凝土耐久性[J]. 鐵道建筑，1982，3:12-15. GUAN Li-jie. Evaluating the duraliblity of concrete by dynamic elastic modulus[J]. Railway Engineering, 1982，3:12-15.

[ 2 ] 中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). SL352-2006. 水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S]. 北京：中國水利水電出版社，2006.

[ 3 ] 李金玉，曹建國. 水工混凝土耐久性的研究與應(yīng)用[M]. 北京：中國電力出版社，2004．

[ 4 ] 梁黎黎. 凍融循環(huán)作用下混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J]. 混凝土，2012, 3:55-57. LIANG Li-li. Study on concrete compression performance under freeze-thaw cycles[J]. Concrete, 2012, 3: 55-57.

[ 5 ] Sansalone M J, Streett W B. Impact-echo: non-destructive evalustion of concrete and masonry[M]. Jersey Shore: Bullbrier Press,1997．

[ 6 ] 王智豐，周先雁，晏班夫，等. 沖擊回波法檢測(cè)預(yù)應(yīng)力束孔管道壓漿質(zhì)量[J]. 振動(dòng)與沖擊，2009, 28(1):166-169，190. WANG Zhi-feng, ZHOU Xian-yan, YAN Ban-fu, et al. Grout quality testing in prestressed ducts with impact-echo method[J]. Journal of Vibration and Shock, 2009, 28(1): 166-169，190.

[ 7 ] 鄒春江, 陳征宙, 董平，等. 箱梁中沖擊回波主頻影響因素研究及應(yīng)用[J]. 振動(dòng)與沖擊，2010, 29(7): 126-131. ZOU Chun-jiang, CHEN Zheng-zhou, DONG Ping, et al. Influencing factors on impact-echo characteristic frequency in a box beam[J]. Journal of Vibration and Shock, 2010, 29(7): 126-131.

[ 8 ] Sansalone M. Impact-echo: the complete story[J]. ACI Structural Journal， 1997，94(6) :777-786.

[ 9 ] 吳佳曄，安雪暉，田北平. 混凝土無損檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和進(jìn)展[J]. 四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009，22(4): 4-7. WU Jia-ye，AN Xue-hui，TIAN Bei-ping. Status and progress for non-destructive test method in concrete[J]. Journal of Sichuan University of Science & Engineering(Natural Science Edition)，2009, 22(4): 4-7.

[10] ASTM C 1383-98a. Test method for measuring the P-wave speed and the thickness of concrete plates using the impact-echo method[S]. West Conshohocken: 2000 Annual Book of ASTM Standards,2000.

[11] ASTM C 215. Standard test method for fundamental transverse,longitudinal and torsional resonant frequencies of concrete specimens[S]. ASTM,2008.

Detecting durability of hydraulic concrete with impact echo method

SUN Qi-chen, Lü Xiao-bin，YUE Yue-zhen，TIAN Jun-tao, KONG Xiang-zhi

(State Key Laboratory for Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, Department of Structures and Materials, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038，China)

The validity of using the impact-echo method to measure the dynamic elastic modulus of concrete for standard prismatic specimens was studied here. It was found that P-wave speed in a standard prism obtained with the impact-echo test agrees well with the theoretical one-dimensional P-wave speed, and the dynamic elastic moduli obtained using the impact-echo method are essentially equal to those using the conventional transverse resonant frequency method. Here, the impact-echo method was adopted to detect the variation of P wave velocities of concrete specimens with increase in freezing and thawing cycles, it was compared with the variation of the fundamental vibration frequencies of the specimens obtained with the resonance method. The parallel evaluation of the decline of relative dynamic elastic modulus was conducted using these two methods. The experimental results and theoretical analysis showed that using the impact echo method to detect the frost resistance of hydraulic concrete is feasible and the method can be used for durability assessment of hydraulic concrete.

impact echo method; concrete; dynamic elastic modulus; durability

中國水利水電科學(xué)研究院科研專項(xiàng)(結(jié)集1246);水利部“948”項(xiàng)目(201301)

2012-09-03 修改稿收到日期：2013-04-01

孫其臣 男，碩士生，1987年生

TU528.01

A

10.13465/j.cnki.jvs.2014.08.034