毛偉

(云南公路工程試驗(yàn)檢測中心，云南昆明650211)

探討無損檢測技術(shù)在鋼纖維混凝土工程中的應(yīng)用

毛偉

(云南公路工程試驗(yàn)檢測中心，云南昆明650211)

無損檢測技術(shù)指的是使用光、超聲波等來檢測混凝土的性能。使用這種方法檢測鋼纖維混凝土可以在不破壞混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度、強(qiáng)度和均勻性進(jìn)行檢測。并且整個(gè)檢測過程操作方便、檢測成本低?；诖耍F(xiàn)對無損檢測技術(shù)在鋼纖混凝土工程中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

無損檢測技術(shù);鋼纖維;混凝土工程;應(yīng)用

0 前言

鋼纖維混凝土指的是將鋼纖維加入到混凝土中后得到了一種新型復(fù)合材料，可以有效地提高混凝土的抗彎、抗拉和抗剪切強(qiáng)度。雖然鋼纖維混凝土的結(jié)構(gòu)性能顯著提升，但是仍然有不少質(zhì)量事故出現(xiàn)。所以，加大混凝土質(zhì)量檢測力度非常重要。本文主要利用超聲波技術(shù)對鋼纖維混凝土進(jìn)行檢測。

1 試驗(yàn)材料的選擇

(1)細(xì)骨料。細(xì)骨料使用具有良好級配的中砂。中砂的堆積密度為1 335kg/m3，表觀密度為2.65 g/cm3。

(2)粗骨料。實(shí)驗(yàn)使用粗骨料為級配良好的碎石，顆粒直徑為6～20 mm。粗骨料的堆積密度為1 423 kg/m3，表觀密度為2.73 g/cm3。針片狀的含量為4.3%，骨料的壓實(shí)指標(biāo)為11.9%。

(3)試驗(yàn)使用強(qiáng)度等級為42.6 MPa的普通硅酸鹽水泥，其物理性質(zhì)如表1所列。

表1 水泥的物理性能表

(4)減水劑。該項(xiàng)試驗(yàn)使用減水劑為NFJ-1型萘系高減水劑，呈黃褐色粉末狀。其可以在C20～C60等級的混凝土中進(jìn)行預(yù)拌、現(xiàn)澆和蒸養(yǎng)、可以很好地適應(yīng)硅酸鹽水泥。一般情況下，減水劑的殘留控制在0.26%～1.2%之間。減水率為15%～29%。3～7 d后強(qiáng)度提升至45%～80%，一個(gè)月后強(qiáng)度可以提高26%～50%。

(5)鋼纖維。該工程鋼纖維使用繆的為7 800 kg/m3的剪切型鋼纖維。長徑比L/d=33。

(6)礦渣。該工程施工用的礦渣為粒化高爐礦渣，磨細(xì)比面積為4 320 cm2/g。磨細(xì)礦渣中主要含有CaO、Al2O3、Fe2O3、SiO2、MgO、SO3。

2 試驗(yàn)方案

該項(xiàng)試驗(yàn)使用上述材料配置了C40混凝土，混凝土的水灰比為0.41，通過加入不同的鋼纖維摻量配置出齡期為60 d、28 d、14 d、7 d的鋼纖維混凝土。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，將混凝土拌合料的坍落度控制在120～300 mm之間。

實(shí)驗(yàn)使用直徑為6～20 mm的粗骨料，按照規(guī)定要求，使用100 mm的立方體試件作為混凝土試塊。使用機(jī)械攪拌混凝土。然后使用機(jī)械將混凝土振搗成型，混凝土成型后按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在檢測混凝土?xí)r，使用ZBL-U510型非金屬超聲檢測儀對超聲波在混凝土傳播中的聲速值進(jìn)行檢測。使用超聲波檢測過的試件，將其混凝土表面洗凈，然后將水分擦凈，進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。

3 分析試壓結(jié)果

3.1 混凝土中鋼纖維摻量對聲波的影響

混凝土的密度抗壓通過超聲波的傳播速度表現(xiàn)出來，而混凝土的強(qiáng)度是由混凝土的密度確定的?；炷撩芏仍叫?，強(qiáng)度越低，聲波傳播得越慢?；炷撩芏仍酱?，強(qiáng)度越高，聲速也隨之加快，傳播時(shí)間也隨之減少［1］。因此，鋼纖維混凝土的強(qiáng)度可以通過分析超聲波的速度進(jìn)行確定?；炷林械匿摾w維摻量從0.2%增加至1.4%時(shí)，混凝土基體和鋼纖維可以很好地粘合到一起，降低混凝土的孔隙率，提升混凝土密度，提高聲波的傳遞速率。但是，如果繼續(xù)增加鋼纖維摻量，使其從1.4%增加至2.0%會(huì)降低混凝土的和易性，降低硬化后的混凝土密度。超聲波在混凝土中的傳播速度也會(huì)隨之降低。如圖1所示。

圖1 聲速和鋼纖維之間的關(guān)系曲線圖

從圖1可以看出，聲波在混凝土的傳播速度關(guān)系和混凝土抗壓強(qiáng)度和鋼纖維摻量的關(guān)系保持正比關(guān)系。也就是說，隨著混凝土密度增加，混凝土的強(qiáng)度會(huì)隨之增加，超聲波的傳播速度越快，并且將混凝土中鋼纖維的加入量控制在1.0%～1.4%時(shí)，可以使混凝土保持良好的密度，增加混凝土的強(qiáng)度。

3.2 混凝土中粉煤灰含量對聲波傳播速度造成的影響

由于C40鋼纖維混凝土鋼纖維的最佳摻入量為1%～1.4%。因此，在混凝土中加入15%的粉煤灰，分別對鋼纖維摻量為1.0%、1.3%、1.4%的混凝土進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)證明，混凝土中鋼纖維摻量為1.0%時(shí)，摻入粉煤灰的鋼纖維混凝土超聲波的傳播速度為7.19 km/s，而不摻加粉煤灰的鋼纖維混凝土超聲波傳播的速度只有7.08 km/s。加入粉煤灰后，混凝土凝固28 d后抗壓強(qiáng)度增加了0.7 MPa。當(dāng)混凝土中鋼纖維的摻量為1.2%時(shí)，摻入粉煤灰的鋼纖維混凝土凝固28 d后超聲波的傳播速度為7.19 km/s，不摻加粉煤灰的鋼纖維混凝土凝固28 d后超聲波的速度為7.14 km/s。摻入粉煤灰后，混凝土強(qiáng)度增量了2.8 MPa。當(dāng)混凝土中摻入1.4%的鋼纖維時(shí)，摻加粉煤灰后，混凝土的超聲波傳播速度為7.41 km/s，不摻粉煤灰的鋼纖維混凝土的超聲波傳播速度為7.19 km/s，加入粉煤灰后，鋼纖維混凝土的強(qiáng)度增加了0.7 MPa。出現(xiàn)這種情況，主要是因?yàn)榉勖夯冶容^分散，并且顆粒直徑比較?。?］，可以更好地對水化水泥顆粒之間的縫隙進(jìn)行填充。并且粉煤灰中還含有Al2O3和SiO2，可以和水泥水化產(chǎn)物中的的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣，當(dāng)漿體硬化后密實(shí)度可以顯著提升，可以將混凝土的孔隙填充密實(shí)，提高鋼纖維混凝土的密度，進(jìn)而使超聲波在混凝土中的傳播速度提升，增加混凝土的抗壓強(qiáng)度。

3.3 混凝土砂率對聲波傳播速度的影響

在對混凝土進(jìn)行拌合時(shí)，要求砂漿可以將粗骨料的表面完全包裹，并可以將粗骨料之間的孔隙填滿。如果含砂率過高，在使用同樣水泥量的基礎(chǔ)上，會(huì)使骨料表面水泥砂漿量變少，導(dǎo)致骨料之間的膠凝力降低，并且會(huì)對混凝土中超聲波的傳播速度造成影響。如果含砂率低，砂漿無法將骨料空隙和粗骨料的表面完全填充和包裹，降低混凝土的和易性［3］。混凝土凝固后會(huì)對其密實(shí)性造成影響。聲波在混凝土中的傳播速度也會(huì)隨之降低(見圖2)。所以，不同的鋼纖維摻量中一定存在可以提升混凝土密實(shí)度、和易性的最佳含砂率。從上文可知，鋼纖維摻量控制在1.0%～1.4%時(shí)，混凝土強(qiáng)度最佳。從圖2還可以分析出，當(dāng)將含砂率從增加到50%時(shí)，抗壓強(qiáng)度會(huì)從原來的55.5 MPa下降至53.3 MPa。為了減少成本，節(jié)省水泥量，含砂率不宜過高。該項(xiàng)試驗(yàn)的鋼纖維混凝土為C40，將砂率控制在43%～44%即可。

圖2 聲速和砂率之間的關(guān)系

通過以上分析不難看出，鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度和超聲波在鋼纖維混凝土中的傳播速度有比較大的聯(lián)系?；炷撩芏仍酱?，超聲波的傳播速度越快。鋼纖維混凝土的抗壓強(qiáng)度也就越好。所以，使用超聲波檢測技術(shù)可以有效地檢測鋼纖維混凝土的強(qiáng)度。

4 試驗(yàn)結(jié)果

通過試驗(yàn)研究超聲波技術(shù)在鋼纖維混凝土工程中的應(yīng)用情況，得出了下面幾個(gè)結(jié)論:

(1)使用高效減水劑、10%的粉煤灰、15%的礦渣加入到鋼纖維混凝土中后，聲波的傳播速率會(huì)加快，混凝土的抗壓強(qiáng)度也會(huì)隨之增加。

(2)超聲波在在鋼纖維混凝土中傳播時(shí)，傳播速度受砂率和鋼纖維摻量的影響比較大，對于C40鋼纖維混凝土，可以將砂率控制在43%～44%，將鋼纖維的摻入量控制在1.0%～1.4%。

(3)混凝土抗壓強(qiáng)度和超聲波傳播速度有比較大的聯(lián)系，使用超聲波檢測技術(shù)可以有效地檢測鋼纖維混凝土的強(qiáng)度。

(4)超聲波速度和混凝土強(qiáng)度之間的規(guī)律是隨著技術(shù)條件的變化而變化的。受粗骨料的含量和品種、水泥品種、齡期、養(yǎng)護(hù)條件等工藝條件的影響比較大。所以，該項(xiàng)試驗(yàn)的齡期為7 d、14 d、28 d、60 d的C40混凝土，粗骨料為碎石，鋼纖維體積率為0.2%～2.0%的鋼纖維有效。如果混凝土條件和以上不符合，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步修正。

5 結(jié)語

綜上所述，使用無損技術(shù)探測混凝土的質(zhì)量不僅可以對混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢測，并且可以對混凝土的孔隙率、密實(shí)度、彈性模量和含水量進(jìn)行檢測。使用超聲波對混凝土的質(zhì)量進(jìn)行檢測，除了可以將混凝土的強(qiáng)度換算出來以外，還可以對混凝土的內(nèi)部情況進(jìn)行評價(jià)。在鋼纖維混凝土不斷發(fā)展下，對鋼纖維混凝土無損檢測的要求也逐漸提升。而超聲波快捷、簡便的特點(diǎn)必然會(huì)在無損檢測工作中得到廣泛應(yīng)用。

［1］ 趙翔.超聲波檢測混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的定量化研究［D］.鎮(zhèn)江:江蘇大學(xué)，2002:25-26.

［2］ 李為杜.混凝土無損檢測技術(shù)［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2009: 15-18.

［3］ 張?zhí)栜?，劉素?結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度評述［J］.建筑技術(shù)開發(fā)，2004，31(7):121-123.

TU502+6

A

1009-7716(2015)04-0187-02

2015-01-26

毛偉(1986-)，男，云南昆明人，助理工程師，研究方向:鋼結(jié)構(gòu)檢測。