采用超声回弹法对混凝土强度的早期预测

采用超声回弹法对混凝土强度的早期预测

王宁宁1，2，姚立民1，2，李龙宽1

1 渭南职业技术学院工程服务有限公司

2 渭南职业技术学院，

摘要:本文根据常用混凝土材料、外加剂、配合比、施工工艺及养护条件，分析不同强度等级混凝土强度随龄期变化特点以及7d龄期与28d龄期混凝土强度相关性。通过测量7d龄期混凝土超声波速和回弹值，根据建立的超声回弹测强曲线预测7d早龄期混凝土强度并由此对28d龄期混凝土标准强度进行了推定，应用结果表明能较好符合实际。

关键词：超声回弹法；混凝土早期强度；混凝土标准强度

引言

结构混凝土强度达到设计要求是保证结构混凝土质量的重要因素，工程中一般以混凝土养护28d时的强度值作为标准强度对混凝土强度进行判别。然而在实际工程中由于各种不确定因素的存在，可能不会恰好在28d进行检测，有时需提前进行，另外，到28d才能对结构混凝土是否达设计强度进行判别，如果强度不能达到设计值，由于前期已进行了一定量的施工，工程返工必然会造成不必要的浪费，在混凝土养护早期(一般为7d)即对混凝土强度进行超声回弹检测，在分析7d早龄期混凝土强度和28d混凝土强度相关性的基础上，由7d混凝土强度推定28d混凝土强度，可以及早发现结构混凝土质量存在的问题并及时处理。早龄期混凝土强度检测可采用无损检测方法，超声回弹法由于影响因素少、测试精度高在结构混凝土无损检测中得到广泛应用，可以较好地对混凝土强度进行推定。

根据国家超声回弹法检测混凝土强度技术规程(以下简称规程)规定，采用混凝土常用原材料及配合比，制作不同强度等级、不同龄期混凝土试块，通过测量试块的超声波速、回弹及强度值，制定超声回弹测强曲线，工程应用结果表明能较好地符合工程实际情况，并对早龄期混凝土强度推定有更好的应用意义也能较好地推定。

养护初期，混凝土强度增长速度较快，随龄期增加，混凝土强度增长速度逐渐变慢。一般条件下，28d龄期后混凝土强度增长很小，180d龄期后混凝土强度几乎不变。混凝土养护温度、养护湿度、外加剂种类及含量、混凝土材料等对混凝土强度随龄期变化都产生较为显著的影响。目前主要认为混凝土强度随龄期呈对数关系增长且未考虑具体条件变化产生的影响，其合理性需进一步验证。根据常用原材料和配合比配制出的不同强度等级、不同龄期混凝土强度的实测结果，分析不同强度等级混凝土强度随龄期变化规律，可以根据7d龄期混凝土超声回弹预测强度推定28d混凝土强度。

一、实验设计

(1)根据规程相关要求，按照常用原材料和混凝土配合比，实验室制作了常用的C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60强度等级混凝土，每一强度等级制作7d、14d、28d、60d、90d、180d、365d共7个龄期的混凝土试块各1组，自然养护；为进一步考虑原材料、混凝土配合比及养护等对超声回弹法检测混凝土强度的影响，提高检测精度，在合肥地区商品混凝土供应量较大的日月混凝土搅拌站及永建混凝土搅拌站也分别制作了不同强度等级、不同龄期的混凝土试块，养护方式采用标准养护。

实验选择原材料：水泥：普通硅酸盐水泥42.5，425或525；砂：机制砂，细度模数为2.1~2.6；石子：5-25mm碎石；粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，细度10~15mm；矿粉；水：生活用水；外加剂：聚羧酸高效减水剂[1]。不同强度等级混凝土配合比如表1。混凝土强度随龄期变化和养护温度显著相关，本实验混凝土自然养护60d温度一般在0~15ºC之间。

二、地区超声回弹测强曲线建立

根据实验室测得不同强度等级、不同龄期混凝土试块的超声波速、回弹值及抗压强度值对国家超声回弹测强曲线进

行验证，平均相对误差为66.2%，相对标准差为77.3%，远远超过了规程规定的相对误差不超过14.0%，相对标准差不超过17.0%的要求，对早龄期混凝土强度预测误差更大，这表明国家超声回弹测强曲线并不适用，应建立地区测强曲线[2]。根据超声回弹法检测混凝土强度地区曲线建立的有关规定，采用最小二乘法对实验数据进行处理，混凝土强度超声回弹测强曲线可示为：

（1）

式中：dm,t,i——混凝土的推算强度，MPa；

Ri——超声波速值，m/s；

Ri——回弹值。

超声回弹曲线平均相对误差为8.9%，相对标准差为11.1%，满足规程规定的地区超声回弹测强曲线对混凝土强度检测相对误差不超过12.0%，相对标准差不超过14.0%的要求[3]。

工程实测的7d龄期、28d龄期混凝土试块抗压强度；根据混凝土试块超声波速值及回弹值，采用地区超声回弹测强曲线推定的7d龄期混凝土试块抗压强度f7如表2。表2中相对误差1表示7d龄期混凝土实测强度与地区曲线推定强度相对误差，平均相对误差在9.2%左右，最大相对误差不超过15.0%，说明地区超声回弹测强曲线对7d早龄期混凝土强度检测也有较强的适用性[4]。

三、不同强度等级混凝土强度随龄期变化分析

（一）已有变化关系适用性分析

目前，一般认为混凝土强度随龄期呈对数关系增长，28d龄期与7d龄期混凝土强度关系可示为：

（2）

公式表明养护后期混凝土强度仍以一定速度增长。由于各地原材料、气候条件等存在明显差别，混凝土强度随龄期增长规律及快慢程度应有明显差别。针对工程实际，由7d龄期混凝土试块超声回弹法预测强度f7推定的28d混凝土强度f28如表2中相对误差2。从表中可以看出，式(2)使用相对误差较大，一般都在23.3%，对部分等级混凝土强度检测相对误差达26.0%，不能采用该公式对混凝土强度进行早期预测[5]。

（二）混凝土强度随龄期变化分析

对不同龄期混凝土试块抗压强度实测结果进行分析，可以看出不同强度等级混凝土强度随龄期变化关系可用较好的满足以下指数关系：

（3）

其中：f——混凝土抗压强度，MPa；

t——养护龄期，d；

a,b——拟合参数，不同强度等级，参数取值不同。

据式(3)可以推定28d龄期混凝土强度f28和7d龄期混凝土强度f7之间关系可表示为：

（4）

（三）混凝土强度早期预测

地区超声回弹测强曲线可以较好地预测7d龄期混凝土强度，通过测量7d龄期混凝土超声波速和回弹值，由地区超声回弹测强曲线推定7d龄期混凝土强度f7，由式(4)可以

得到28d混凝土推定强度f28。28d混凝土推定强度以及与实际强度相对误差如表2中相对误差3。计算结果表明采用该公式对不同强度等级28d强度推定平均相对误差为11.2%，除对C15及C25强度等级混凝土28d强度预测相对误差超过20.0%外，对其它强度等级混凝土强度预测相对误差都不超过15.0%，对C40强度等级以上高强混凝土强度推定相对误差在10.0%以下，和公式(2)比较，该公式对28d强度推定误差明显减小，尤其对高强混凝土强度推定精度更高。

表2 28d混凝土实际强度与早龄期推定强度对比

四、结论

(1)采用建立的超声回弹测强曲线可以较好地对不同强度等级混凝土早期强度进行预测，平均相对误差在9.0%，最大相对误差不超过15.0%。

(2)可以通过测量7d龄期混凝土的超声波速值及回弹值，采用地区超声回弹测强曲线预测7d龄期混凝土强度，根据混凝土28d龄期与7d龄期强度相关性推定28d混凝土强度，平均相对误差11.2%左右，对C40强度等级以上高强混凝土强度推定相对误差较小，不超过10.0%。

参考文献

[1]徐文纪．考虑龄期与养护条件的混凝土强度推算方法[J]．华东公路，2017(3):23-25.

[2]魏志卿，徐建忠．采用超声回弹综合法检测混凝土构件强度[J]．国外建材科技，2018,26(6):27-29.

[3]吴德义．龄期对回弹法检测混凝土强度的影响[J]．安徽建

筑工业学院学报，2015,13(5):5-7.

[4]杜金胜，申向东．粉煤灰掺量对轻骨料混凝土强度影响的试验研究[J]．混凝土，2016(1):95-97.

[5]谢兴建．混凝土早强剂应用技术研究[J]．新型建筑材料，2019(5):33-35.