CN112147228A - 回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法，包括在混凝土柱构件的相邻两个侧面上布置超声角测测区，在其中一个测区中进行单面测区回弹值测量，计算单面测区回弹代表值；在相应的回弹测区进行超声角测声时测量及超声收、发换能器几何中心距角部的距离测量，计算换能器几何中心间距离，进而计算得到测区角测声速代表值；在相应的回弹、超声角测测区钻取芯样，并试验得到芯样混凝土抗压强度；将有效数据按最小二乘法原理直接回归建立回弹超声角测综合法测强曲线，解决以超声对测为基础所建立的超声回弹综合法全国统一测强曲线在应用到角测法检测混凝土抗压强度时误差大的问题，可提高检测精度。

Description

回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法
技术领域
本发明涉及超声回弹综合法检测混凝土抗压强度技术领域，尤其是涉及回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法。
背景技术
混凝土是土木结构工程应用的大宗建筑材料，结构混凝土抗压强度事关工程结构安全，影响国计民生，是新建工程结构验收与既有结构检测鉴定的关键技术指标之一，现行国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204和《混凝土强度检验评定标准》GB50107都对混凝土强度做了严格规定。
混凝土强度检测技术分为无损检测和微破损检测，无损检测主要有回弹法、超声法和超声回弹综合法，微破损检测主要有钻芯法、拔出法、后锚固法、直拔法等，其中，超声回弹综合法是二十世纪60年代研究开发出来的一种无损检测方法，该方法以非金属超声波通过硬化混凝土内部的声速值和硬化混凝土表面硬度的回弹值来综合推定结构混凝土的抗压强度，与单一方法比较，其精度高，适应范围广，现已在我国建工、市政、铁路、公路系统已广泛应用。
国内现行行业标准JGJ/T 294-2013《高强混凝土强度检测技术规程》和CECS 02：2005《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(以下称CECS02规程)均采用混凝土立方体试块为研究对象，在对试块侧面进行回弹值测量后，声时测定采取超声对测的方式，再通过最小二乘法回归拟合建立国家统一测强曲线，但在工程实际检测中，常遇到被测构件旁边存在墙体、管道等障碍物的情况，即仅有2个相邻侧面可供检测，无法将2个超声换能器探头布置成对测的方式进行声时检测，CECS02规程附录B中规定，此时采用角测方法测量混凝土中的声速，将一对超声换能器探头布置成角测的方式进行声时检测，即在构件相邻两个侧面布置测区，在测区上布置测点，通过测量收、发换能器几何中心距离角部的距离，再通过勾股定理计算得到收、发换能器几何中心的距离，并计算测区声速代表值，最后按照规程规定采用全国统一测强曲线公式计算或查测区混凝土抗压强度换算表得到测区混凝土强度换算值。
但是，上述现有技术的测区混凝土强度换算值计算方法存在不足，朱跃武等人(朱跃武；袁广州；王伟；袁志远；关于“超声波角测、平测和声速计算方法”验证工作(之二)[J]；工程质量；2019年37卷02期)以及洪凯(洪凯.超声波角测法测距取值的探讨[J].上海建设科技,2020年01期)经过试验证实，不同超声声时检测方法得到的超声波声速存在差异，因此，在将角测法测得的数据代入CECS02规程中规定的适合对测法的全国统一测区混凝土抗压强度换算公式时，检测结果会存在较大误差。
此外，申请人检索发现，中国专利CN108872386A公开了一种混凝土强度超声波角测法检测的校正方法，其根据“相同声时测距等效”理论，将收发换能器几何中心向构件角部平移一个修正值，取两个探头中心点平移后的两点间直线距离为声程，以平测法测得的数据对角测法进行修正，提高声程测量精度，但是，该专利用灌浆料制成的匀质体混凝土构件模拟，未考虑实际结构构件混凝土粗骨料粒径及所配置钢筋等影响，且朱跃武等人试验发现，平测法相比角测法，与对测法的测量数值有更大差异，因此，该专利提供的技术方案并不能很好解决角测法混凝土强度检测相对误差大的问题。
另外，在CECS02规程的附录A中规定了专用测强曲线的建立方法，但是该建立方法存在以下不足：首先该测强曲线的建立方法采用对测法测量试件的超声测距，同样存在经朱跃武和洪凯等人证实的不同检测方法结果存在差异的问题；同时，该测强曲线建立方法是针对立方体试件进行测试，并通过对试件进行抗压强度测试获取抗压强度实测值，由于各种环境因素影响，试件与实际工程构件必然存在不同，因而该专用测强曲线的建立方法并不适合针对实际结构构件混凝土的角测法超声回弹综合法混凝土抗压强度检测。
综上，急需发明一种能够减少相对误差、提高检测精度的超声回弹角测法混凝土抗压强度检测用测强曲线的建立方法。
鉴于此，特提出本发明。
发明内容
为解决背景技术中提出的技术问题，本发明提供一种回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法，解决以超声对测为基础所建立的全国统一测强曲线应用到角测法检测混凝土抗压强度时误差大的问题，能够提高检测精度。
本发明所采用的技术方案为，提供回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法，其步骤包括：
S1：在混凝土柱构件的相邻两个侧面上布置角测测区，在其中一个测区中布置回弹仪的回弹测点，进行单面测区回弹值测量，计算得到测区回弹代表值；
S2：在混凝土柱构件的回弹测区进行超声角测测区声时测量，并使用测量装置进行超声收、发换能器几何中心距角部的距离测量，计算得到测区声速代表值；
S3：在混凝土柱构件相应的回弹、超声角测测区钻取直径100mm标准芯样，测试芯样试件抗压强度；
S4：对试验获取的有效数据按最小二乘法原理进行回归拟合，直接建立回弹超声角测综合法检测混凝土抗压强度用测强曲线。
优选的，所述建立回弹超声角测综合法检测混凝土抗压强度用测强曲线的回归方程为：
Figure BDA0002706427820000041
式中，
Figure BDA0002706427820000042
—结构构件第i个测区混凝土抗压强度换算值,精确至0.1MPa；
vi—结构构件第i个测区角测声速代表值，精确至0.01km/s；
Rm,i—结构构件第i个单面测区回弹代表值，精确至0.1。
a—常数项；
b、c—回归系数；
优选的，建立的回弹超声角测综合法测强曲线为：
Figure BDA0002706427820000043
优选的，在所述S1步骤进行单面测区回弹值测量时，采用中型回弹仪(标称能量为2.207J)在测区共弹击16个点，两点之间距离不小于20mm，去除3个最大值和3个最小值，计算剩余的10个回弹值的平均值作为单面测区回弹代表值，优选的，每强度等级混凝土柱构件每测试龄期布置不少于6个测区，按上述程序对每个测区进行回弹值测试。
优选的，在所述S2步骤进行超声角测测区声时测量时，声时采集由非金属智能超声检测仪配以50kHz厚度向换能器通过凡士林耦合剂与角测测区洁净混凝土侧表面良好耦合，每测点声时采取多次测定取其均值的措施提高测试精度，每测区测试3点。
优选的，在所述S2步骤采用测量装置进行超声收发换能器几何中心距角部的距离测量，精确至1mm，据直角三角形勾股弦定理计算出换能器几何中心距离，由该测点距离与通过该距离的声时得到该测点声速，计算每角测测区3个测点声速的算术平均值得到该测区声速代表值。
优选的，所述测量装置为钢卷尺，且在确定测点位置时，通过钢卷尺保持每组收、发换能器测点距混凝土柱构件角部的距离基本固定不变。
优选的，在所述S3步骤进行芯样混凝土抗压强度检测的方法为：将芯样经切割、磨平、静置与允许偏差测量后，置于压力机承压板间对其施加破坏荷载，经计算得到芯样试件抗压强度。
优选的，作为检测对象的结构构件混凝土设计强度等级为C20～C70、测区混凝土换算强度为20.0MPa～85.0MPa。
本发明技术方案的有益效果：
由于采用了上述技术方案，通过在混凝土柱两相邻可侧面布置的测区内获取超声角测数据(声速)、单面测区回弹代表值与对应测区芯样混凝土抗压强度，采用最小二乘法直接建立回弹超声角测综合法检测混凝土抗压强度测强曲线，相比以超声对测为基础所建立的综合法全国统一测强曲线在采用超声角测方式检测结构混凝土抗压强度时检测误差更小，检测精度更高，同时，采用测试钻取的芯样比测试立方体试块方式得到的抗压强度实测值更接近工程结构实体混凝土的真实强度，检测精度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法的实施流程图；
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1所示，一种利用本发明公开技术方案建立检测混凝土抗压强度用测强曲线的实例，适用于混凝土强度等级为C20～C70、测区混凝土换算强度为20.0MPa～85.0MPa的混凝土，其实施步骤包括：
1、采用本地区常用混凝土配合比在同一天泵送浇筑成型C20、C30、C40、C50、C60、C70混凝土强度等级足尺结构柱构件试验模型各1个，混凝土柱构件构造配筋。
2、柱构件成型24h拆模并专人洒水湿润养护7d后，自然养护，裸置备用。
3、柱构件测区布置：在柱构件角部相邻两侧面按高度方向预先划分布置测区，测区数量不少于6个，测区面积不大于0.04m2。
4、单面测区回弹值测试：采用中型回弹仪(标称能量为2.207J)在柱构件所布置角测测区的其中一侧混凝土侧面测区中进行单面测区回弹值测量，在该测区共弹击16个点，两点间距离应不小于20mm，去除3个最大值和3个最小值，计算剩余的10个回弹值的平均值作为单面测区回弹代表值；按上述程序进行其它测区回弹值测试，每强度等级混凝土柱构件每测试龄期不少于6个测区。
5、对应相应的回弹测区进行超声角测测区声时测量及超声收发换能器几何中心距角部的距离测量：声时采集由非金属智能超声检测仪配以50kHz厚度向换能器通过凡士林耦合剂与角测测区洁净混凝土侧表面良好耦合,每测点声时采取多次测定取其均值的措施提高测试精度,每测区测试3点；换能器几何中心至柱构件角部距离采用钢卷尺测量，精确至1mm，据直角三角形勾股弦定理计算出换能器几何中心距离，由该测点距离除以通过该距离的声时得到该测点声速，计算每角测测区3个测点声速的算术平均值作为该测区声速代表值，精确到0.01km/s；测量时，保持收、发换能器测点距混凝土柱构件角部的距离固定不变。
6、芯样试件混凝土抗压强度：对应相应的回弹、超声测区钻取直径100mm芯样，经芯样切割、磨平、静置与允许偏差测量后，将有效芯样试件置于压力机承压板间按相关规范规定加载速度对其施加破坏荷载，经计算得到芯样试件抗压强度。
7、对试验获取的有效数据按最小二乘法原理进行回归拟合，建立本地区回弹超声角测综合法检测混凝土抗压强度用测强曲线。
8、建立的回弹超声角测综合法测强曲线为：
Figure BDA0002706427820000081
式中：
Figure BDA0002706427820000082
—结构构件第i个测区混凝土抗压强度换算值,精确至0.1MPa；
vi—结构构件第i个测区角测声速代表值，精确至0.01km/s；
Rm,i—结构构件第i个单面测区回弹代表值，精确至0.1。
经试验统计，建立的回弹超声角测综合法测强曲线的相关系数为0.94，平均相对误差δ为±8.70％，相对标准差er为11.15％，满足CECS02规程中对专用测强曲线相对标准差er不应大于12％的技术指标要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在混凝土柱构件的相邻两个侧面上布置超声角测测区，在其中一个测区中布置回弹仪的回弹测点，进行单面测区回弹值测量，计算得到测区回弹代表值；
S2：在混凝土柱构件的回弹测区进行超声角测测区声时测量，并使用测量装置进行超声收、发换能器几何中心距角部的距离测量，计算得到角测测区声速代表值；
S3：在混凝土柱构件的回弹、超声角测测区钻取直径100mm标准芯样，测试芯样试件抗压强度；
S4：对试验获取的有效数据按最小二乘法原理进行回归拟合，直接建立回弹超声角测综合法检测混凝土抗压强度用测强曲线。
2.根据权利要求1所述的回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法，其特征在于，所述S4步骤中，建立回弹超声角测综合法检测混凝土抗压强度用测强曲线的回归方程为：
Figure FDA0002706427810000011
式中，
Figure FDA0002706427810000012
—结构构件第i个测区混凝土抗压强度换算值,精确至0.1MPa；
vi—结构构件第i个测区角测声速代表值，精确至0.01km/s；
Rm,i—结构构件第i个单面测区回弹代表值，精确至0.1；
a—常数项；
b、c—回归系数。
3.根据权利要求1或2所述的回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法，其特征在于，建立的回弹超声角测综合法测强曲线为：
Figure FDA0002706427810000021
4.根据权利要求1所述的回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法，其特征在于，在所述S1步骤进行单面测区回弹值测量时，在测区共弹击16个点，两点之间距离不小于20mm，去除3个最大值和3个最小值，计算剩余的10个回弹值的平均值作为单面测区回弹代表值；每强度等级混凝土柱构件每测试龄期布置不少于6个测区。
5.根据权利要求1所述的回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法，其特征在于，在所述S2步骤进行超声角测测区声时测量时，声时采集由非金属智能超声检测仪配以50kHz厚度向换能器通过凡士林耦合剂与角测测区洁净混凝土侧表面良好耦合，每测点声时采取多次测定取其均值的措施提高测试精度，每测区测试3点。
6.根据权利要求1所述的回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法，其特征在于，在所述S2步骤采用测量装置进行超声收、发换能器几何中心距构件角部的距离测量，精确至1mm，再据直角三角形勾股弦定理计算出换能器几何中心距离，由该测点距离除以通过该距离的声时得到该测点声速，计算每角测测区3个测点声速的算术平均值作为该测区声速代表值。
7.根据权利要求6所述的回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法，其特征在于，所述测量装置为钢卷尺，每个测点的收、发换能器测点距混凝土柱构件角部的距离固定不变。
8.根据权利要求1所述的回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法，其特征在于，在所述S3步骤进行芯样混凝土抗压强度检测的方法为：将芯样经切割、磨平、静置与允许偏差测量后，置于压力机承压板间对其施加破坏荷载，经计算得到芯样试件抗压强度。
9.根据权利要求1所述的回弹超声角测综合法检测混凝土强度测强曲线的建立方法，其特征在于，作为检测对象的结构构件混凝土设计强度等级为C20～C70、测区混凝土换算强度为20.0MPa～85.0MPa。
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