冲击回波法评价混凝土损伤程度的试验研究

　    1　引言

　　混凝土是水利、土木工程中广泛使用的材料。混凝土在载荷、外界环境的作用下会出现不同程度的损伤。其中内部裂纹的产生与扩展使混凝土强度下降并最终导致混凝土的破坏[1]。目前常用的混凝土质量检测的方法主要是钻芯取样法、回弹法、以及超声波等方法。钻芯取样法会对混凝土构件造成一定的破坏;回弹法主要局限于混凝土强度的快速检测;超声检测方法是一种有效的无损检测方法,但是超声检测往往受到混凝土含水量、钢筋以及混凝土与传感器之间的耦合等多种因素的影响[2]。冲击回波方法是20世纪80年代兴起的一种混凝土无损检测技术。国内外学者相继研究了冲击回波法对混凝土厚度、内部缺陷检测[3]。目前已经成为一种有效的混凝土无损检测方法。本文通过对单轴加载后混凝土对机械应力波反射特性的研究,来探讨冲击回波方法对混凝土内部损伤的检测。

　　2　试验

　　采用亚东水泥股份有限公司生产的P.O42.5水泥;湖北巴河中砂;粗集料采用阳新碎石,最大粒径为20 mm;采用阳逻Ⅰ级粉煤灰;减水剂为格雷斯中国有限公司生产的高效减水剂ADVA180;试件按照GB 50504-2002制作为150 mm×150 mm×150mm的立方体。其中A、B、C分别代表粉煤灰掺量为0%、15%、30%。试件成型后在标准养护条件下养护28天。试验混凝土配合比见表1。

　　试验仪器为美国Olson公司研制的冲击回波扫描仪、意大利Milano生产的无机非金属材料试验机。A、B、C三组试件在28天时测得的抗压强度分别为46.7 MPa、44.1 MPa、41.9 MPa。将每组中的试块分别加载到该组混凝土破坏强度的20%、40%、60%、80%。每个载荷等级按照相同的加载速率(0.5MPa/s)反复加载10次,最后一次结束后再保持该压力静压2分钟。经过不同大小的循环荷载的处理后,混凝土试件内部发生了不同程度的损伤。卸载后采用冲击回波扫描仪测量该组试件对于机械应力波的响应。测试面垂直于加载方向。测量结果分析中采用带通滤波3000 Hz～30000 Hz。测试示意图如图1。

　　3　试验结果与分析

　　将经历过载荷作用的各组试块分别用冲击回波扫描仪进行检测。图2为所测得的频率响应结果。其中由左至右分别表示A、B、C三组不同配合比的试块。由上至下分别对应所经历的载荷为破坏载荷的0%、20%、40%、60%、80%时的测试结果。图3为所测得的波速结果,纵坐标表示波速(Ci)与基准值的比值,其中以A组中未损伤的试块所测得波速作为基准波速(CP) ,横坐标表示所加载荷(Pi)相应组试块的极限抗压强度(Pm)的比值。图4表示在经历了不同载荷后所测得的频谱峰值强度的变化趋势,图中纵轴以指数坐标的形式给出,该强度值反映了接收到的反射回波的强弱。