蒸压加气混凝土超声波速与强度的关系探讨
第34卷第5期V ol.34No.5
河北工业大学学报2005年10月October 2005
JOURNAL OF HEBEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
文章编号：1007-2373(2005) 05-0042-04
蒸压加气混凝土超声波速与强度的关系探讨
刘
杰1，孙志亮1，戎
贤2，付宝亮1
（1. 天津大学建筑工程学院，天津300072；2. 河北工业大学规划与建设处，天津300130）
摘要：蒸压加气混凝土是一种轻质多孔混凝土，结构特点是无粗、细骨料，体内均匀分布着大量闭合小气孔．[1]使用超声无损检测的方法，对5组不同尺寸的蒸压加气混凝土试件进行超声波测试，同时做了抗压强度试验．探讨了超声波速与蒸压加气混凝土试件尺寸和抗压强度之间的关系，并通过回归分析得出了抗压强度与超声波速之间的函数关系式．
关键词：蒸压加气混凝土；无损检测；超声特性中图分类号：TU522.32文献标识码：A
The Discussion on Relation between Crush Intensity and Velocity
of Ultrasonic Sound for Autoclaved Aerated Concrete
LIU Jie 1，SUN Zhi-liang 1，RONG Xian 2，FU Bao-liang 1
(1. Department of Civil Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China; 2. The Department of Programming and Construction, Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China )
Abstract ：Autoclaved aerated concrete is a kind of light and porous concrete. The structure characteristic is that there is no thick or thin aggregates, and there are many little bubbles distributing evenly in the body. This kind of low intensity concrete masonry unit was applied gradually in big cities and the small towns' buildings not only as heat preservation and packing wall but also as load-bearing walls material. This paper used ultrasonic and nondestructive method, tested plenty of groups of samples, at the same time, performed compressive strength test. Knew the supersonic wave velocity with autoclaved aerated concrete blocks size and the compressive strength are related, and obtained the compressive strength-supersonic wave velocity function relationship through the regression analysis.
Key words ：autoclaved aerated concrete ；nondestructive test ；ultrasonic character
0前言
近年来，蒸压加气混凝土作为一种新型保温和填充墙材料在我国各个地区都得到了广泛应用，这种
低强度的混凝土砌块是否能够承重已成为人们研究的热点．而现阶段混凝土强度的检测方法仍以实验室试件破损检测为主，这对现场混凝土质量控制是远远不够的[2]．因此，是否能用一种无损检测的方法测试蒸压加气混凝土的强度，是本文研究的目的．目前我国对混凝土进行的无损检测方法主要有回弹法、超声回弹综合法以及局部破损的钻芯法、拔出法等．由于蒸压加气混凝土的强度低，采用砂浆回弹仪（HT20）检测仍示值微小，所以精度不能满足．而钻芯法和拔出法，其相关的技术规范都具有一定的条件限制，给工程质检、质量评估等带来很大困难，一旦出现问题，只能凭经验推测．
针对上述问题，采用超声检测法对五组不同尺寸的蒸压加气混凝土试块进行了超声测试和抗压强度测试，建立了超声声速与蒸压加气混凝土抗压破坏强度、尺寸之间的回归方程，得到它们之间的对应规律，为超声无损检测蒸压加气混凝土强度提供了一定的参考数据．
收稿日期：2005-05-11
作者简介：刘杰（1955-），男（汉族），教授级高工．
第5期刘杰，等：蒸压加气混凝土超声波速与强度的关系探讨43
1试验方法
1.1蒸压加气混凝土试块
本试验所有试块均采用由天津某建材公司提供的蒸压加气混凝土试块，如图1所示，密度为700~900kg/m3．每组3块，考虑到超声仪探头和试块表面接触松紧程度对声速的影响，对每测点的声速测读三次，取均值．对所有试块的超声波检测和抗压试验均在试验室温度和湿度下进行．1.2测试方法
超声测试时采用武汉岩海公司生产的RS-ST01C 非金属超声检测仪，声时测读精度为±
0.1
[1**********]0/(m
34003200
（
2
时，属于超声波在杆
件中的传播（见IV 区）．[3]2.2测距对超声波波速的影响
对截面横向尺寸d ≥
2
Ϊ²¨³¤£¡¢²»Í¬²â¾àµÄÕôѹ
3000
00.40.81.21.62.02.42.8
图2声速随试件横向尺寸的变化Ultrasonic speed along with test samples' horizontal size
Fig. 2
[1**********]0s -1)
[***********]8014601440
[***********]700
¼ÓÆø»ìÄýÍÁÊÔ¿é¼ì²â£¬·¢ÏÖ³¬Éù²¨²¨ËÙ²¢²»ÊǺ㶨²»±äµÄ£´ÓÊÔÑé½á¹û¿ÉÒԵóö£¬µ±²â¾àL ≤300mm 时，测距对超声声速的影响甚微，可忽略不计；当300mm
经过对测点结果的回归分析，得到超声声速随测距的变化规律．
v 0=v c
v 0=1.03(L -300) /100v c
100mm ≤L ≤300m m 300m m
图3
Fig. 3
超声声速与测距的关系
Relations of ultrasonic speed and test range
44河北工业大学学报第34卷
蒸压加气混凝土砌块作为超声波的传播介质具有一定的波阻抗，不同频率的波在传播过程中其衰减程度不一样，所以在不同的测距上接收到的超声波主频会产生差异，产生随着测距增大所测波速减小的现象．即随着测距的增大，超声脉冲波中高频成分逐渐衰减[4]，传播越远，接收波的主频率越低．频率的降低使波的前沿平缓，读取声时时的视差使首波的起点读得偏后（声时加大），所以超声波速随频率的下降而减小，即波速随着测距的变化逐渐减小（见图3）．
3试块密实度对声速的影响
对于不同的蒸压加气混凝土试块，因气泡数量的不同，即试块密度不完全相同，弹性模量也不一
样，所以不同的蒸压加气混凝土试块的抗压强度也不会一样．由于蒸压加气混凝土是一种多孔混凝土，在超声无损检测时，超声波在传播过程中碰到混凝土内部气泡时，发生绕射、反射和传播路径的复杂化，振幅衰减，超声传播速度也会降低．当试块孔隙比越大，超声声速也越低．
与此同时，试块密实度必然影响试块的抗压强度．10种相同尺寸（L =300mm ）、不同密实度的蒸压加气混凝土试块的干密度、超声声速以及抗压强度如表1所示．
4超声波波速与抗压强度之间的关系
[5]同时由表1分析得出，对于蒸压加气混凝土这种低强混凝土超声声速与抗压强度也存在一一对应关系．
对实验数据采用不同的模型（幂函数、指数函数和二次函数）进行回归分析．分别采用fcu =Av B ，fcu =Ae Bv 以及fcu =Av 2+Bv+C对蒸压加气混凝土试块超声声速和抗压强度进行回归分析．测距对超声声速的影响体现在测距对实测声速的修正上，即v 0=v c （100mm ≤L ≤300mm ）；v 0=1.03L ≤600mm ）．回归结果如表2．得出，用fcu =
2
(L-300) /100
v c （300mm
+46.711v 0
/kg/m35341538.91.62B01
5701550.61.76B02
6001563.21.90B03
6441574.51.96B04
6671587.52.26B05
7021598.62.74B06
7511678.23.34B07
8121765.44.02B08
8541878.54.73B09
8971960.45.32B10
v c /m/sfcu /MPa No.
/kg/m35341533.41.74
5701549.81.72
6001554.11.87
6441580.42.05
6671594.52.17
7021583.42.68
7511680.73.51
8121754.13.89
8541820.14.80
8971970.95.47
v c /m/sfcu /MPa
表2蒸压加气混凝土试块超声声速与抗压强度的回归方程
Tab. 2Regression equation of Autoclaved aerated concrete briquette supersonic
speed and compressive strength
函数模型
回归方程(v /km
0.978
44.503
0.994
3.93.2
0.270.04
二次函数fcu =
第5期刘杰，等：蒸压加气混凝土超声波速与强度的关系探讨45
5结果检验
为了验证回归公式的实用性，随机抽取了10块（J01-J10）混凝土试块，做超声测试与抗压强度试
验．试验结果如表3所示．
表3第2批试块检测结果
Tab. 3Test result of the second batch
试件编号L /mm v c /m/sfcu /MPa 理论值误差/%
J011001554.81.681.828.3
J021001632.82.882.764.2
J032001747.94.023.903.0
J042001584.22.062.196.3
J053001884.94.714.883.6
J063001561.72.011.914.9
J074001654.13.523.500.6
J084001792.04.874.644.7
J095001789.74.554.590.9
J106001984.05.255.453.8
可以看出，理论值与实测值最大误差为8.3%，最小误差仅为0.6%，所以如测得蒸压加气混凝土声速，用多项式fcu =
20001900
s -1)
1800/(m
[1**********]0
400图4
600
800
3m )
1000
44.503来计算其抗压强度还是比较准确的．
654321
[1**********]0
1800s -1)
1900
2000
A 组B 组C 组
超声声速与干密度的关系图
Fig. 5
图5超声波速与抗压强度的关系
Fig. 4Relation between dry weight density and velocity Relation between crush intensity and velocity
6结语
1）超声在蒸压加气混凝土中的传播速度与横向尺寸、测距以及混凝土试块孔隙比有关．在d ≥2Ϊ²¨³¤£Ê±£¬ÉùËÙ»ù±¾Óë´ó¿éÌåÖеÄËÙ¶ÈÏ൱£Ëæ×Ųâ¾àµÄÔö´ó£¬ÔÚÕôѹ¼ÓÆø»ìÄýÍÁÖеÄÉù²¨²¨ËÙÖð
½¥¼õС£Õôѹ¼ÓÆø»ìÄýÍÁÊÔ¿éµÄ¿×϶±ÈÔ½´ó£¬³¬Éù²¨ËÙҲԽС£
2）超声波在蒸压加气混凝土内传播的速度和混凝土的抗压强度具有一定的回归关系，建立的回归方程将为用超声法无损检测蒸压加气混凝土强度提供数学依据．对于蒸压加气混凝土试块，用二次函数拟合超声声速与抗压强度的关系更加贴近实际，并为低强混凝土超声声速与抗压强度关系模型选用提供了试验依据．
参考文献：
[1]李铭臻．新编建筑工程材料[M ]．北京：中国建筑工业出版社，1998．
[2]陆洁，孙莉．关于蒸压加气混凝土产品国家标准的思考[J ]．房材与应用，2002，30（1）：9-12．[3]邱平．新编混凝土无损检测技术[M ]．北京：中国环境科学出版社，2002．
[4]吴慧敏．结构混凝土现场检测新技术——混凝土非破损检测（第二版）[M ]．长沙：湖南大学出版社，1998．
[5]郝恩海，刘杰，王忠海，等．混凝土超声声速与强度和弹性模量的关系研究[J ]．天津大学学报，2002，35（3）：380-383．