学文网【摘要】在清楚混凝土中应力波的传播机理及前期研究成果的基础上，对混凝土中应力波传播的主要影响因素进行了分析，进行了应力波速随混凝土强度变化规律的研究，从影响应力波速的几个因素谈谈体会。
【关键词】应力波；混凝土强度；影响因素
冲击振动技术（简称IE法）是本世纪80年代美国和加拿大国家标准技术研究院联合研制开发的一种新的的检测技术。经近20年的发展和完善，相继开发出了测量仪器及配套的应用软件。随着土木工程建设的快速发展，为适应可持续发展的要求，结构混凝土迅速向高强度、高性能方向发展。在混凝土强度现场评定的常用方法中，国内外大量采用非破损（微破损）的检测方法。采用回弹法、超声回弹法进行强度检测费时、费力，有时检测条件也很困难，现场测试精度也受到较大影响。冲击回波仪通过在混凝土表面施加冲击力，形成应力波在混凝土内传播，应力波遇到界面时返回。根据应力波的频谱分析，可以判定频率值。
1 试验主要仪器
压力机采用无锡丨建筑材料仪器机械厂的NYL-200D压力试验机。
无损检测仪采用上海劳瑞仪器设备有限公司的PIES便携式冲击回波测试系统。
2 检测方法及原理
将混凝土标准试块至于垫块上，除浇筑底面及其对应顶面外，四个侧面每个侧面布置一个测点，以测试点为中心，在该点以等间距60mm半径选取四个点测试应力波波速，以所测应力波速的平均值作为标准试块应力波波速代表值Vp；测试得出波速值后，将试块侧面放于压力机间，均匀连续以（6±4）kN/s的速度加压试块至破坏。
利用冲击锤在结构物表面敲击，形成一瞬间应力脉冲。该应力脉冲有压缩波（P波，纵波）、剪切波（横波，S波）及瑞利波（R波）组成。P波和S波沿球形波阵面传入试体，R波沿表面传播。当P、S波在传播过程中遇到缺陷或边界时，由于两种介质的声阻抗率不同，应力波在这些界面将发生反射[1]。
3 影响应力波传播的因素分析
3.1 水泥的影响
试验采用甘肃祁连山水泥有限公司生产的P.O 42.5普通硅酸盐水泥，所用水泥各项指标符合相关要求[2]，研究表明水泥品种和用量不同，使得混凝土强度发展规律不同，进而对混凝土中应力波速传播造成了影响，在配合比相同的混凝土中，水泥品种不同，导致混凝土在早期强度有所不同，水泥用量不同，早期强度也不同，用量大的早期强度相对偏高。但到后期品种不同的水泥混凝土的强度发展趋势基本是一致的。
3.2 外加剂的影响
外加剂的品种有：减水剂、缓凝剂、引气剂、减缩剂等，试验采用 KDSP―1 型聚羧酸盐高性能减水剂，各项指标满足有关规范[3]。试验采用的减水剂其目的是在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量 [4]，所以外加剂对应力波在混凝土中传播没有显著影响。
3.3钢筋影响的修正[5]
由于应力波在混凝土中传播时，遇到钢筋会改变波速和传播路径，根据资料表明，对于钢筋混凝土结构中钢筋的影响，在检测中采用等效模量的方法加以修正：
3.3.1 传播法（弹性波CT、单面传播法）：根据箍筋、纵筋的布置加以修正；
3.3.2 瑞利波法和反射法：根据钢筋（配筋）率加以修正；
3.3.3 对箍筋和纵筋同时进行修正，修正方法为配筋率的等效修正法。
修正公式： 其中： 为修正后的弹性模量； 为未经修正的弹性模量（根据波速和泊松比得出）； 为配筋率； 为钢筋的动弹性模量，取210GPa。
根据计算，C30的混凝土中1%的配筋率可以使波速提高大约1.02%。
3.4 粗骨料品种的影响
弹性波波长较长，使得其测试的稳定性方面较超声波有很大的提高。根据学者的研究，当弹性波的波长大于混凝土中骨料直径的10倍以上时，骨料颗粒对弹性波的散射影响将大大降低[5]。
碎石和卵石是在配制混凝土过程中通常采用的两种粗骨料，骨料种类的不同，对应力波速在混凝土中传播产生很大的影响。试验选择级配良好的卵石，符合相关规范[6][7]。由于应力波在骨料自身中传播就不同，加上碎石和卵石的表面情况完全不同，两者与混凝土的粘结情况也不同，在相同的配合比下，碎石的破碎面要多于卵石，与浆液容易形成包裹，可以保证混凝土的密实性，保证混凝土的强度，因而混凝土的强度较高。卵石因为表面光滑而粘结力不如碎石，混凝土强度较低。
3.5 测试面的影响
当应力波速测点布置在浇筑方向的侧面时，因浇筑侧表面平整光滑，对应力波速影响不显著，当在构件浇筑的表面或底面测量时，由于会遇到浇筑表面或底面产生蜂窝麻面的情况，与侧面相比砂浆和石子分布不均匀，且测区打磨不平时，影响应力波速传播；由于混凝土制作过程中混凝土底面和表面石子含量不均匀，也会影响应力波速传播。
3.6 人为因素的影响
由于操作人员的不规范操作，出现操作动作错误，导致试验时数据偏差大，不稳定，或者检测的数据无规律，误差太大，影响试验结果，影响应力波速传播，并且不能轻易的判断检测结果是否可用，必须通过大量试验来验证，所以操作前应学习规范的操作仪器，学习相关理论知识，并且保证冲击回波仪器已校准好，且处于良好维护状态。操作人员科学合理的操作，把人为的影响因素降低到最小。
4 影响测试精度的主要原因
4.1传播波速的确定
通常，在已知厚度的地方，或者是利用单面传播法对混凝土中的P波波速事先加以标定。但是，当混凝土材质不是十分均匀，特别是表层混凝土与内部混凝土材质差异较大时，波速的影响会更加明显。
4.2反射时间的确定
当面积较大、构件较薄时，采用重复反射法是一种有效的手段。随着构件度的增加，反射信号逐步变弱、有效次数逐渐减少。同时，激振信号与反射信号开始分离，使得分辨反射信号成为可能的同时，频谱分析的精度有所降低。
4.3周围边界的影响
当构件面积不大，或测试位置与边界较近时，激振产生的弹性波在周围边界也会反射。该反射波通常以表面波为主，对构件中波速的测试有不可忽略的影响。
5 结束语
5.1 应力波法检测技术的优点在于可单面测试，扩大了应用范围，可获得明确、直观的反射信号，测区布置灵活，不需耦合剂，测试方便。
5.2 混凝土中应力波的传播受到多种因素的影响。分析得出骨料与其他因素相比对应力波传播影响较大，检测时应注意分析影响因素，选择最佳的方法，并且检测人员要求有一定的专业技术水平，认真操作，进行数据整理时，一些数据偏差太大，要舍弃偏差大的数据，分析出现这种情况的原因，再次试验，再次对数据进行回收，以保证检测数据的科学合理。
参考文献
[1]冲击弹性波检测技术基本原理[Z].四川升拓检测技术有限责任公司.2015-09-08.
[2]GB 175-2007/XG1-2009.通用硅酸盐水泥国家标准第1号修改单[S].北京：中国标准出版社，2009.
[3]GB 8076-2008.混凝土外加剂[S].北京：中国标准出版社，2008.
[4]张显***.超声回弹综合法评定构件混凝土强度的研究[D]硕士.2007.
部级大学生创新创业训练计划项目资金支持（项目编号201410742048）
作者：袁志伟， 男，西北民族大学土木工程学院在读本科生
庄 佳， 男，西北民族大学土木工程学院在读本科生
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