基于超声脉冲法早龄期混凝土性能研究进展

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1、基于超声脉冲法早龄期混凝土性能研究进展高伟1。樊晓波1。袁翠平2(1．江苏省建筑材料研究设计院有限公司，江苏南京210009；2．南京市水利规划设计院有限责任公司，江苏南京210022)摘要：随着对混凝土早期物理力学性能研究的深入，国内外很多学者开始利用超声波技术对早期混凝土(7d内)物理力学性能进行研究。文章针对超声脉冲法总结了国内外研究的最新动态并提出进一步研究的方向。关键词：超声波；早期混凝土；透射法Abstract：WiththegrowinginteIestinstudyingphysicsandmechanicpropertiesofeadyageco

2、ncrete，manyscholarsatdomesticandabroadhavebeguntostudyedyageconcrete(in7days)bytheultrasonictechnology．Theresearchprogressissumm撕zedandthedeVelopingtrendisputfonVardinthispaper．Keywords：ultrasonic；earlyageconcrete；transmissionmethod0引言近年来。混凝土早期物理力学性能方面的研究逐渐引起了学术界和工程界的广泛关注，各种检测水泥基材料性能的

3、测试方法更是层出不穷。致力于研究“凝结和硬化阶段水泥基材料先进测试方法”的技术委员会(TC185一ATC)作为RILEM(国际材料与结构研究实验联合会)下设委员会之一。专门进行检测早龄期混凝土电学及物理性能方法的研究。TC185一ATC已发表了一系列先进的测试方法如电学方法、核磁共振、超声脉冲法、成熟度方法及声发射测试方法。本文旨在对超声脉冲法在早期混凝土性能检测中的应用情况进行总结，并对今后的发展提出建议和展望。超声脉冲法分为反射法与透射法。本文侧重介绍透射法。1反射法当超声波入射到两个不同介质所形成的界面时，波的一部分被吸收传播，另一部分则被反射回来。反射波的

4、振幅A，与人射波振幅Ai的比值记作反射系数尺。尺=箸=箍(1)z_争(2)式中：Z表示声学阻抗；下标1，2分指不同介质。E为杨氏模量，y为超声波速。在一维、截面不变的情况下，Z兰印／2，p为材料密度。反射法建立在超声波在声学阻抗性质不同介质的边界发生反射这一原理上。声速、衰减系数、声学阻抗均为超声波的基本物理参数，都依赖于介质的结构、组成等性质表现出来。因此通过测量声学阻抗可以获取混凝土材料的一些物理性能。1981年，Stepisnik等人【1】首次将剪切波反射法(USWR)运用于水泥基材料的研究(图1)。随后Milev

5、21等人对USWR进行改进。并运用探针贯人

6、法和测温法研究了混凝土的水化．结果表明反射系数明显地反映了混凝土初凝和终凝的时间。此外．剪切波反射法可用来监测早期水泥基材料强度发展【3】。结果表明反射损失与砂浆和混凝土的早期强度成线形关系。通过使用剪切波，Z．Sun等人【4】建立波反射测量值与水泥基材料剪切模量及粘度的关系，并用波反射进行硅酸盐水泥水化过程研究，实验表明，反射损失与水化度成线形关系(图2)。2透射法透射法，又称穿透法．即用一发射换能器重复发射超声脉冲波，让超声波在所检测的混凝土中传播，然后由接收换能器接收，被接收到的超声波转化为电信号后再经超声仪放大显示在屏幕上，用超一15一—赢A浞艇土钢板鲨掣

7、器-J●■●■■●_。。’’。。。。一≤．二害_一霜舅瞄醣一一·‘，⋯一f≤i==．霉．o一。．图1剪切波反射法设备简图阶段3B／—一时间专图2反射损失随时间的变化声仪测量收到的超声信号的声学参数(图3)。当超声波经混凝土中传播后。它将携带有关混凝土材料性能、内部结构及其组成的信息。准确测定参数的大小及变化，可以推断混凝土性能、内部结构及其组成情况。目前在混凝土检测中所常用的声学参数为声速(波速)、振幅、频率以及波形等。接换图3透射法原理图2．1水泥基材料凝结过程与波速关系研究根据大量实验结果．超声波在水泥基材料中的声速变化能敏感反映水泥基材料的水化过程．且超声波

8、波速(UPV)曲线明显分成三个阶段(图4)。封剐一16一阶段l阶段2f阶段3够一丛么争时间图4典型超声波波速【UPV)曲线第一阶段是新拌水泥基材料初期的几个小时内．水泥颗粒开始悬浮于水中。形成接近牛顿液体的悬浮液，此阶段超声波波速变化并不敏感，且波速小于声音在水中的传播速度l500“s。无论在水泥浆、砂浆还是混凝土中。在配合比和温度等参数不变情况下，超声波波速值基本相同。第二阶段是快速水化阶段，水泥逐渐扩散和成核，水化产物大量形成，水泥基材料迅速固化成多孔固相，超声波的传递路径由液相转变成固相，超声波波速迅速提高。第三阶段，当水化一定时间后，多孔固相中的孔隙逐渐被

9、新形成的水