灰岩地区水电站混凝土实验研究报告.doc

工 程 勘 察 甲 级证书240002-kj 灰岩地区水电站混凝土实验研究报告中国水电顾问集团贵阳勘察设计研究院2001年1月 2 1 前言混凝土测强使用面极广，涉及到工民建基础建设、高层建筑、公路、桥梁、隧道、大坝、船闸等一切混凝土建筑部位的方方面面。长期以来，混凝土强度均采用浇注标准试件，进行室内抗压实验为检测手段，虽然检测结果具有严密的可靠性、一定的代表性，但无法对已浇注构件的强度进行确定，故具有较大的片面性。因此，解决混凝土原位无损测强问题便显得极为重要。目前，原位无损检测的各项参数当中，与强度和弹模之间存在一定相关性的有回弹值和波速，其中波速测试尤其具有快速、经济、工作条件简单等特点。国内外物探工作者在寻找混凝土波速与其它静力学参数关系方面作了大量的工作，包括前苏联、荷兰、英国、日本及国内的长委等国家和单位均有各自的研究成果，但由于混凝土成分复杂，特别因地区差异造成的骨料特性差异，致使各研究成果虽然适用于各自的地区，但各研究成果之间却存在一定的差异。为了总结适合于本地区混凝土波速与强度及波速与弹模之间相关关系，特别制作了不同级配不同标号的混凝土模块并立项研究实验。实验的目的是：通过对C10至C40混凝土试件波速的测试及强度、弹模的室内试验，总结出灰岩地区水电站及贵阳地区建筑混凝土波速与强度、波速与弹模之间的相关关系。2 混凝土物理力学特性 混凝土是人工合成材料，其各类构成体从性能到尺寸均有很大的差别.石料、砂、水泥的声阻抗有着较大的差异，各种料体的几何尺寸也不相同，相互之间还形成各种多样的声学界面，混凝土实际上是包含有固、液、气三相的复合介质。从混凝土的力学特性来看，混凝土粗细骨料堆聚骨架及水泥中结晶骨架的存在使其表面表现出较好的弹性性能，而水泥凝胶或微晶分散体的存在则使混凝土表现出一定的粘塑性，所以混凝土又是一种弹、粘、塑性介质。混凝土的这种性质决定了其本身的声学特性和声波在其中传播的复杂性。我们知道.固体介质中的纵波速度为式中为介质的密度，E为杨氏模量，为泊松比。由此可以看出，声速主要取决于介质的弹性性能。反映混凝土质量的主要指标-抗压强度也是其静弹特性的主要指标，所以混凝土的声波速度与强度有较好的相关性。 混凝土物理力学特性 表2-1 混凝土ESf量值2.410-170.1-0.2127-55密度（g/cm3），E杨氏模量（），泊松比，Sf极限应力（）3 试件制作3.1 级配选定及试件数量实验主要针对天生桥、东风、洪家渡等灰岩地区水电站及贵阳地区工民建混凝土测强而进行。因此，试件级配选定为水电站普遍使用的二级、三级配及城市建筑使用的混合级配。各级配材料配合比见表3-1。 各级配混凝土材料配合比表 表3-1 级 配 编 号 标 号 水 灰 比 每方混凝土材料用量(kg)水泥水砂小石中石大石混合二A1C100.90228205885541541A2C150.82250205875535535A4C200.70297208815540540A4C250.65326212763550549A5C300.57368210729547546A6C350.52410213711533533A7C400.48448215695521521三B1C100.89174155732408408543B2C150.81191155726404404540B3C200.69225155694404404538B4C250.64247158685399399532B5C300.56282158663395395527B6C350.51314160652388388518B7C400.47345162631385385513混合C1C100.881991757711285C2C150.802191757641272C3C200.682571757191279C4C250.632831786991270C5C300.543301786731249C6C350.503601806431247C7C400.473871826141247为了在满足建立强度波速关系的基本条件下，各级配试件数量见表3-2。 表3-2强度（标号）C10(100)C15(100)C20(100)C25(100)C30(100)C35(100)C40(100)养护条件标准养护强 度试 件二级配10101010101010三级配10101010101010混合级配10101010101010试件尺寸(cm)151515弹 模试 件二级配3333333三级配3333333混合级配3333333试件尺寸(cm)直径15cm，高度30cm3.2 材料制作试件所使用的水泥为贵州水泥厂生产的“乌江牌”525#普通硅酸盐水泥。其水泥物理力学性能检验结果见表3-3。 表3-3标准加水量（g）安定性(煮)凝结时间(min)抗折强度(Mpa)抗压强度(Mpa)初凝终凝3天28天3天28天122合格2264055.18.922.554.5二级、三级配混凝土的砂及骨料由天生桥猪蹄叉料场提供，系二叠系边阳组（T2b）灰岩加工而成；混合级配混凝土的砂及骨料由贵阳地区提供，系白云岩、灰岩加工而成。4 试验方法4.1 强度波速试验波速测试与室内试验同步进行，测试及试验时间分别为凝期3、7、14、28天，即在凝期为3、7、14、28天时，对所有试件进行波速测试，并在每一级配的每一标号试件中分别取一组（3块）进行抗压试验。4.2 弹模波速试验分别在凝期为3、7、14、28天时，对所有试件进行波速测试，并于凝期为28天时，在对试件进行波速测试后，进行弹模试验。3.3 波速测试方法取垂直浇注面的任意两个相对面，如图3-1所所示，使用仪器为RSMSY数据采集仪，25KHz喇叭探头，采集精度为0.1us，逐点测试，5点测试的平均值即为试件某凝期的波速值。 图3-15 数据处理此次试验得到了各级配的大量波速与抗压强度、波速与弹性模量数据，因此，需要对试验数据运用适当的力学理论和数学工具进行分析处理，以得到能真实的描述被测对象性质的物理量与物理量之间变化规律的函数关系。率定资料的处理方法分为两步：一，用回归法(最小二乘法)分别计算出强度-波速曲线及弹性模量-波速曲线的一般以下三种曲线方程；Rc(Ec)=a+bVp+cVp2 (5-1）Rc(Ec)=aebVp (5-2）Rc(Ec)=aVpb (5-3）式中Rc为抗压强度，E为弹性模量，a、b、c为待定系数；二，用试验实测值与回归方程计算值计算其均方误差及相关系数，选定相关关系较好回归方程。6 试验成果6.1 混凝土二级配C10C406.1.1 混凝土二级配凝期7天波速与强度相关关系 经过该级配中C10C40的数据处理，得出： RC=6.085Vp2-17.386Vp-0.003 (6-1-1)表6-1-1列出实测数据与用（6-1-1）式的计算值 混凝土二级配凝期7天波速与强度回归计算表 表6-1-1波速Vp(km/s)3.563.213.383.593.563.443.643.613.723.723.83 实测Rc(Mpa)7.68.78.414.214.412.716.91617.61618.4 计算Rc(Mpa)15.216.8810.7415.9915.2112.1917.3216.5219.5219.5222.66 偏 差-7.611.82-2.34-1.79-0.810.51-0.42-0.52-1.92-3.52-4.26波速Vp(km/s)3.733.703.873.683.733.683.713.683.643.66 实测Rc(Mpa)21.320.7201826.225.827.328.228.928 计算Rc(Mpa)19.8018.9623.8418.4119.8018.4119.2418.4117.3217.87 偏 差1.501.74-3.84-0.416.407.398.069.7911.5810.13其均方误差s=+4.103，相关关系r=0.7646.1.2 混凝土二级配凝期14天波速与强度相关关系 经过该级配中C10C40的数据处理，得出： RC=7.387Vp2-22.19Vp-0.004 (6-1-2)表6-1-2列出实测数据与用（6-1-2）式的计算值 混凝土二级配凝期14天波速与强度回归计算表 表6-1-2波速Vp(km/s)3.623.493.453.703.663.773.593.633.703.933.99 实测Rc(Mpa)11.310.710.419.618.718.219.619.122.222.927.1 计算Rc(Mpa)16.4712.5211.3619.0217.7321.3315.5316.7819.0226.8829.05 偏 差-5.17-1.82-0.960.580.97-3.134.072.323.18-3.98-1.95续表6-1-2 波速Vp(km/s)3.893.873.913.893.953.993.913.913.993.99 实测Rc(Mpa)20.7282824.730.229.629.331.630.735.6 计算Rc(Mpa)25.4524.7526.1625.4527.6029.0526.1626.1629.0529.05 偏 差-4.753.251.84-0.752.600.553.145.441.656.55其均方误差s=+2.717，相关关系r=0.9126.1.3 混凝土二级配凝期28天波速与强度相关关系 经过该级配中C10C40的数据处理，得出： RC=1150.59Vp-137.68Vp2-2367.5 (6-1-3)表6-1-3列出实测数据与用（6-1-3）式的计算值 混凝土二级配凝期28天波速与强度回归计算表 表6-1-3波速Vp(km/s)3.823.823.823.823.823.813.853.813.933.853.95 实测Rc(Mpa)11.112.212.721.32020.923.1262625.128.2 计算Rc(Mpa)18.6918.6918.6918.6918.6917.6921.5317.6927.8821.5329.20 偏 差-7.59-6.49-5.992.611.313.211.578.31-1.883.57-1.00续表6-1-3 波速Vp(km/s)3.913.934.014.044.174.174.06 实测Rc(Mpa)282832.232.934.937.336.9 计算Rc(Mpa)26.4627.8832.4833.7536.3836.3834.45 偏 差1.540.12-0.28-0.85-1.480.922.45其均方误差s=+3.877，相关关系r=0.8766.1.4 混凝土二级配凝期28天波速与弹性模量相关关系 经过该级配中C10C40的数据处理，得出： EC=10.155Vp-0.762Vp2-26.266 (6-1-4)表6-1-4列出实测数据与用（6-1-4）式的计算值 混凝土二级配凝期28天波速与弹性模量回归计算表 表6-1-4波速Vp(km/s)4.184.124.214.184.184.224.114.194.154.294.34 实测Rc(Mpa)2.282.572.642.812.893.282.553.153.212.793.21 计算Rc(Mpa)2.882.652.992.882.883.032.612.912.763.283.46 偏 差-0.60-0.08-0.35-0.070.010.25-0.060.240.45-0.49-0.25续表6-1-4 波速Vp(km/s)4.274.274.244.364.394.394.374.35 实测Rc(Mpa)3.353.233.543.73.433.853.463.77 计算Rc(Mpa)3.213.213.103.533.643.643.573.50 偏 差0.140.020.440.17-0.210.21-0.110.27其均方误差s=+0.292，相关关系r=0.7566.2 混凝土三级配C10C406.2.1 混凝土三级配凝期7天波速与强度相关关系 经过该级配中C10C40的数据处理，得出： RC=1251.038Vp-162.235Vp-2381.68 (6-2-1)表6-2-1列出实测数据与用（6-2-1）式的计算值 混凝土三级配凝期7天波速与强度回归计算表 表6-2-1波速Vp(km/s)3.523.513.523.613.713.593.613.523.543.593.52 实测Rc(Mpa)10.19.69.113.614.412.418.215.114.418.217.8 计算Rc(Mpa)11.8110.7111.8120.3026.6518.6420.3011.8113.9318.6411.81 偏 差-1.71-1.11-2.71-6.70-12.3-6.24-2.103.290.47-0.445.99续表6-2-1 波速Vp(km/s)3.873.833.753.853.683.733.623.733.81 实测Rc(Mpa)26.730.426.73031.131.329.832.734.2 计算Rc(Mpa)30.0629.9828.2830.0825.0827.5321.0827.5329.75 偏 差-3.360.42-1.58-0.086.023.778.725.174.45其均方误差s=+4.918，相关关系r=0.8236.2.2 混凝土三级配凝期14天波速与强度相关关系 经过该级配中C10C40的数据处理，得出： RC=15.743Vp2-54.27Vp-0.003 (6-2-2)表6-2-2列出实测数据与用（6-2-2）式的计算值 混凝土三级配凝期14天波速与强度回归计算表 表6-2-2波速Vp(km/s)3.753.683.683.733.793.703.783.793.793.893.73 实测Rc(Mpa)11.19.310.217.615.116.918.922.218.724.722.7 计算Rc(Mpa)17.8718.3718.3720.0022.0019.0221.6622.0022.0025.4520.00 偏 差-6.77-9.07-8.17-2.40-6.90-2.12-2.760.20-3.30-0.752.70续表6-2-2 波速Vp(km/s)3.723.953.963.964.034.033.934.024.023.98 实测Rc(Mpa)23.331.633.33633.333.337.833.936.934.7 计算Rc(Mpa)19.6727.6027.9627.9630.5430.5426.8830.1630.1628.69 偏 差3.634.005.348.042.762.7610.923.746.746.01其均方误差s=+5.178，相关关系r=0.8396.2.3 混凝土三级配凝期28天波速与强度相关关系 经过该级配中C10C40的数据处理，得出： RC=238.265Vp-22.788 Vp2-572.698 (6-2-3)表6-2-3列出实测数据与用（6-2-3）式的计算值 混凝土三级配凝期28天波速与强度回归计算表 表6-2-3波速Vp(km/s)4.104.084.084.104.194.084.014.064.034.124.17 实测Rc(Mpa)12.211.811.319.818.718.920.422.924.224.225.3 计算Rc(Mpa)21.1320.0920.0921.1325.5720.0916.3219.0317.4222.1524.61 偏 差-8.93-8.29-8.79-1.33-6.87-1.194.083.876.782.050.69续表6-2-3 波速Vp(km/s)4.104.344.344.344.364.364.264.344.26 实测Rc(Mpa)26.730.43021.733.330.740.938.738.7 计算Rc(Mpa)21.1332.1532.1532.1532.9532.9528.7732.1528.77 偏 差5.57-1.75-2.15-10.50.35-2.2512.136.559.93其均方误差s=+6.325，相关关系r=0.6716.2.4 混凝土三级配凝期28天波速与弹性模量相关关系 经过该级配中C10C40的数据处理，得出： EC=107.92Vp-11.534 Vp2-248.499 (6-2-4)表6-2-4列出实测数据与用（6-2-4）式的计算值 混凝土三级配凝期28天波速与弹性模量回归计算表 表6-2-4波速Vp(km/s)4.404.394.364.364.444.364.594.394.354.444.44 实测Rc(Mpa)2.742.982.882.573.262.933.252.962.93.253.35 计算Rc(Mpa)3.052.982.772.773.292.773.852.982.703.293.29 偏 差-0.310.000.11-0.20-0.030.16-0.60-0.020.20-0.040.06续表6-2-4 波速Vp(km/s)4.674.644.624.574.634.604.724.724.57 实测Rc(Mpa)4.344.23.874.23.943.873.793.733.77 计算Rc(Mpa)3.943.933.903.813.923.873.923.923.81 偏 差0.400.27-0.030.390.020.00-0.13-0.19-0.04其均方误差s=+0.239，相关关系r=0.9036.3 混凝土混合级配C10C406.3.1 混凝土混合级配凝期7天波速与强度相关关系 经过该级配中C10C40的数据处理，得出： RC=0.993e0.816Vp (6-3-1)表6-3-1列出实测数据与用（6-3-1）式的计算值 混凝土混合级配凝期7天波速与强度回归计算表 表6-3-1波速Vp(km/s)3.483.463.463.333.333.343.343.253.373.443.43 实测Rc(Mpa)7.68.19.111.311.312.216.216.21418.417.3 计算Rc(Mpa)17.0016.7216.7215.0415.0415.1615.1614.0915.5416.4516.32 偏 差-9.40-8.62-7.62-3.74-3.74-2.961.042.11-1.541.950.98续表6-3-1 波速Vp(km/s)3.443.343.363.463.573.543.523.393.413.38 实测Rc(Mpa)19.8242220.93026.429.631.129.829.6 计算Rc(Mpa)16.4515.1615.4116.7218.2917.8517.5615.7916.0515.66 偏 差3.358.846.594.1811.718.5512.0415.3113.7513.94其均方误差s=+6.223，相关关系r=0.436.3.2 混凝土混合级配凝期14天波速与强度相关关系 经过该级配中C10C40的数据处理，得出： RC=9.433Vp2-29.601Vp+0.016 (6-3-2)表6-3-2列出实测数据与用（6-3-2）式的计算值 混凝土混合级配凝期14天波速与强度回归计算表 表6-3-2波速Vp(km/s)3.573.633.573.833.613.833.613.623.643.713.64 实测Rc(Mpa)10.49.89.114.215.312.719.619.61619.322.9 计算Rc(Mpa)14.5716.8714.5725.0216.0925.0216.0916.4817.2620.0417.26 偏 差-4.17-7.07-5.47-10.8-0.79-12.33.513.12-1.26-0.745.64续表6-3-2 波速Vp(km/s)3.713.743.853.813.773.713.993.93 实测Rc(Mpa)21.324.924.429.128.931.132.233.8 计算Rc(Mpa)20.0421.2625.8824.1722.5020.0432.0929.38 偏 差1.263.64-1.484.936.4011.060.114.42其均方误差s=+5.688，相关关系r=0.6556.3.3 混凝土混合级配凝期28天波速与强度相关关系 经过该级配中C10C40的数据处理，得出： RC=143.497Vp2-1056.955Vp+1963.717 (6-3-3)表6-3-3列出实测数据与用（6-3-3）式的计算值 混凝土混合级配凝期28天波速与强度回归计算表 表6-3-3波速Vp(km/s)3.773.753.793.813.833.723.793.853.713.813.75 实测Rc(Mpa)11.611.89.613.517.116.917.621.821.624.725.3 计算Rc(Mpa)18.5018.0619.0619.7320.5217.6119.0621.4217.5219.7318.06 偏 差-6.90-6.26-9.46-6.23-3.42-0.71-1.460.384.084.977.24续表6-1 波速Vp(km/s)3.753.853.893.894.013.994.064.014.063.97 实测Rc(Mpa)25.128.225.325.127.830.23635.138.234.7 计算Rc(Mpa)18.0621.4223.5723.5732.7730.9537.8232.7737.8229.24 偏 差7.046.781.731.53-4.97-0.75-1.822.330.385.46其均方误差s=+4.94，相关关系r=0.8116.3.4 混凝土混合级配凝期28天波速与弹性模量相关关系 经过该级配中C10C40的数据处理，得出： EC=3.152Vp2-24.138Vp+48.635 (6-3-4)表6-3-4列出实测数据与用（6-3-4）式的计算值 混凝土混合级配凝期28天波速与弹性模量回归计算表 表6-3-4波速Vp(km/s)4.024.104.104.094.094.094.144.034.194.004.03 实测Rc(Mpa)22.522.322.472.632.32.552.812.982.793.02 计算Rc(Mpa)2.542.662.662.642.642.642.732.552.842.522.55 偏 差-0.54-0.14-0.34-0.17-0.01-0.34-0.180.260.140.270.47续表6-3-4 波速Vp(km/s)4.324.294.284.324.324.114.294.354.4 实测Rc(Mpa)3.42.723.123.33.143.023.583.393.12 计算Rc(Mpa)3.193.103.073.193.192.673.103.283.45 偏 差0.21-0.380.050.11-0.