邵阳

（机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西 西安 710043）

0 引言

高性能混凝土对原材料和施工质量要求严格，如使用了活性碱骨料，而水泥和外加剂的含碱量又过高，使骨料产生碱骨料反应，破坏混凝土结构；施工质量不好，混凝土强度达不到要求，发生裂缝等，使钢筋锈蚀，影响结构安全。我国商品混凝土中广泛使用的掺加粉煤灰的混凝土，早期强度往往偏低，对于在建工程在工期要求范围内强度往往达不到要求。因此，高性能混凝土的应用是必然的，对高性能混凝土的质量检测也是非常必要的。超声波检测混凝土强度的方法在普通混凝土中已有应用，并且已有专用的公式，但在高性能混凝土方面的应用并不广泛。超声波检测混凝土简便快捷，在混凝土方面的应用前景广泛，因此超声波测高性能混凝土的强度有一定重要意义。本文针对高性能混凝土的质量检测问题，研究了高性能混凝土的超声检测的可行性和影响因素。

1 原材料

水泥采用华新 42.5 级普通硅酸盐水泥，3d 抗压强度 27.4MPa，28d 抗压强度 43.5MPa；粉煤灰采用沈海热电厂 Ⅱ 级粉煤灰，细度 8.9%，烧失量 6.6%，需水比 96%；矿渣采用鞍钢粒化高炉矿渣，比表面积为 4320cm2/g，28d 活性指数 95%；硅灰采用朗天硅灰，28d 活性指数 121%；粗骨料采用 5～20mm 级配良好的碎石；细骨料采用河砂，细度模数 2.8，级配良好，为 Ⅱ 区中砂。

2 试验方案

2.1 因子和水平的确定

本试验选定三水平三因子正交设计安排试验。采用外掺粉煤灰、矿渣和硅灰的方法配制高性能混凝土，正交设计表见表1。

2.2 混凝土配合比

本试验主要研究 C70 高性能混凝土，根据正交设计的水平和因子，确定配合比，如表2 所示。

3 结果与讨论

3.1 试验数据

不同配合比混凝土超声声速试验及强度测试结果如表3、表4 所示。

表1 正交设计表

表2 混凝土配合比 kg/m3

表3 混凝土超声声速试验结果表

3.2 结果分析

3.2.1 声速影响因素的显著性分析影响声速的显著性分析结果见表5～7。

根据表5，查 F 分布位数表。可以看出，粉煤灰及硅灰影响因素不显著，而矿渣影响因素比较显著，粉煤灰、矿渣、硅灰之间的交互作用影响是显著的。

根据表6，查 F 分布位数表。可以看出，除粉煤灰的影响因素不显著外，矿渣、硅灰以及粉煤灰、矿渣、硅灰之间的交互作用影响均显著。

根据表7，查 F 分布位数表。可以看出，粉煤灰、矿渣、硅灰及其之间的交互作用都是显著的影响因素。

表4 混凝土强度试验结果表

由表5～7 可以看出，粉煤灰在 14 天以前对超声波的影响是不显著的，在 28 天的时候是显著的影响因素。矿渣对超声波的影响一直是比较显著的影响因素。说明矿渣的掺加，对混凝土的内部结构有明显的作用；硅灰对超声波有比较显著的作用，试验前期的作用不显著可能由于硅灰的掺量较少；粉煤灰、矿渣、硅灰之间的交互作用在 28 天前都是显著的影响因素。说明不同的矿物细掺料之间存在明显的叠加作用。

3.2.2 强度影响因素的显著性分析

影响强度的显著性分析见表8～10。

根据表8 中 1 作为误差项，查 F 分布分位数表。可以看出，硅灰，粉煤灰、矿渣、硅灰之间的交互作用是影响强度的显著因素。

根据表9，查 F 分布分位数表。可以看出，矿渣对强度有影响，硅灰，粉煤灰、矿渣、硅灰之间的交互作用对强度的影响十分显著。

根据表10，其中 3、4 作为误差项，查 F 分布位数表。可以看出，矿渣对后期强度影响不显著，硅灰与粉煤灰、矿渣与硅灰之间的交互作用一直都对强度的影响十分显著。

由表8～10 可以看出，粉煤灰、矿渣、硅灰之间的交互作用对混凝土的强度有显著的作用。这主要是因为磨细矿渣的需水量不大，对混凝土的强度有利，但自收缩比较大；掺粉煤灰的混凝土的自干燥收缩和干燥收缩都比较小，但抗碳化性能较差。硅灰颗粒细小，仅是水泥颗粒直径的 1/100，具有高度的分散性，可以充分地填充在水化水泥颗粒之间，提高浆体硬化后的密实度，但价格高昂。根据符合材料的超叠加效应原理，将不同种类细掺料以适当的比例加入混凝土，可以取长补短，不仅可以调节用水量，节约成本，提高混凝土的抗压强度，而且还可以提高混凝土的抗折强度，减小收缩，提高耐久性。

表5 C70 混凝土 7d 超声交互作用分析表

表6 C70 混凝土 14d 超声交互作用分析表

表7 C70 混凝土 28d 超声交互作用分析表

表8 C70 混凝土 7d 强度交互作用分析表

表9 C70 混凝土 14d 强度交互作用分析表

表10 C70 混凝土 28d 强度交互作用分析表

硅灰一直对混凝土的强度有显著的影响，矿渣在早期对混凝土的强度有影响，粉煤灰掺量的改变对混凝土的强度影响不大。在试验掺量范围内，粉煤灰单独的影响并不是很显著。

4 结论

（1）粉煤灰掺量为 10%、20%、30% 的水泥胶砂强度影响系数相差不大，说明粉煤灰对其强度的影响不是很大，但随着掺量的增加强度有降低的趋势。硅灰掺量为 3%、5%、7%、10% 时对水泥胶砂强度影响系数均大于 1.0，说明硅灰的掺入可提高其强度，而掺量在 5%～7% 时强度会明显提高；粉煤灰对混凝土的强度影响并不显著，但其发展趋势是减小混凝土的强度，因此改善和易性的同时，应减少粉煤灰掺量，以免影响强度。同时，粉煤灰对超声声速的影响不是很大，超声检测时可不予考虑。

（2）矿渣掺量的增加，对强度有一定影响，掺量在 20% 时强度达到最大值，继续掺加，强度有所下降。矿渣对声速的影响是显著的，因此，超声检测时需考虑矿渣掺量。

（3）硅灰掺量的增加会提高超声声速，对声速的影响是显著的，因此超声检测时需考虑硅灰的掺量。掺入硅灰可显著提高强度，硅灰掺量在 5%～7% 时，强度的增加速率较快。