摘要：本文通过实验室模拟现实环境的方法，利用超声波在腐蚀混凝土与未腐蚀混凝土中的传播速度的不同，对不同腐蚀层厚度的混凝土试块进行超声检测。通过腐蚀层厚度来确定硫酸镁对不同掺量的石灰石粉混凝土的腐蚀程度;并通过混凝土的轴心应力来反推混凝土的腐蚀层厚度，然后和超声无损检测的混凝土厚度进行对比。

　　0.引言

　　超声检测因其便于携带、经济高效等特点已经成为工程实践和学术研究的重要手段。利用超声无损检测技术去检测混凝土受硫酸盐侵蚀后的腐蚀层厚度已经成为混凝土耐久性研究的一个重要的研究内容。混凝土的耐久性主要受碳化、硫酸盐侵蚀和冻融循环等环境因素的影响[1-2]。其中，硫酸盐侵蚀是最常见和最严重的因素之一。但是目前关于石灰石粉混凝土抗硫酸盐侵蚀的研究较少。邓德华的研究表明[3]：掺石灰石粉的水泥基材料因形成大量较大尺寸的石膏晶体引起水泥基材料的膨胀开裂。

　　1.试验

　　1.1.试验方法

　　超声检测主要有对测和平测两种方法。对测法用于测试混凝土受硫酸盐侵蚀前后不同腐蚀层厚度超声声波的变化，平测法用于测试混凝土的腐蚀程度及此方法用于测试腐蚀程度的适用性。超声波检测混凝土缺陷技术规程是以单面平测法检测混凝土腐蚀层厚度[4]。

　　(1)平测法的实验方法：

　　将发射换能器T位于离边缘50mm处不动，再将接收换能器R按相等的间距连续扫查，读取相应的声时的值，为保证换能器以及混凝土表面所受的压力值相等，在两个换能器上分别施加2Kg的力[5]。平测法的基本原理为：当发射器和换能器的距离较近时，脉冲波沿着表面腐蚀层传播的时间最短，最先达到接收换能器，这时读取的声时值反映了腐蚀层混凝土的传播速度。当T、R换能器的间距较大时，脉冲波透过腐蚀层沿着未损伤混凝土的时间短，此时读取的声时中大部分是反应未损伤混凝土的传播速度。考虑到两个换能器距离太近，超声声时不稳定，所以第一个间距为50mm，以后的间距以25mm递增，如图1平测法示意图所示。

　　图1平测法示意图

　　当按图5-1平测法示意图布置换能器，可得到两条直线方程如图2所示。

　　腐蚀层的回归方程为：L1=A1+Vft

　　未腐蚀混凝土的回归方程为：L2=A2+Vat

　　回归系数A1、A2和Va、Vf即为直线上的截距和斜率。Va为超声波在未腐蚀层混凝土中的传播速度;Vf为超声波在腐蚀层混凝土中的传播速度。

　　图2 传播时间与换能器间距的关系曲线

　　声时发生突变时的l0值可以用下式求得：

　　l0=(A1Va-A2Vf)/(Va-Vf)

　　通过l0所对应的时间t0推断超声波在腐蚀层中垂直传播的时间t1，进而可以知道超声波在未腐蚀层中传播时间(t-t1)，这样未腐蚀混凝土的厚度为Va(t-t1)，混凝土腐蚀层的厚度为d=a-Va(t-t1)。

　　腐蚀层的计算公式为： Dfe=0.5l0[(Va-Vf)/(Va+Vf)]0.5

　　1.2试验设备

　　超声检测仪采用北京康科瑞工程检测技术有限责任公司生产的非金属超声检测分析仪，探头直径为4cm，工作频率为50HZ;声时显示范围为0.5~9999us，检读精度为0.1us;声时显示调节在20~30us范围时，2小时内声时显示的漂移小于0.2us;手动游标读数与自动整形读数。声耦合剂：凡士林。

　　图 3非金属超声检测分析仪2.超声波法测腐蚀层厚度

　　本文选择侵蚀机制为浸烘循环，硫酸镁浓度为10%侵蚀环境下的混凝土试块进行超声无损检测，相同配比的试块有两个相同的试块，每个试块进行其侧面的超声声速测试，具体检测结果见表1不同腐蚀程度混凝土超声平测检测结果，当腐蚀混凝土发生侵蚀劣化后，可以通过超声平测法的检测结果计算腐蚀层厚度，计算结果见表 5-1不同腐蚀程度混凝土超声平测检测结果.

　　表1 混凝土超声平测检测结果

　　3.浸烘环境下腐蚀层厚度的变化

　　图4为浸烘环境下，硫酸镁侵蚀浓度为10%，不同石灰石粉掺量的混凝土腐蚀层厚度的变化曲线。从图中可以见，当石灰石粉的掺量为0%时，侵蚀龄期为140d前，混凝土试块的腐蚀层厚度随着侵蚀龄期的变化不显著，曲线趋势平坦，当侵蚀龄期超过140d，腐蚀层厚度随着侵蚀龄期的持续急剧上升。石灰石粉掺量为10%、20%的试块，随着侵蚀龄期的增长，腐蚀层的厚度一直保持缓慢增加，当侵蚀龄期达到224d时，混凝土的腐蚀层厚度达到最大值。石灰石粉掺量为30%的混凝土试块，在侵蚀龄期112d前，腐蚀层的厚度增加缓慢，当侵蚀龄期超过112d时，混凝土腐蚀层的厚度随着龄期的增加较迅速。从图4可见，在侵蚀龄期112d前，石灰石粉的掺量对混凝土腐蚀层的厚度影响不是很明显，当侵蚀的龄期超过112d时，石灰石粉掺量为30%的混凝土的腐蚀层厚度最大，石灰石粉掺量为10%、20%的混凝土试块的腐蚀层厚度次之，石灰石粉掺量为0%的混凝土试块的腐蚀层厚度最小。由此可得：石灰石粉的掺量越大，混凝土试块在硫酸镁环境下的腐蚀层厚度越大，抗硫酸镁的性能越差。

　　图4浸烘环境下腐蚀层厚度

　　5.结论

　　1) 石灰石粉的掺量越大，混凝土试块在硫酸镁环境下的腐蚀层厚度越大，抗硫酸镁的性能越差。

　　2) 石灰石粉掺量为0%~30%混凝土试块，侵蚀龄期140d前，混凝土的腐蚀层厚度变化缓慢;当侵蚀龄期超过140d，石灰石粉混凝土的腐蚀层厚度剧烈增长。C

　　(作者单位：苏州建设交通高等职业技术学校)

　　参考文献

　　[1] 孙光吉，原鹏博，闫常赫.华北二叠系泥岩崩解试验研究[J].铁道建筑技术，2016(11):111-114.

　　[2] 周国新.膨胀土铁路路堤工程病害与防治措施[J].铁道建筑技术，2006(1):48-50.

　　[3] 邓德华，肖佳，元强，等.石灰石粉对水泥基材料抗硫酸盐侵蚀性的影响及其机理[J]. 硅酸盐学报，2006，34(10):1243-1248.

　　[4] 濮存亭.国内外混凝土超声脉冲检测技术的现状及发展前景[J].市政工程.2001(3)：25-30.

　　[5] S.Ould Naffa. M. Goueygou. Detection of chemical damage in concrete using ultrasound. Ultrasonics, Vol.40 2002(3):247-25.