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升拓技术—混凝土弹性模量测试 （四川升拓检测技术有限责任公司，四川 成都 610045） 摘要：在本系统中，采用冲击弹性波作为测试媒介，通过测试弹性波的波速，据此计算材料的动弹性模量和推算相应的静弹模，进而根据静弹模与抗压强度的相关关系推算混凝土的抗压强度。其核心在于精确地测试混凝土材料的弹性模量。 关键词：混凝土检测，预应力检测，混凝土弹性模量检测，无损检测，升拓技术 在本系统中，采用冲击弹性波作为测试媒介，通过测试弹性波的波速，据此计算材料的动弹性模量和推算相应的静弹模，进而根据静弹模与抗压强度的相关关系推算混凝土的抗压强度。其核心在于精确地测试混凝土材料的弹性模量。 混凝土的弹性模量不仅影响到结构的变形，而且也是反映混凝土质量、耐久性的重要指标： 可以反映材料的刚性特性，在结构的变形计算中是重要的参数。特别是对于高强度混凝土，简单地采用抗压强度反推弹模的方法往往具有较大的误差； 混凝土材料的老化往往先从弹模的降低开始，而新建结构的施工不良也会在弹模方面有所显现。 为此，在高铁梁的施工中，不仅要求控制抗压强度（通常为C50），也要求控制弹模在34.5GPa以上。 在本系统中，弹模的测试主要是通过对波速的测试。 对于1维均质弹性体，其弹性模量与弹性波P波波速的关系可以表示为： 　　 (1-1) 其中，为材料的密度，对于混凝土，一般为2400kg/m3左右。当测试对象为2维或3维时，P波速度有一定的变化。 2维： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1-2) 　　 3维： 　　　　　 　　　　　　　　　（1-3） 而对于表面波（瑞利波），其关系可以表示为： 　　 瑞利波： 　　 　　　　　　　　　（1-4） 一般来说，混凝土的动泊松比为0.2～0.25，其不同波速间的比较如下： 表 1-1 混凝土弹性模量测试项目一览表 动泊松比 0.20 1.05 1.02 0.588 1.78 0.25 1.10 1.03 0.581 1.89 需要指出的是，上面得到的是材料在小应变条件下的动弹性模量（），而非静弹性模量。对于钢材这样的均质弹性材料，与非常接近，而对于混凝土这样的非线性材料而言，与之间则有一定的差异。 英国钢筋混凝土结构设计规范BS8110（Part2）中，对于高性能混凝土（GPa）： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　（1-5） 而根据Neville [11]的研究成果，有： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（1-6） 在本系统中，采用了3-6式的计算方法。 由于测试对象和测试位置的不同，在系统中也集成了多种测试方法。主要有： 基于反射特性的测试方法，如冲击回波法； 基于透过特性的测试方法，如单面传播法和双面透过法。 表 12混凝土弹性模量测试项目一览表 方法 测试方案 测试对象 梁、柱构件 冲击回波法 在构件的侧面、内面测试 构件局部的混凝土质量 单面传播法 双面透过法 在构件的两端测试 较大范围的混凝土质量 板构件 冲击回波法 在板的上表面测试 需预先测出板的厚度 单面传播法 试件 冲击回波法 在试件的一端测试 棱形试件、标准试件 弹性模量的验证 1）金属材料的验证 对于钢材等金属材料，其材质均匀，动、静弹性模量之间基本一致（低碳钢的弹性模量在200～210GPa之间，平均为206GPa）。因此，利用对金属材料弹性模量的测定，可以验证我们开发的测试方法和设备。 表2-1和图2-1表示了我们利用不同方法对钢筋弹性模量的测试的结果。 表2-1钢筋弹性模量测试结果（单位：GPa） 钢筋长度(m) 单面反射法 双面透过法(打击) 双面透过法(冲击 测试值 相对误差 测试值 相对误差 测试值 相对误差 0.5 206.6 0.29% 174.4 -15.34% 180.9 -12.18% 1.0 209.1 1.50% 206 0.00% 208.3 1.12% 2.1 207.8 0.87% 207.8 0.87% 206.7 0.34% 3.5 206.5 0.24% 206.1 0.05% 205.8 -0.10% 5.5 205.5 -0.24% 205.2 -0.39% 208.7 1.31% 图2-1钢筋弹性模量测试结果图 可以看出，当钢筋长度较短（如小于1m），由于波的到达时刻的读取误差，使得用透过法测得的误差较大，建议采用单面反射法测试。对于钢筋长度大于1m时，各种测试方法均能够很好的测试，充分说明了本技术测试的可靠性和精度。 此外，我们也对钢柱及钢绞线进行了验证试验。 表