无损预测混凝土强度的三参数法(李晓琪).doc

预测混凝土强度三参数模型应用探索 摘 要：本文在超声回弹两参数法的基础上，提出加入混凝土强度等级的超声-回弹-强度等级三参数法，并参照CECS02:2005规程用最小二乘法建立测强曲线，验证结果证明三参数模型相对于规程推荐方法显著的提高了预测精度，由原来的16%提高到13%左右，大大提高了无损检测的预测精度，并且满足了规程规定的地区曲线相对误差不大于14%的要求，可以应用到工程实践中，值得推广。 关键词：超声回弹；混凝土强度；预测；精度 随着近年来经济刺激计划的开展，国家大力开展交通工程和建筑工程建设项目，质量监督部门的工作面临严峻的挑战，不论交通工程还是建筑工程，混凝土质量好坏是其质量优劣的核心问题，而评价混凝土质量好坏的重要指标就是混凝土抗压强度。交通部《公路工程质量鉴定办法》中要求用回弹仪、超声波对桥隧工程砼强度进行检测。无损检测法操作简便，成本低，周期短，精度虽然不及钻芯法，但综合考虑经济、对结构影响等因素，无损检测法是最适合工程质量监督的混凝土强度检测法。 实验概况 本文采用的数据为利用本地区常用水泥及其最佳配合比制作的2658个试件数据中的2489个有效数据。材料共计：水泥15种，碎石22种，砂18种，外加剂1种。 实验试件采用150×150mm标准试件，钢模振动成型[1] ，六块试件为一组，强度等级从C20至C50，各地强度等级分级略有不同，每个强度等级分别制作龄期为7d、14d、28d、60d、90d、180d的试件各一组，共443组2658块试件，全部试件采取28天标准养生（龄期小于28d标准养生至所需龄期）。试件制备完毕后处理干净表面，然后按规程的规定进行超声声速、回弹值和抗压强度值的测量，记录实验数据并录入规程规定的标准表格内，汇总后等待进一步处理。  图一 钢模 图二 试件 实验数据及处理 取得全部试件数据后，根据规程规定处理数据： 计算声速值——利用距离除以时间分别计算试件上3个点的声速值，取3个声速值的平均值为其声速代表值，精确至0.01km/s； 计算回弹值——首先去掉16个回弹值中的三个最大值和三个最小值，取余下10个值的平均值为回弹代表值，精确至0.1； 计算抗压强度值——压力机读数一般为压力大小，即N，将读数除以压力机与试件的接触面积（一般是22.5），得出实测抗压强度值，单位为Mpa[1] 。 测点布置如图：  图三 超声回弹测点示意图 数据经过初步处理后还应剔除数据中的异常值，本文采用《GB 4883-85数据的统计处理和解释正态样本异常值的判断和处理》推荐的几种方法中最适合本课题数据的格拉布斯检测（以下简称G检测）和CECS02:2005规程相关规定检测异常数据和异常组。首先检查数据是否满足规程要求，然后利用G检测，G检测检出水平采用95%，剔除水平采用99%；检查过程中，通过3D散点图发现部分数据声速异常，均大于6000，在声速值轴上与大部分数据距离很大，经验上也可以判断这部分数据有异常，因为无法确认原因，最终予以剔除，这部分数据如下图所示：  图四 数据3D散点图 注：v为声速值（m/s），R为回弹值，Fcu为实测抗压强度值，图中所示第996点声速值为5870m/s 经过3项检测共剔除169个数据，剩下2489个数据，首先采用规程规定模型建立测强曲线: 用最小二乘法回归求得、、三个参数值，具体求解利用excel软件linest工具进行，得出如下测强曲线： 同时求得相对误差： =16.005% 相关系数： =0.877 显然,按规程方法得出的测强曲线相对误差远高于规程规定的地区曲线相对误差不得大于14%的要求，规程方法无法利用现有数据建立测强曲线,这在以往文献中没有类似情况,规程也没有这种情况的处理方法,因此需要进一步研究来解决这个问题。 三参数模型的提出和测强曲线的建立 模型的提出 通过做数据的3D散点图（图四），发现试件的回弹值、声速值和实测抗压强度值并没有特别的联系，如向线或者面集中，没有构成规则的平面或立体几何图形，因此，规程给出的模型是最适合这种数据特征的计算模。另外，我们还试着用神经网络预测混凝土的抗压强度，相对误差达到15.8%左右，也不满足规程要求。因此，可以得出，计算模型不是回归出的测强曲线精度不高的主要原因。 受到综合法提出者罗马尼亚人福格瓦罗的启发，我们拟在超声回弹两参数基础上增加1到2个参数，提出一个三或四参数法来提高测强曲线的预测精度。这些参数必须具有以下特点： 容易获取 这些参数需要容易获取，最好不必重新制作试件即可获取。 便于推广 这些参数不仅应该在实验过程中容易取得，并且在实际应用中也应该方便检测人员获取。 方便量化 就是可以清楚明确的数字化，像回弹值一