高精度CA砂浆超声传播时间测量装置试验方法

1. 主要仪具和设备

• 试验容器：由不锈钢制成，顶部有盖， 250mm×200mm×120mm。底部有高5±0.1mm的三角垫条，试件与试验容器侧壁之间的空隙约为（30±20）mm。。
• 冻融试验机：每小时zui大可升/降温度不小于10℃，运转时冻融箱内各点之间的zui大温差不得超过1℃试件冻融温度+20℃～-20℃，温度循环控制如图H.1所示。

图H.1  温度循环控制制度

• 超声洗浴设备：功率250W，频率35kHz。
• 超声波测试仪：频率范围在10kHz～100kHz之间。
• 超声传播时间测量装置：有机玻璃制成，超声传感器安置在该装置两侧相对的位置上，离测试面35mm。
• 烘箱：温度能恒定在110±5℃。
• 天平：量程10kg，分度值0.1g 。

1. 试件成型、养护、准备

• 在边长150mm的立方体模具中间垂直插入一片PTFE片（Teflon材料，PTFE片尺寸约为150mm×150mm×2mm），使试模均分为两部分，也可以将PTFE片垂直插入试模的两侧。
• 将砂浆注入试模内，试件的养护同附录I。
• 7d后，将试件切割成110mm高（将成型面切除）。如PTFE片位于试模两侧，从中再将试件切割。每块试件切割成150×110×70 mm试件2块。
• 每组试件的数量不小于5个。

1. 试验步骤

• 在规定的试验龄期前2～4d，称取试件初始质量（W₀），用硅橡胶或树脂密封试件的4个侧面，测试面（贴PTFE片面）及对应面不密封。
• 规定的试验龄期到达后，将试件放置于试验容器中，测试面向下。向容器中加水，使试件浸水高度为10±1mm，盖上试验容器的盖子，进行试件饱水，饱水时间为7d，环境温度为20±2℃。饱水期间应始终保持水面高度满足要求。
• 试件饱水完成后，进行试件的超声传播时间初始值t_cs测试，至0.1μs。
• 将称重、测试后的试件放入试验容器中，测试面向下。按步骤（b）进行水面调整。将装有试件的试验容器放置在冻融试验箱的托架上。
• 试件每隔4次循环做一次试件剥落量、试件吸水量和超声传播时间。
  • 将试验容器从冻融试验箱中取出，放置于超声浴中，试件试验面朝下，超声浴3min。
  • 将试件取出，用湿毛巾将试件侧面和上表面的水擦干净，称量试件的质量W_n，至0.1g。
  • 将超声洗浴剥落物收集，用滤纸过滤。过滤前先称量滤纸的重量μ_f。将过滤后含有全部剥落物的滤纸置于110℃±5℃的烘箱中烘干、冷却后称取滤纸和剥落物的总重量μ_b，称量至0.1g。
  • 超声传播时间测试：将试件置于不锈钢盘上一起放置在超声波测量装置中，测试面向下，一起放入超声传播时间测量装置中（见图H.2）。加入水作为耦合剂，水面高于探头中心10mm。打开超声波测试仪，选择合适频率，进行超声传播时间测试。测试过程中，应始终保持试件和耦合剂的温度在20±5℃。
  • 冻融达到以下几种情况之一即可停止试验：
    • 已达到56次循环；
    • 相对动弹模量下降到60%以下；
    • 剥落量达2000g/m²。

注：  l_t ――全部超声传播路径的总长；l_s ――试件超声传播路径的总长；

l_c1+c2 ――耦合剂中超声传播的长度。

1－试件；2－超声探头；3－密封层；4－不锈钢盘；5－试验容器；6－试验表面；

7－试验溶液；8－超声传播

图H.2  CA砂浆超声传播时间测量装置

1. 结果与计算

• 剥落量μ_s

μ_s＝μ_b－μ_f

式中：?μ_s  — 剥落物的质量，至0.01g；

?μ_f  — 滤纸的质量，至0.01g；

μ_b  — 干燥后滤纸+剥落物的总质量，到0.01g。

n次循环后，每个试件单位面积上的剥落量m_n按下式计算（至1g/m²）：

式中：   m_n — n次循环后，每个试件单位测试面上的总剥落量，g/m²；

μ _s — 每次测试时得到的试件剥落量，g，至0.01g；

A — 试件试验面面积，mm²；

取5个试件单位面积上的剥落量的平均值作为每组试件单位面积上的剥落量，至1g/m²。

• 相对动弹模量

超声波在耦合剂中的传播时间t_c按下式计算：

t_c＝l_c/v_c

式中     l_c   — 耦合剂中超声波传播的长度 ，mm；

             v_c  — 超声波在耦合剂中传播的速度；

             t_c  — 超声波在耦合剂中的传播时间，μs。

经n次冻融循环后，试件的超声相对动弹模量R_u，n按下式计算：

R_u，n＝τ_n²×100%

τ_n=(t_cs－t_c) / (t_n－t_c)

式中：   τ_n  — 试件的超声相对传播时间；

          n  — 冻融循环的次数；

          t_cs  — 超声传播时间初始值，μs；

 t_n   — 经n次循环后超声波的传播时间，μs。

取5个试件的平均值作为每组试件的超声相对动弹模量，计算至1%。