安徽省公路工程超聲回彈綜合法測強曲線的建立初步研究

袁 斌 汪遠波（安徽省公路工程檢測中心，安徽 合肥230022）

1 背景及意義

混凝土的強度就是指混凝土抵抗破壞的能力，其值為在一定的受力狀態(tài)和工作條件下，混凝土所能承受的最大應(yīng)力，通常采用規(guī)定的條件制作養(yǎng)護的試塊，并按標準試驗獲得混凝土強度，但是對于已經(jīng)投入使用的結(jié)構(gòu)物，無法采用試塊試驗獲得混凝土強度，要反映結(jié)構(gòu)混凝土的真實質(zhì)量，就必須對結(jié)構(gòu)鉆取芯樣或采用非破損的檢驗方法來對結(jié)構(gòu)混凝土進行檢測。相比取芯樣方法，無損檢測方法具有快速、簡便、基本無損傷等特點，被廣大檢測部門采用[1]?；炷翢o損檢測技術(shù)就是以某些物理量與混凝土標準強度之間的相關(guān)性為基本依據(jù)，在不破壞混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用性能的情況下，利用聲、光、熱、電、磁和射線等方法，在不破壞混凝土結(jié)構(gòu)的前提下，按相關(guān)關(guān)系推算出混凝土的特征強度、缺陷等的測試技術(shù)。

混凝土強度的檢測基礎(chǔ)為測強曲線，目前我國全國及部分省市建立測強曲線，如中國工程建設(shè)標準化委員會編制的《超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程》。但由于我國地域遼闊，氣候懸殊，混凝土材料品種繁多，工程分散，施工條件和水平不一，組成混凝土的原材料性質(zhì)各地差異很大，即使是在同一省市混凝土原材料性質(zhì)差異也是顯著的。因此，目前檢測常用的國家統(tǒng)一制訂的測強曲線的精度顯然不如地區(qū)測強曲線和專用測強曲線高，在混凝土強度檢測計算中，若不分地區(qū)采用同一公式，顯然是不太合適的。另外，據(jù)有關(guān)資料顯示，我國制訂的回彈法檢測混凝土抗壓強度統(tǒng)一曲線采用了全國12 個省、市、區(qū)共2000 余組基本數(shù)據(jù)，但只有一半的數(shù)據(jù)誤差在40%以內(nèi)。因此，要提高混凝土無損測強的精度，必須建立適應(yīng)本地區(qū)的混凝土測強曲線。

目前我國常用的混凝土無損測強技術(shù)通常采用回彈儀、超聲儀以及超聲儀和回彈儀聯(lián)合測試，依據(jù)的測強曲線分別稱為回彈測強曲線、超聲曲線和超聲回彈曲線，本研究就是立足安徽省公路工程特點，結(jié)合安徽實際情況，研究安徽省公路工程的回彈測強曲線和超聲回彈測強曲線，以獲得精度較高、適用性較廣的安徽省公路工程測強曲線。

2 影響因素分析

超聲回彈綜合法影響因素，從國內(nèi)外研究結(jié)果綜合分析可知，回彈法、超聲回彈綜合法測試混凝土強度，原材料、成型工藝影響程度較小。配合比對超聲回彈測強兩種方法有一定的影響，目前對此影響機理仍在繼續(xù)研究。對于養(yǎng)護方法、齡期、碳化深度、含水率、測試面、鋼筋等因素，對回彈法、超聲回彈綜合法測強都有影響[2]，其中粗骨料、養(yǎng)護方法影響較為顯著[3]，對于回彈法，碳化深度的影響往往表現(xiàn)為齡期的影響。

根據(jù)公路建設(shè)的實際需要，結(jié)合自身工作的特點，針對目前國內(nèi)測強曲線精度不高的問題，開展了“安徽省公路工程超聲回彈測強曲線研究”。研究課題結(jié)合國內(nèi)外研究成果，對回彈法、超聲回彈法測強影響因素的綜合分析，研究課題所考慮的因素及強度等級見表1。

表1 回彈法、超聲回彈法試塊制作技術(shù)要求

試件制作之前，對使用的混凝土原材料的種類、規(guī)格、產(chǎn)地及質(zhì)量情況進行了調(diào)查分析，對原材料的性能進行了檢驗，符合規(guī)范要求原材料，方可用于制作試件。江南片區(qū)的水泥一般采用寧國水泥廠產(chǎn)的“海螺”水泥，江淮片區(qū)采用巢湖水泥廠產(chǎn)的“東關(guān)”牌水泥，淮北片區(qū)采用徐州水泥廠生產(chǎn)的水泥。試驗采用的水泥為普通硅酸鹽水泥。制作試件的骨料采用連續(xù)級配。養(yǎng)護方式脫模后先灑水保濕養(yǎng)護7 天，再轉(zhuǎn)到自然條件下養(yǎng)護至測試齡期。

混凝土試塊的強度等級分C15、C20、C30、C40、C50 五種[4]。每種強度等級的混凝土采用了最佳配合比或常用配合比進行配制。為了保證每次測試冗余，每次測試試塊數(shù)為7 塊。由于C50 混凝土不采用減水劑進行配制比較困難，一般工程中均采用添加減水劑進行配制，有的工程C40 也采用添加減水劑，根據(jù)研究結(jié)果實用性考慮，每個片區(qū)C40、C50 均應(yīng)進行添加減水劑和不加減水劑進行試驗。因此3 個片區(qū)在C50 強度等級進行添加減水劑和不加減水劑的對比研究，則每個片區(qū)的混凝土試件的數(shù)量為6×7×7=294塊，C15-C40 每個強度等級為49 塊，C50 強度等級為98 塊。

安徽省江南、江淮、淮北三片區(qū)使用的超聲儀和回彈儀為統(tǒng)一型號，統(tǒng)一進行了標定，并規(guī)范統(tǒng)一了使用方法，儀器的各項性能符合有關(guān)要求。試驗中的所有的強度等級混凝土均采用中型回彈儀進行測試，對于低強度和高強度對回彈儀測試方法精度影響單獨作了子題研究。

研究共進行了3 個片區(qū)的5 個強度等級7 個齡期的混凝土回彈、超聲特征，通過測取不同強度等級、不同齡期的混凝土強度，建立安徽省回彈測強和超聲回彈測強曲線。

3 結(jié)論

通過研究建立安徽省公路工程混凝土回彈測強曲線及超聲回彈綜合法測強曲線，具體曲線分別為：

通過研究，得到以下主要結(jié)論：

1）回彈值、超聲聲速與抗壓強度相關(guān)性較好，獲得的試件回彈值、超聲聲速、抗壓強度值的范圍3 個片區(qū)基本相同，其中淮北地區(qū)的超聲聲速值的標準差較江淮片區(qū)和江南片區(qū)大；江淮片區(qū)的抗壓強度值的標準差較另外兩個地區(qū)大一些。

2）超聲、回彈、抗壓強度間因素分析表明，強度等級及齡期對回彈值、抗壓強度值具有顯著影響，但對于超聲聲速，強度等級及齡期影響不顯著。

3）回彈曲線、超聲回彈曲線平均相對誤差分別為11.67%、11.68%；相對標準差為13.60%、13.75%，非常接近；均遠低于國家曲線誤差水平，同時滿足地區(qū)回彈曲線平均相對誤差不小于14.0%、相對標準差不大于17.0%[5]，超聲回彈曲線相對標準差不大于14.0%的要求。

4）不摻加外加劑的混凝土的回彈和超聲與強度關(guān)系較摻加外加劑的相關(guān)性顯著。隨著強度等級提高，則相關(guān)性也隨之降低，回歸精度下降。采用超聲和回彈兩個因素，則不同齡期及不同強度等級間均與強度表現(xiàn)出較好相關(guān)性。

5）不同齡期間的回彈與強度間相關(guān)性較為顯著，但是超聲與強度相關(guān)性不是顯著。隨著齡期增長，則相關(guān)性也隨之降低，回歸精度下降。采用超聲和回彈兩個因素，則不同齡期及不同強度等級間均與強度表現(xiàn)出較好相關(guān)性。

6）通過不同測試面的回彈數(shù)據(jù)進行分析可知，側(cè)面回彈與底面回彈、頂面回彈之間具有較好的相關(guān)關(guān)系；通過測量碳化深度，進行碳化深度的因素影響分析，并建立了考慮碳化深度的線性模型和二元冪指數(shù)復合模型。

4 拓展深化建議

雖然安徽省公路工程檢測超聲回彈曲線研究達到預(yù)期的目標，能夠很好地服務(wù)于工程建設(shè)，但通過研究總結(jié)，今后在許多方面可以再進一步拓展深化，主要有以下幾個方面：

1）研究采用是室內(nèi)成型的標樣混凝土試塊，由于成型及養(yǎng)生差異，室內(nèi)試件和現(xiàn)場試件存在較大的差異，如果采用現(xiàn)場混凝土試塊實施完善側(cè)強曲線研究，就能更好體現(xiàn)現(xiàn)場試件制作和成型的特點，更好的預(yù)測實際強度值，進一步提高檢測精度。

2）研究發(fā)現(xiàn)摻加了外加劑的混凝土回彈、超聲與抗壓強度表現(xiàn)出不同的規(guī)律特性，目前工程實體基本上大部分采用了摻加外加劑，針對這種情況應(yīng)結(jié)合目前外加劑使用情況，今后將進一步開展不同外加劑使用的試驗設(shè)計研究。

3）研究由于時間較緊，進行強度驗證的試塊有限，結(jié)合研究軟件自學習功能，進一步研究采集大量試塊進行強度驗證和曲線不斷修正完善的工作。

4）人工智能模型采用了兩、兩片區(qū)綜合的進行分析，其混凝土配合比顯得較為單一，今后，將結(jié)合實際配合比深化模型與驗證工作，擴大使用范圍。

[1]于玲,孟繁嵩.超聲回彈法檢測混凝土強度的影響因素分析[J].北方交通，2010（9）.54-56.

[2]崔士起，孔旭文，石磊.山東省超聲回彈綜合法檢測混凝土強度地區(qū)曲線試驗研究 [M].北京：中國土木工程學會，1990.230-236.

[3]姜文飛.超聲回彈綜合法測強曲線的建立[J].科技資訊，2011(24).99.

[4]CECS02:2005.超聲回彈綜合法檢測混凝土強度技術(shù)規(guī)程。北京：中國建筑工業(yè)出版社出版發(fā)行.2005.11.

[5]JGJ/T23-2011.回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程.北京：中國建筑工業(yè)出版社出版發(fā)行.2011.7.