超聲回彈綜合測強法在混凝土結構物中的應用★

盛海洋

(福建船政交通職業學院，福建福州 350007)

1 混凝土結構物強度判定方法

混凝土在交通、建筑、港口、水利等工程中的應用十分廣泛。準確的測定混凝土的真實強度問題是國內外長期研究卻無明確結論的問題。

構件混凝土的強度等級，通常以立方體抗壓試件的抗壓強度來反映，當對某一方面的檢驗內容產生懷疑時，如構件的強度離散型過大、強度不足、振搗不密實或存在其他缺陷時，通常采用無破損方法等進行專項檢驗或荷載試驗來判定，主要判定方法有鉆芯法、回彈法、超聲法、超聲—回彈綜合法和拉拔法等。

1)鉆芯法。鉆芯法檢驗混凝土強度是從混凝土結構物中鉆取芯樣來測定混凝土的抗壓強度，是一種直觀準確的方法。適用性:可作為混凝土強度抗壓強度、均勻性和內部缺陷的指標，適用于檢測10 MPa～80 MPa普通混凝土結構強度，當試塊抗壓強度的測試結果有懷疑或因各種原因發生混凝土質量問題或損害時，以及需檢測經多年使用的建筑結構或構筑物中混凝土強度時。檢測依據:CECS 03∶2007鉆芯法檢測混凝土強度技術規程。

2)回彈法。回彈法是通過回彈儀檢測混凝土表面硬度從而推算出混凝土強度的方法，由于其簡單、靈活，在我國廣泛使用。適用性:應特別注意回彈法不適用于表層與內部質量有明顯差異或內部存在缺陷的混凝土結構或構件的檢測，即當混凝土表面遭受了火災、凍傷、受化學侵蝕或內部有缺陷時，不能直接采用回彈法檢測。檢測依據:JGJ/T 23-2001，J 115-2001回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程。

3)超聲法。超聲法是應用超聲波在內部缺陷界面上的反射特性，以反射波作為判斷缺陷狀態的基本依據。混凝土超聲探傷采用以下四點作為判別缺陷的基本依據。

a．根據低頻超聲在混凝土中遇到缺陷時的繞射現象，按聲時及聲程的變化，判別和計算缺陷的大小。

b．根據超聲波在缺陷界面上產生反射，因而到達接收探頭時能量顯著衰減的現象判斷缺陷的存在及大小。

c．根據超聲脈沖各頻率成分在遇到缺陷時被衰減的程度不同，因而接收頻率明顯降低，或接收波頻譜產生差異，也可判別內部缺陷。

d．根據超聲波在缺陷處的波形轉換和疊加，造成接收波形畸變的現象判別缺陷。以上四點可以單獨運用，也可綜合運用。檢測依據:CECS 21∶2000超聲法檢測混凝土缺陷技術規程。

2 超聲回彈綜合測強法應用

超聲回彈綜合法是指采用超聲儀和回彈儀，在結構混凝土同一測區分別測量聲時值和回彈值，然后利用已建立起來的測強公式推算該測區混凝土強度的一種方法。該方法受混凝土齡期和含水率影響小、測試精度高、適用范圍廣，能夠較全面反映混凝土的實際質量的優點。檢測依據:CECS 02∶2005超聲—回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程。

在我們常用的混凝土無損測強技術中，回彈儀及超聲儀檢測混凝土強度因其應用簡便、精度高、適用范圍廣等特性在現場結構混凝土的無損檢測中得到了廣泛的應用。采用兩種或兩種以上的單一非破損方法聯合測定混凝土強度，可以顯著提高非破損測強的精度。因此，超聲回彈綜合法在工程中得到了廣泛的應用。

目前，國家及部分省份都建立了混凝土超聲回彈法測強曲線，中國工程建設標準化委員會也編制了CECS 02∶2005超聲—回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程。但由于我國地域遼闊，氣候懸殊較大，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各地差異很大，即使是在同一省、市，混凝土原材料(特別是粗、細骨料)性質差異也是顯著的，采用國家統一制訂的測強曲線顯然不如地區測強曲線和專用測強曲線。因此，在混凝土強度檢測計算中，若不分地區采用同一計算公式，顯然是不太合適的，要提高混凝土無損測強的精度，盡快建立適應本地區的混凝土測強曲線是一種非常好的重要的手段。

為提高各地區混凝土的無損測強精度，提高工程質量管理水平，在新驗收規范“驗評分離、強化驗收、完善手段、過程控制”的思想指導下，進一步擴大無損測強技術在各地的應用，在對采用各地方材料所配制的混凝土試塊進行試驗所取得的大量試驗數據進行分析的基礎上，對超聲回彈綜合法檢測混凝土強度試驗數據分別用線性模型、冪函數模型、指數函數模型和對數函數模型進行擬合回歸，并對各回歸模型的精度和誤差進行分析比較，最后確定了最適合本地區的函數模型及強度測量公式，這對提高各地區的無損檢測精度，加強建筑工程質量管理有著現實的實用意義。

3 應用案例

泉州市環城高速公路南安至石井段A7標段起訖樁號為K36+043．424 ～ K42+784．323。線路長度 6．741 km，其中高速公路5．512 km，連接線 1．229 km，工程數量:特大橋 2 079．72 m/座，大橋132m/座，分離式立交中小橋128m/2座;涵洞531．86m/9道、通道142．42 m/3道;M7．5號漿砌片石邊溝、排水溝、截水溝、15 853 m3。總工期為24個月，合同總造價為29 316．585 0萬元。泉州灣跨海大橋A6合同段，起點位于臺商投資區辦公大樓惠南大橋后，起點樁號K36+070，路線穿越山頂下坑西，約于K39+630群力村處設張坂落地互通，后繼續向北穿玉園、坑內、長箱尾、上塘等村莊，終于塔埔樞紐互通與南惠高速相接，終點樁號K44+600．553，總長8．531 km。主要工程數量:互通2處，大中橋510．5 m/2座，分離式立交中小橋214 m/2座;涵洞、通道1 230．8 m/29道。應用方法如下:

1)原材料的選用。

水泥選用本地水泥廠生產普通硅酸鹽水泥，混凝土拌合用水選用福州水廠生產的自來水，粉煤灰選用Ⅰ級灰，黃砂選用閩江砂，細度模數在2．3左右，屬于中砂偏細，碎石選用5 mm～40 mm連續級配的石灰石或河卵石。含泥量等指標合格。外加劑選用JM-9型(萘系)減水劑。

2)試驗參數。

主要參數為混凝土強度、坍落度及齡期。混凝土設計強度主要分為 C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55 及 C60 共11個等級;坍落度分為低(50 mm～70 mm)、中(80 mm～120 mm)及高(160 mm ～200 mm)3 種;齡期分為 7 d，14 d，28 d，28 d(標養)，60 d，90 d，180 d 及365 d，共8 種。

3)試塊制作及養護。

每種坍落度、每一強度等級、每一齡期制作6個150 mm×150 mm×150 mm混凝土試塊，除標準養護試塊外，其他試塊均采用自然養護，脫模后放置于室外，成型后1 d～3 d內澆水養護。試塊的養護條件按照GB/T 50081-2002普通混凝土力學性能試驗方法標準執行，養護室溫度為20℃ ±2℃，濕度為95%以上。試塊澆筑成型后立即搬到養護室里進行養護。

4)試驗儀器。

構件混凝土的強度等級，采用超聲波檢測儀(瑞士)TICO(EP-09550)和數顯式混凝土回彈儀(瑞士)DIGI-SCHMIDT2000(EP-09540C)超聲回彈綜合法現場測試數據。

5)試驗過程。

試驗時，首先對試件兩個相對的(平行的)側面進行回彈值測定，每一側面的測點為8個。然后，在另一對側面上進行超聲速的測量，測量時用凡士林作耦合劑。最后對試塊進行抗壓強度測定(以每秒(6±4)kN連續均勻進行加荷載，直至試塊破壞為止，計算抗壓強度值)，從而建立一組相對應的強度、回彈值、超聲速的關系。比較對測法與平測法差異與精度。

6)數據分析回歸出超聲—回彈綜合測強(對測、平測)關系曲線，并進行實際工程驗證。建立平測法超聲—回彈綜合測強法關系曲線，以對大型混凝土結構物法采用對測法檢測強度時，采用平測法進行強度檢測;建立高強度超聲—回彈綜合測強法關系曲線，可對50 MPa以上的高強度混凝土結構物進行現場測試和評價。

4 結語

隨著高速公路建設的高速發展，新工藝、新技術在橋梁設計施工中得到廣泛使用，水泥混凝土結構向大型化、復雜化，水泥混凝土向高強、大流動度方向發展，開展對石料品種、砂率、鋼筋、養護條件等各種因素對測試精度影響的研究，對測試方法的研究，對高強混凝土測試的研究等，通過建立一條滿足檢測精度要求、應用范圍廣、操作方便的超聲—回彈綜合測強(對測與平測)曲線，以便提高檢測精度，使超聲—回彈綜合測強方法得到更加成熟的應用，有著重要的理論和實際意義。

［1］CECS 02∶2005，超聲—回彈綜合法檢測混凝土強度技術規程［S］．

［2］CECS 03∶2007，鉆芯法檢測混凝土強度技術規程［S］．

［3］JGJ/T 23-2001，J 115-2001，回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程［S］．

［4］CECS 21∶2000，超聲法檢測混凝土缺陷技術規程［S］．

［5］周永厚，高 峰．混凝土無損檢測技術［M］．北京:中國建材出版社，1996．

［6］魏志卿，徐建忠．采用超聲回彈綜合法檢測混凝土構件強度［J］．國外建材科技，2005，26(6):9-11．

［7］吳慧敏．結構混凝土現場檢測新技術——混凝土非破損檢測［M］．長沙:湖南大學出版社，1998．

［8］侯寶隆，蔣之峰．混凝土非破損檢測［M］．北京:地震出版社，1992．

［9］余紅發．混凝土非破損測強技術研究［M］．北京:中國建材工業出版社，1999．

［10］曹 荻，江立生．超聲回彈綜合法測強曲線的建立［J］．華東公路，2001(2):21-23．