超聲回彈綜合法測定長齡期混凝土強度探討

摘要：混凝土質量對于整個工程的質量至關重要，通常會以標養試塊的立方體抗壓強度來判斷結構混凝土強度，而試塊強度由于是間接測定值有些情況下并不具有代表性，對于一些重要構件則需要取芯等更具有代表性的檢測方法，但鉆芯法等破壞了結構。超聲回彈綜合法屬無損檢測對于檢測長齡期混凝土及重要構件等具有自身特定的優勢。

關鍵詞：超聲波；回彈法；混凝土強度；工程質量；試塊強度；長齡期混凝土 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU528 文章編號：1009-2374（2017）10-0166-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.083

工程中，混凝土無疑是用量最大、適用范圍最廣并且技術不斷在發展的重要材料。混凝土的質量直接關系到施工工程質量，因而對混凝土的質量控制是工程質量控制的重要一環。混凝土的質量一般是以標養試塊立方體抗壓強度為標準計算和判定的，而立方體標養試塊畢竟屬于間接測量，在復雜的工地施工環境中并不能完全代表實際情況，《混凝土強度檢驗標準》規定，在對混凝土立方體標養試塊的強度代表性存在疑問時，可采取鉆芯法鉆取芯樣進行測試。

對于重要構件或者工程重要部位，取芯法會破壞結構或影響混凝土結構外觀，這時采取非破壞性檢測即無損檢測法檢測就有較大的便利性。普通測強曲線一般不適用于長齡期混凝土的檢測，而長齡期混凝土的檢測涉及到安全復核等問題，因而對于長齡期混凝土強度檢測方法的研究顯得較為重要。超聲回彈法屬于無損檢測法，用于檢測長齡期混凝土具有可行性。

1 超聲回彈法概念

超聲回彈綜合法通過分析回彈值和超聲聲時聲速等參數，綜合判定混凝土的質量，回彈值輸入超聲波檢測儀器，作為參數同時互為判定參考，為提高準確度因而具有單一回彈法和單一超聲波法不具備的優勢，數據更為準確。

2 回彈法檢測

回彈法原理是通過彈簧驅動的彈擊桿使重錘彈擊混凝土表面，測出回彈值。該方法屬于表面硬度法的一種。在回彈法中，由于混凝土的塑性變形及檢測過程中的自身振動，回彈儀會產生一定程度的能量損失。還有回彈儀自身內部的摩擦等消耗的能量損失。回彈儀在使用前應進行標定。

通過建立測強曲線方程式可以得出混凝土強度值。在回彈法檢測過程中需要考慮到混凝土表面碳化作用導致的誤差值。碳化作用會造成的混凝土表面硬度增大，而實際強度并沒有提高。研究表明，混凝土的碳化深度測值能在一定程度上體現構造物齡期及環境影響。

3 超聲波法檢測

混凝土超聲波檢測主要通過觀察聲波在混凝土中的傳播速度來判定混凝土強度。通過換能器將電能轉化為超聲波，在構筑物表面選擇較為平整的測試面，在換能器上涂抹黃油作為耦合劑，根據所選測試面的不同可分別進行對測和角測，一般情況下，混凝土構件強度越大聲速越高，聲時越小。聲波在混凝土中的傳播速度同樣與混凝土的彈性變形等因素有關，混凝土內部結構及材料構成也會導致聲波的傳播影響。混凝土結構越是致密，其聲速也越高。通過建立混凝土回彈值和超聲波檢測聲波傳播速度值與混凝土抗壓強度之間的關系曲線。將聲速值與回彈值綜合參考，可顯著降低各項因素對混凝土強度測定值的影響，從而提高檢測結果精度。

4 超聲回彈綜合法

使用超聲回彈綜合法檢測需要首先測出測區回彈值，測試前盡可能選擇干凈平整的測試面，回彈儀使用前需要進行鋼砧率定。測試時應將回彈儀垂直于待測混凝土面，這樣得出的結果可以不經修正直接使用。如測試時回彈儀在非垂直狀態下檢測，則得出的回彈值需要參數修正。超聲聲速值的測量與計算，超聲波檢測儀需符合相關檢測技術要求并經過比對驗證。超聲測點應布置應與回彈測區一致。檢測過程中應采用凡士林、油泥等作為耦合劑，根據測區情況采用對測或角測。測試中換能器應保持同一軸線。測試后取聲時平均值，與檢測距離計算可得到聲速測定值。

5 檢測主要影響因素

5.1 水化作用影響

超聲法是基于超聲脈穿透全斷面混凝土來反映待檢混凝土質量，混凝土各參數對于超聲波在傳播速度有較大影響，且越是致密混凝土和彈性模量較高混凝土其傳播速度越快。混凝土的強度形成主要依靠水泥的水化作用，在早期強度之后由于水化作用的繼續進行，混凝土在強度繼續增長的過程中可能會導致在同一聲速測定值下，長齡期的混凝土強度高出一般齡期的混凝土。

5.2 混凝土含水率的影響

由于聲波在水中的傳播速度遠遠快于在空氣中的傳播速度，水泥混凝土在硬化和強度形成過程中會在內部產生許多縫隙和自由水。在試驗中發現，隨著含水量的提高，聲速值偏大對于強度的實際影響較大，導致測出的強度值大于混凝土實際強度。

5.3 混凝土碳化深度的影響

水泥在水化作用中產生游離氧化鈣，會導致混凝土表面硬化，而游離氧化鈣在二氧化碳作用下反應生成碳酸鈣，即產生碳化。該過程中，水泥品種、用量、水灰比等都會有影響。回彈值測定得出的為混凝土表面硬度，混凝土表面硬度在相當程度上受到水泥砂漿強度影響。其與粗骨料和砂漿之間的粘結力以及混凝土結構內部性能關系反而并不特別明顯。碳化深度對回彈法測定值的影響十分明顯，碳化后的混凝土表面硬度常常導致誤認為是混凝土自身強度較高，從而影響判別。并且碳化深度的不同對回彈值的影響也不完全一樣，同一碳化深度對不同強度等級的混凝土回彈值測定的影響也存在不一致因素。

國家統一測強曲線中與強度相關的物理參量只有回彈值和聲速值，沒有把碳化深度作為相關物理參量。在fi一～vR關系中部分抵消了回彈值上升所造成的影響結果。因此，一般認為碳化主要是對回彈值產生影響故而導致并不對碳化深度進行修正。而由于碳化深度較大的混凝土一般其含水量也會相應降低，從而導致測定聲速下降。

5.4 混凝土組成材料影響

對于混凝土使用的水泥主要受所用水泥的比重和強度發展規律影響，對于混凝土骨料，采用碎石和采用卵石應各自分別建立測強曲線。另外，混凝土外加劑、試驗現場所選構件測試面、混凝土成型及養護工藝等都對其有一定影響。

6 專用測強曲線的建立

首先制件，并進行標準養護28天。再將養護好的試塊烘干并放入碳化箱進行加速碳化。測試試塊做好后使用經過標定和調試的回彈儀和超聲波檢測儀分別進行回彈值測定和超聲時聲速值測定并測試碳化深度。測試完畢后使用壓力機進行抗壓強度試驗并記錄數據。

所有數據計算出來后，可分析各項數據的互相關聯關系。對于本實驗需求的專用測強曲線，可使用非線性回歸模型，使用二元線性回歸分析得出長齡期混凝土專用測強曲線。建立曲線是一項十分復雜的工作，涉及大量的試驗數據和需要大量的計算。在工作中應盡可能利用計算機編程及表格數據功能，可極大減小工作量并增加數據可靠性。

7 結語

在現場檢測中，檢測人員往往是利用早期的數據參數對長齡期混凝土進行安全復核，其實對于長齡期混凝土應盡可能考慮現場實際情況通過實際強度測定來綜合判定。超聲回彈綜合法擁有檢測便利、數據準確等實際優點，對于較大數量或者較大面積的長齡期混凝土檢測較為適用。需要注意的是，超聲回彈綜合法對于大多數情況下的混凝土檢測都可適用，但是特殊情況下則不一定適用，如高溫情況下或者過火后的混凝土結構、低溫情況下的混凝土結構等。這些情況下的混凝土檢測如適用超聲回彈綜合法則必須建立專門的專用測強曲線。

參考文獻

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作者簡介：王嘉康（1992-），男，江蘇無錫人，供職于蘇交科集團股份有限公司，研究方向：工程檢測。

（責任編輯：小 燕）