對(duì)超聲回彈綜合法檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度的分析

范 飛 王英子 曾蓉均

（中冶建筑研究總院有限公司，北京 100088）

1 超聲波回彈綜合法的檢測(cè)原理

這種方法屬于無(wú)損檢測(cè)方法的一種，為保證檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，通常情況下，會(huì)應(yīng)用兩種及以上的技術(shù)，同時(shí)完成混凝土抗壓強(qiáng)度與其他物理量之間關(guān)系的建立，并利用所獲得的擬合曲線(xiàn)對(duì)混凝土強(qiáng)度加以判定。在檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)應(yīng)用回彈法會(huì)得到回彈值，然后，借助超聲波設(shè)備在混凝土內(nèi)部發(fā)射超聲波，依據(jù)超聲波的傳播時(shí)長(zhǎng)，準(zhǔn)確計(jì)算超聲波的速度，將回彈值和聲速值作為基礎(chǔ)，得到與混凝土強(qiáng)度相關(guān)的擬合曲線(xiàn)，依據(jù)擬合曲線(xiàn)，即可分析混凝土的強(qiáng)度。在上述指標(biāo)中，混凝土內(nèi)部密實(shí)程度與聲速值相關(guān)。簡(jiǎn)言之，就是混凝土內(nèi)部密實(shí)程度越高，聲速值越小，反之則亦然。

2 超聲回彈綜合法檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度分析

某橋梁工程位于我國(guó)南方某省區(qū)，由于該地區(qū)地殼運(yùn)動(dòng)頻繁，故容易發(fā)生地震，對(duì)橋梁工程混凝土強(qiáng)度的要求十分嚴(yán)格。為此，在工程驗(yàn)收階段，業(yè)主方和檢測(cè)部門(mén)應(yīng)用超聲波回彈綜合法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)。本文依據(jù)檢測(cè)實(shí)例，對(duì)影響因素、注意事項(xiàng)和應(yīng)用流程進(jìn)行了分析。

2.1 影響檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的因素

（1）粗骨料和細(xì)骨料的影響。超聲波回彈綜合法檢測(cè)結(jié)果會(huì)受到粗骨料和細(xì)骨料的影響，且這種影響較為明顯，具體超聲波的速度會(huì)隨著骨料粒徑的增加而加快。研究結(jié)果表明，以鵝卵石為骨料的混凝土，其強(qiáng)度與碎石混凝土相比偏高，幅度高達(dá)25%以上；細(xì)骨料和砂對(duì)超聲波速度的影響偏弱；砂率過(guò)大或過(guò)小，其范圍會(huì)超過(guò)常用范圍。（2）碳化深度的影響。通過(guò)查閱資料得知，碳化深度越高，混凝土推測(cè)強(qiáng)度就會(huì)高出實(shí)際強(qiáng)度，每增加1mm，推測(cè)強(qiáng)度的增幅為0.6%。（3）水泥用量和品種。如果水泥用量合理，則綜合曲線(xiàn)不會(huì)受到影響，但水泥用量超標(biāo)或不足，原有綜合曲線(xiàn)就無(wú)法適用，需要重新制定。研究結(jié)果表明，水泥品種對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響微乎其微。（4）外加劑影響。在早期外加劑的效應(yīng)會(huì)得到充分發(fā)揮，這種效應(yīng)在早齡期為3～5d的混凝土中表現(xiàn)尤為明顯，由于超聲波回彈綜合法適用于14～1000d齡期的混凝土檢測(cè)，故外加劑產(chǎn)生的影響較小。（5）測(cè)試面影響。在進(jìn)行橋梁工程混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)，檢測(cè)結(jié)果會(huì)被浮漿、水離析等因素影響，在實(shí)際測(cè)量階段需要使用修正系數(shù)。

2.2 注意事項(xiàng)

在應(yīng)用該方法檢測(cè)橋梁工程混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)，需要關(guān)注以下事項(xiàng)：（1）該方法僅適用于齡期不超過(guò)1000d且抗壓強(qiáng)度小于60 MPa的混凝土結(jié)構(gòu)。如果混凝土齡期超過(guò)1000d或內(nèi)部存在缺陷，則無(wú)法保障檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。（2）在檢測(cè)過(guò)程中，準(zhǔn)備一臺(tái)備用設(shè)備，以備在設(shè)備出現(xiàn)異常后，應(yīng)用備用設(shè)備重新檢測(cè)，這種措施是保障測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的有效方式。（3）兩端大、中間小是柱子的受力特點(diǎn)，在選擇檢測(cè)區(qū)域時(shí)，應(yīng)對(duì)這一特點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，并依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，合理選擇檢測(cè)區(qū)域，盡量包含構(gòu)件的全部區(qū)域，具體表現(xiàn)為覆蓋薄弱和受力部位。實(shí)際檢測(cè)中，部分檢測(cè)人員在檢測(cè)階段出于便捷性的考慮，在選擇檢測(cè)區(qū)域時(shí)較為隨意，導(dǎo)致所選區(qū)域過(guò)于集中，所得到的回彈結(jié)果也無(wú)法充分反映混凝土的抗壓強(qiáng)度，使檢測(cè)效果大打折扣。（4）回彈儀操作是一項(xiàng)技術(shù)性非常強(qiáng)的工作，對(duì)操作人員的技術(shù)能力提出了嚴(yán)格要求。部分操作人員在具體操作階段，無(wú)法保證回彈儀軸線(xiàn)和檢測(cè)面的垂直度，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差。在進(jìn)行側(cè)面和表面檢測(cè)過(guò)程中，部分操作人員還會(huì)向檢測(cè)面大力投擲回彈儀，致使回彈儀因受力嚴(yán)重而損壞，將回彈儀貼近檢測(cè)面增加壓力使其下滑，在顯示數(shù)值后應(yīng)及時(shí)復(fù)位，以保護(hù)回彈儀的安全。（5）在混凝土制作階段，二氧化碳會(huì)對(duì)混凝土質(zhì)量造成不利影響，導(dǎo)致材料表面出現(xiàn)二氧化鈣，其硬度非常高，在這種情況下，回彈值必然會(huì)加大，難以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。建議檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)異常情況后，對(duì)碳化深度加以調(diào)整，這是檢測(cè)精度的有效途徑?？紤]到混凝土碳化深度是判斷混凝土檢測(cè)曲線(xiàn)的重要依據(jù)，故混凝土判斷結(jié)果會(huì)被碳化深度所影響。檢測(cè)人員應(yīng)分析粉飾裝修面，在測(cè)試階段，如果碳化深度變?yōu)榧t色，證明碳化深度為0。（6）測(cè)量區(qū)域不能選擇兩個(gè)模板的中間位置，是因?yàn)樵诨炷林苽溥^(guò)程中，漏漿現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生，局部水灰比的幅度會(huì)縮小，氣孔數(shù)量也同時(shí)減少，強(qiáng)度與之相反。遇到這類(lèi)情況時(shí)，沖擊鉆打孔的方式不能繼續(xù)使用，因?yàn)闆_擊鉆打孔時(shí)其鉆頭會(huì)快速轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致鈣化發(fā)硬混凝土產(chǎn)生大量粉塵，這些粉塵會(huì)進(jìn)入孔中，使清孔難度增加，檢測(cè)結(jié)果的精確性也難以得到保證。建議檢測(cè)人員用錘子替代鉆機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述問(wèn)題的有效規(guī)避。

2.3 超聲波回彈綜合分析法在橋梁工程混凝土抗壓強(qiáng)度中的應(yīng)用流程

（1）選擇合適的檢測(cè)設(shè)備。在檢測(cè)過(guò)程中，為保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，選擇了如下設(shè)備：①2臺(tái)超聲波檢測(cè)設(shè)備，其型號(hào)為NM-4B；②3臺(tái)混凝土回彈儀，其型號(hào)為ZC3-A；③2把鋼卷尺。所選設(shè)備是超聲回彈綜合法檢測(cè)過(guò)程中必不可少的設(shè)備，首先利用回彈儀，獲取回彈結(jié)果并加以分析，即可獲得混凝土的抗壓強(qiáng)度值。但是在應(yīng)用設(shè)備之前，檢測(cè)人員需要提前檢查和校準(zhǔn)，在使用階段，回彈儀一旦出現(xiàn)異常，應(yīng)立即停止檢測(cè)，待問(wèn)題解決后檢測(cè)方能繼續(xù)進(jìn)行，以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。（2）確定檢測(cè)構(gòu)件及數(shù)量。為保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，檢測(cè)人員將混凝土板作為檢測(cè)構(gòu)件，檢測(cè)單元的數(shù)量為5個(gè)。與此同時(shí)，混凝土抗壓檢測(cè)內(nèi)容還包括2個(gè)墩臺(tái)，占橋梁工程墩臺(tái)總量的1/3。（3）布置測(cè)區(qū)。由于橋梁工程可以滿(mǎn)足檢測(cè)的表面僅有一個(gè)，檢測(cè)人員決定在檢測(cè)表面設(shè)置10個(gè)測(cè)區(qū)，同時(shí)將160個(gè)回彈測(cè)試點(diǎn)設(shè)置在各個(gè)測(cè)區(qū)之中。簡(jiǎn)言之，就是每個(gè)測(cè)區(qū)均設(shè)置16個(gè)測(cè)點(diǎn)，在回彈測(cè)試點(diǎn)設(shè)置完成后，需要設(shè)置超聲測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)區(qū)的超聲測(cè)量均為3個(gè)。（4）計(jì)算和測(cè)量回彈值。檢測(cè)人員利用回彈設(shè)備對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行回彈檢測(cè)，回彈沖擊的次數(shù)為80次，每個(gè)測(cè)區(qū)為8次，每次沖擊獲得2個(gè)回彈值，每個(gè)測(cè)區(qū)所獲得的回彈值數(shù)量為16個(gè)，按照大小將其排序，然后遵循5～12的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取值，取值的數(shù)量為10組，然后求得平均值，這個(gè)值就是最終回彈值，公式如下：

上述公式中，平均回彈值由Rm表示；第I個(gè)測(cè)區(qū)的回彈值由Ri表示；

如果回彈值在非水平狀態(tài)下獲取，在計(jì)算回彈值時(shí)，需要依據(jù)下述修正公式：

（5）計(jì)算和檢測(cè)超聲聲速值。在計(jì)算和檢測(cè)超聲聲速值時(shí)，應(yīng)將下述公式作為依據(jù)：

上述公式中，檢測(cè)區(qū)域的超聲波速度值由V表示，單位是km/s；超聲波測(cè)量距離由S表示，單位是mm；檢測(cè)區(qū)域超聲波速度傳播時(shí)間由Tm表示，所選測(cè)量點(diǎn)為3個(gè)，分別由t1、t2和t3表示。

考慮到混凝土板底面是超聲波測(cè)量點(diǎn)的布置區(qū)域，需應(yīng)用下述公式加以修正：

該公式中，修正后的檢測(cè)區(qū)域超聲波速度由Va表示；修正系數(shù)由βv表示。通常情況下βv有兩種取值，分別為1.034和1.0。前者適用于混凝土澆灌底面，而后者適用于混凝土澆筑側(cè)面。（6）混凝土強(qiáng)度測(cè)定。在檢測(cè)橋梁工程混凝土抗壓強(qiáng)度過(guò)程中，需要將混凝土的齡期控制在1000d之內(nèi)，否則超聲波回彈綜合法就無(wú)法發(fā)揮應(yīng)有的效果。但由于專(zhuān)業(yè)檢測(cè)人員數(shù)量較少，故檢測(cè)單位檢測(cè)人員多為臨時(shí)人員，未經(jīng)過(guò)培訓(xùn)上崗。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中通常不注重混凝土的齡期，導(dǎo)致技術(shù)應(yīng)用效果不盡人意。檢測(cè)部門(mén)應(yīng)對(duì)這種情況進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，在源頭上保障檢測(cè)質(zhì)量。

3 結(jié)論

綜上所述，超聲波回彈綜合法作為一種先進(jìn)的檢測(cè)方法，將其應(yīng)用于混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)之中具有良好的效果。但在實(shí)際應(yīng)用階段，需要關(guān)注影響因素和注意事項(xiàng)，并遵循標(biāo)準(zhǔn)的操作流程，從而保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。