超聲回彈綜合法測(cè)定長(zhǎng)齡期混凝土強(qiáng)度探討

摘要：混凝土質(zhì)量對(duì)于整個(gè)工程的質(zhì)量至關(guān)重要，通常會(huì)以標(biāo)養(yǎng)試塊的立方體抗壓強(qiáng)度來(lái)判斷結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度，而試塊強(qiáng)度由于是間接測(cè)定值有些情況下并不具有代表性，對(duì)于一些重要構(gòu)件則需要取芯等更具有代表性的檢測(cè)方法，但鉆芯法等破壞了結(jié)構(gòu)。超聲回彈綜合法屬無(wú)損檢測(cè)對(duì)于檢測(cè)長(zhǎng)齡期混凝土及重要構(gòu)件等具有自身特定的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：超聲波；回彈法；混凝土強(qiáng)度；工程質(zhì)量；試塊強(qiáng)度；長(zhǎng)齡期混凝土 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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

工程中，混凝土無(wú)疑是用量最大、適用范圍最廣并且技術(shù)不斷在發(fā)展的重要材料。混凝土的質(zhì)量直接關(guān)系到施工工程質(zhì)量，因而對(duì)混凝土的質(zhì)量控制是工程質(zhì)量控制的重要一環(huán)。混凝土的質(zhì)量一般是以標(biāo)養(yǎng)試塊立方體抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算和判定的，而立方體標(biāo)養(yǎng)試塊畢竟屬于間接測(cè)量，在復(fù)雜的工地施工環(huán)境中并不能完全代表實(shí)際情況，《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，在對(duì)混凝土立方體標(biāo)養(yǎng)試塊的強(qiáng)度代表性存在疑問(wèn)時(shí)，可采取鉆芯法鉆取芯樣進(jìn)行測(cè)試。

對(duì)于重要構(gòu)件或者工程重要部位，取芯法會(huì)破壞結(jié)構(gòu)或影響混凝土結(jié)構(gòu)外觀，這時(shí)采取非破壞性檢測(cè)即無(wú)損檢測(cè)法檢測(cè)就有較大的便利性。普通測(cè)強(qiáng)曲線(xiàn)一般不適用于長(zhǎng)齡期混凝土的檢測(cè)，而長(zhǎng)齡期混凝土的檢測(cè)涉及到安全復(fù)核等問(wèn)題，因而對(duì)于長(zhǎng)齡期混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法的研究顯得較為重要。超聲回彈法屬于無(wú)損檢測(cè)法，用于檢測(cè)長(zhǎng)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(guò)分析回彈值和超聲聲時(shí)聲速等參數(shù)，綜合判定混凝土的質(zhì)量，回彈值輸入超聲波檢測(cè)儀器，作為參數(shù)同時(shí)互為判定參考，為提高準(zhǔn)確度因而具有單一回彈法和單一超聲波法不具備的優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。

2 回彈法檢測(cè)

回彈法原理是通過(guò)彈簧驅(qū)動(dòng)的彈擊桿使重錘彈擊混凝土表面，測(cè)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(cè)過(guò)程中的自身振動(dòng)，回彈儀會(huì)產(chǎn)生一定程度的能量損失。還有回彈儀自身內(nèi)部的摩擦等消耗的能量損失。回彈儀在使用前應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定。

通過(guò)建立測(cè)強(qiáng)曲線(xiàn)方程式可以得出混凝土強(qiáng)度值。在回彈法檢測(cè)過(guò)程中需要考慮到混凝土表面碳化作用導(dǎo)致的誤差值。碳化作用會(huì)造成的混凝土表面硬度增大，而實(shí)際強(qiáng)度并沒(méi)有提高。研究表明，混凝土的碳化深度測(cè)值能在一定程度上體現(xiàn)構(gòu)造物齡期及環(huán)境影響。

3 超聲波法檢測(cè)

混凝土超聲波檢測(cè)主要通過(guò)觀察聲波在混凝土中的傳播速度來(lái)判定混凝土強(qiáng)度。通過(guò)換能器將電能轉(zhuǎn)化為超聲波，在構(gòu)筑物表面選擇較為平整的測(cè)試面，在換能器上涂抹黃油作為耦合劑，根據(jù)所選測(cè)試面的不同可分別進(jìn)行對(duì)測(cè)和角測(cè)，一般情況下，混凝土構(gòu)件強(qiáng)度越大聲速越高，聲時(shí)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(guān)，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)及材料構(gòu)成也會(huì)導(dǎo)致聲波的傳播影響。混凝土結(jié)構(gòu)越是致密，其聲速也越高。通過(guò)建立混凝土回彈值和超聲波檢測(cè)聲波傳播速度值與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線(xiàn)。將聲速值與回彈值綜合參考，可顯著降低各項(xiàng)因素對(duì)混凝土強(qiáng)度測(cè)定值的影響，從而提高檢測(cè)結(jié)果精度。

4 超聲回彈綜合法

使用超聲回彈綜合法檢測(cè)需要首先測(cè)出測(cè)區(qū)回彈值，測(cè)試前盡可能選擇干凈平整的測(cè)試面，回彈儀使用前需要進(jìn)行鋼砧率定。測(cè)試時(shí)應(yīng)將回彈儀垂直于待測(cè)混凝土面，這樣得出的結(jié)果可以不經(jīng)修正直接使用。如測(cè)試時(shí)回彈儀在非垂直狀態(tài)下檢測(cè)，則得出的回彈值需要參數(shù)修正。超聲聲速值的測(cè)量與計(jì)算，超聲波檢測(cè)儀需符合相關(guān)檢測(cè)技術(shù)要求并經(jīng)過(guò)比對(duì)驗(yàn)證。超聲測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置應(yīng)與回彈測(cè)區(qū)一致。檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)采用凡士林、油泥等作為耦合劑，根據(jù)測(cè)區(qū)情況采用對(duì)測(cè)或角測(cè)。測(cè)試中換能器應(yīng)保持同一軸線(xiàn)。測(cè)試后取聲時(shí)平均值，與檢測(cè)距離計(jì)算可得到聲速測(cè)定值。

5 檢測(cè)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(lái)反映待檢混凝土質(zhì)量，混凝土各參數(shù)對(duì)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?；炷恋膹?qiáng)度形成主要依靠水泥的水化作用，在早期強(qiáng)度之后由于水化作用的繼續(xù)進(jìn)行，混凝土在強(qiáng)度繼續(xù)增長(zhǎng)的過(guò)程中可能會(huì)導(dǎo)致在同一聲速測(cè)定值下，長(zhǎng)齡期的混凝土強(qiáng)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(yuǎn)遠(yuǎn)快于在空氣中的傳播速度，水泥混凝土在硬化和強(qiáng)度形成過(guò)程中會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生許多縫隙和自由水。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著含水量的提高，聲速值偏大對(duì)于強(qiáng)度的實(shí)際影響較大，導(dǎo)致測(cè)出的強(qiáng)度值大于混凝土實(shí)際強(qiáng)度。

5.3 混凝土碳化深度的影響

水泥在水化作用中產(chǎn)生游離氧化鈣，會(huì)導(dǎo)致混凝土表面硬化，而游離氧化鈣在二氧化碳作用下反應(yīng)生成碳酸鈣，即產(chǎn)生碳化。該過(guò)程中，水泥品種、用量、水灰比等都會(huì)有影響。回彈值測(cè)定得出的為混凝土表面硬度，混凝土表面硬度在相當(dāng)程度上受到水泥砂漿強(qiáng)度影響。其與粗骨料和砂漿之間的粘結(jié)力以及混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部性能關(guān)系反而并不特別明顯。碳化深度對(duì)回彈法測(cè)定值的影響十分明顯，碳化后的混凝土表面硬度常常導(dǎo)致誤認(rèn)為是混凝土自身強(qiáng)度較高，從而影響判別。并且碳化深度的不同對(duì)回彈值的影響也不完全一樣，同一碳化深度對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土回彈值測(cè)定的影響也存在不一致因素。

國(guó)家統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線(xiàn)中與強(qiáng)度相關(guān)的物理參量只有回彈值和聲速值，沒(méi)有把碳化深度作為相關(guān)物理參量。在fi一～vR關(guān)系中部分抵消了回彈值上升所造成的影響結(jié)果。因此，一般認(rèn)為碳化主要是對(duì)回彈值產(chǎn)生影響故而導(dǎo)致并不對(duì)碳化深度進(jìn)行修正。而由于碳化深度較大的混凝土一般其含水量也會(huì)相應(yīng)降低，從而導(dǎo)致測(cè)定聲速下降。

5.4 混凝土組成材料影響

對(duì)于混凝土使用的水泥主要受所用水泥的比重和強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律影響，對(duì)于混凝土骨料，采用碎石和采用卵石應(yīng)各自分別建立測(cè)強(qiáng)曲線(xiàn)。另外，混凝土外加劑、試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)所選構(gòu)件測(cè)試面、混凝土成型及養(yǎng)護(hù)工藝等都對(duì)其有一定影響。

6 專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線(xiàn)的建立

首先制件，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天。再將養(yǎng)護(hù)好的試塊烘干并放入碳化箱進(jìn)行加速碳化。測(cè)試試塊做好后使用經(jīng)過(guò)標(biāo)定和調(diào)試的回彈儀和超聲波檢測(cè)儀分別進(jìn)行回彈值測(cè)定和超聲時(shí)聲速值測(cè)定并測(cè)試碳化深度。測(cè)試完畢后使用壓力機(jī)進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。

所有數(shù)據(jù)計(jì)算出來(lái)后，可分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)的互相關(guān)聯(lián)關(guān)系。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)需求的專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線(xiàn)，可使用非線(xiàn)性回歸模型，使用二元線(xiàn)性回歸分析得出長(zhǎng)齡期混凝土專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線(xiàn)。建立曲線(xiàn)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，涉及大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和需要大量的計(jì)算。在工作中應(yīng)盡可能利用計(jì)算機(jī)編程及表格數(shù)據(jù)功能，可極大減小工作量并增加數(shù)據(jù)可靠性。

7 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，檢測(cè)人員往往是利用早期的數(shù)據(jù)參數(shù)對(duì)長(zhǎng)齡期混凝土進(jìn)行安全復(fù)核，其實(shí)對(duì)于長(zhǎng)齡期混凝土應(yīng)盡可能考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況通過(guò)實(shí)際強(qiáng)度測(cè)定來(lái)綜合判定。超聲回彈綜合法擁有檢測(cè)便利、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等實(shí)際優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于較大數(shù)量或者較大面積的長(zhǎng)齡期混凝土檢測(cè)較為適用。需要注意的是，超聲回彈綜合法對(duì)于大多數(shù)情況下的混凝土檢測(cè)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(guò)火后的混凝土結(jié)構(gòu)、低溫情況下的混凝土結(jié)構(gòu)等。這些情況下的混凝土檢測(cè)如適用超聲回彈綜合法則必須建立專(zhuān)門(mén)的專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線(xiàn)。

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

（責(zé)任編輯：小 燕）