超聲回彈綜合法在水庫堆石混凝土性能檢測中的應用

李友彬，朱柏松，唐曉玲，何濤洪，喬志超，楊 林，吳弦謙

(1.貴州大學土木工程學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州省遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563002；3.北京華石納固科技有限公司，北京 100085)

超聲回彈綜合法是利用超聲儀和回彈儀，檢測混凝土的聲速值和回彈值推定混凝土強度和勻質性，具有不破壞結構，不影響使用性能等特點。貴州遵義綠塘水庫堆石混凝土(RFC)單曲拱壩，壩頂高程829.50m，壩頂寬6.0m，最大壩底厚16.0m，最大壩高53.5m。綠塘水庫是國內首座不分橫縫和應用混凝土預制塊模板的堆石混凝土拱壩。因此，進行遵義綠塘水庫RFC超聲回彈綜合法的試驗研究具有重要意義。

1 理論基礎

本試驗采用超聲回彈綜合法對RFC進行檢測。聲波速度是巖體及其大體積混凝土物理力學性質的重要指標。RFC聲波速度不僅取決于堆石與自密實混凝土(SCC)本身的強度，還與堆石和SCC的粘接程度、RFC內部密實度、有無孔洞等有著密切的關系。因此，采用超聲波和回彈法檢測RFC，可以很好地反映均勻性、密實度和強度等評價指標。

2 試驗概況

本研究基于貴州遵義綠塘水庫實體工程澆筑的堆石混凝土試驗倉，對其采用繩式切割機切割、加工成型大試件，試驗研究堆石混凝土抗壓強度、劈裂抗拉強度、彈性模量等指標，以此為基礎結合綜合法開展試驗，找到對應關系，提供可靠的參考數據。

2.1 堆石混凝土材料指標

SCC等級C15，擴展度710mm，坍落度280mm，V型漏斗下落時間13s。

堆石混凝土采用材料：P.O42.5普通硅酸鹽水泥；II級粉煤灰；粒徑5～20mm連續級配碎石；細度模數為2.9，石粉含量14%級配較差的機制山砂；華石納固專門生產的聚羧酸高效減水劑HSNG-T，減水率28%；混凝土用水為施工現場用水；粒徑大于300mm的石灰巖塊石隨機堆放，表觀密度2.63g/cm3。自密實混凝土SCC填充率45%，堆石率55%。

試驗采用C9015W6F50等級的SCC進行RFC澆筑。C15等級的SCC配合比及其性能見表1。

表1 自密實性能混凝土配合比 單位：kg/m3

2.2 試件的制備

采用同材料、同環境、同工藝，選用水庫料場爆破開采的大塊石，以自密實混凝土配合比，按實際施工工藝在綠塘水庫施工現場澆筑2200mm×2200mm×2200mm的試驗倉，與壩體同樣環境條件養護，到90d齡期用繩式切割機對大試件進行切割，運輸到貴陽石材加工廠按照規定的幾何尺寸精度進行切割和打磨，如圖1所示，尺寸見表2。首先進行超聲回彈綜合法試驗，再進行抗壓強度、劈裂抗拉強度、靜力彈性模量試驗。

表2 堆石混凝土大試件試驗內容及尺寸

圖1 現場試驗倉及加工立方體大試件

2.3 試驗設備及過程

采用回彈、超聲綜合法檢測的RFC大試件經切割加工成型，在標準養護下達到規定齡期按照相應方法進行檢測。回彈儀選用經相關資質單位檢定的山東樂陵回彈儀廠的中型回彈儀。選用經相關資質單位檢定的上海銘創超聲波檢測儀。

超聲檢測：采用山砂混凝土測強曲線。曲線方程為

(1)

采用對側法，在試件澆筑面的兩個對應垂直面從上到下，從左到右各面布置3個對應測點，間距為450mm，采用合適耦合劑保證超聲換能器和檢測面良好耦合。取三組超聲平均值為代表值。

回彈檢測：選用試件澆筑面沒有用于超聲檢測的另外兩個對應垂直面。在試件回彈檢測的兩個面上按規定對應回彈8個回彈值，共計16個數值按一個檢測區進行數據處理，得到回彈代表值。

抗壓強度檢測：超聲、回彈檢測完畢后，按抗壓強度試驗的標準方法進行強度試驗。

3 超聲回彈試驗試驗數據

3.1 試驗數據統計

采用超聲回彈綜合法對RFC進行試驗，該方法檢測RFC大試件的試驗數值見表3—4，推定值如圖2—3所示；RFC大試件抗壓強度、劈裂抗拉強度與聲速關系見表5—6、對應的比例關系如圖4所示。

表3 超聲回彈值和切割大試件強度值對應關系

表4 超聲回彈綜合法檢測RFC大試件推定值

注：橫表頭1為綜合法回彈強度推定值/MPa；2為綜合法聲速推定值/(km/s)；3為抗壓強度實測值/MPa；4為劈裂抗拉強度實測值/MPa；表中“/”代表對大試件只做超聲回彈試驗。

圖2 綜合法檢測RFC強度推定值

圖3 綜合法檢測RFC聲速推定值

表5 回彈強度值所占比例 單位：MPa

表6 超聲值所占比例 單位：km/s

圖4 RFC大試件數值關系

3.2 試驗匯總

從以上數值推導，RFC回彈推定值在20MPa以上占了全部測試點的100%。RFC波速推定值在3820m/s以上的占了全部測試點的71.2%。

3.3 綜合法測強曲線方程回歸系數

綜合法RFC測強曲線選多元非線性冪函數方程：

(2)

通過OriginPro 8和Excel軟件程序相互對比計算得出：A=33.32176；B=-0.097；C=0.01。

則綜合法測強曲線回歸方程為

(3)

4 結論

根據試驗研究和分析，得到如下結論：

(1)RFC回彈推定值滿足要求，但是數值范圍離散。

(2)RFC波速從1970m/s至5310m/s分布，數值范圍離散，但是3820m/s以上波速所占比例較大。

(3)RFC復合材料采用回彈法試驗易回彈在堆石上，不宜采用回彈法判定RFC強度推定值。但可以采用聲波法試驗評定RFC的勻質性和密實度。

(4)RFC超聲回彈綜合法測強曲線如文中所示，但是樣本較少需要進一步研究。