超聲回彈綜合法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用研究

黃從斌 羅居剛 邰洪生

安徽省（水利部淮河水利委員會(huì)）水利科學(xué)研究院

安徽省建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站

1 前言

對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的強(qiáng)度檢測(cè)，當(dāng)前主要采用無損檢測(cè)的方法。超聲回彈綜合法是指根據(jù)回彈值與聲速值兩項(xiàng)指標(biāo)來確定結(jié)構(gòu)或構(gòu)件強(qiáng)度的方法，相較于超聲法與回彈法兩種根據(jù)單一指標(biāo)確定強(qiáng)度的方法，具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)，檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確和真實(shí)，能為質(zhì)量評(píng)價(jià)和后期設(shè)計(jì)施工提供可靠參考依據(jù)。

2 方法優(yōu)勢(shì)

超聲回彈法（以下統(tǒng)稱綜合法）是對(duì)混凝土進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)的常用方法，屬于非破損檢測(cè)范疇。該方法采用至少兩種檢測(cè)方法來獲取相關(guān)物理參量，然后根據(jù)這些參量建立強(qiáng)度和其他物質(zhì)參量之間的關(guān)系，以此從不同角度入手對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。因該方法采用了很多物理參數(shù)，所以可能對(duì)混凝土強(qiáng)度各類影響因素進(jìn)行綜合反映，同時(shí)還能消除對(duì)強(qiáng)度和物理量之間關(guān)系有影響的因素。

基于此，相較于其他無損檢測(cè)方法，如回彈法與超聲法，能表現(xiàn)出更高可靠性與準(zhǔn)確性。超聲法與回彈法均為單一方法，相同的因素對(duì)不同檢測(cè)方法造成的影響有所不同，甚至相反[1]。比如，若混凝土強(qiáng)度完全相同，配合比與生產(chǎn)工藝也相同的試件，采用超聲法與回彈法實(shí)施強(qiáng)度檢測(cè)的過程中，對(duì)于混凝土齡期及濕度，當(dāng)采用回彈法時(shí)，伴隨混凝土齡期不斷增長，試件表面逐漸硬化，這樣會(huì)使回彈值明顯升高，而當(dāng)試件表面較為潮濕時(shí)，其表面硬度將減小，使回彈值明顯降低；當(dāng)采用超聲法時(shí)，則情況完全相反，伴隨混凝土齡期不斷增長，試件內(nèi)部越來越干燥，超聲波的傳播速度減慢。若能將以上兩種方法結(jié)合到一起，則混凝土齡期與濕度兩項(xiàng)因素的影響將相互抵消，在檢測(cè)過程中可不予考慮。而綜合法就是根據(jù)兩個(gè)基本不會(huì)對(duì)構(gòu)件造成損傷（其中一個(gè)為內(nèi)部物理指標(biāo)，另外一個(gè)為表面硬度），從外到內(nèi)的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行綜合反映，從多側(cè)面對(duì)混凝土強(qiáng)度予以反映，具有良好相關(guān)性[2]。

除此之外，相較于半破損檢測(cè)法，如鉆芯法等，綜合法也有顯著優(yōu)勢(shì)，采用鉆芯法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，由于會(huì)使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生局部破壞，所以不建議大面積使用。通過以上分析可知，綜合法對(duì)當(dāng)前的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)工作而言具有重要意義。

3 檢測(cè)方法和技術(shù)

先確定需進(jìn)行檢測(cè)的構(gòu)件，同時(shí)按照相關(guān)規(guī)程與要求布置測(cè)區(qū)，然后對(duì)回彈值與超聲的聲速值進(jìn)行測(cè)試。在每個(gè)測(cè)區(qū)中，應(yīng)先對(duì)回彈值進(jìn)行測(cè)試，然后再測(cè)試超聲的聲速值[3]。

在回彈值的測(cè)試過程中，不僅要按照回彈儀相關(guān)規(guī)定進(jìn)行操作，在施壓過程中應(yīng)保持緩慢和均勻，彈擊錘脫鉤之前注意不可施加沖力。一般情況下每個(gè)測(cè)區(qū)的每個(gè)側(cè)面都要有8個(gè)回彈值，共對(duì)兩個(gè)側(cè)面進(jìn)行測(cè)試，即得到16個(gè)回彈值，從中分別剔除3個(gè)最大值與最小值，再對(duì)剩下的回彈值求取平均值[4]。

相應(yīng)的計(jì)算公式為：

式（1）中，Rm表示回彈值的平均值；Ri表示測(cè)點(diǎn)i對(duì)應(yīng)的回彈值。

對(duì)于在非水平狀態(tài)下得到的回彈值，需采用以下公式實(shí)施修正：

式（2）中，Ra表示經(jīng)修正的回彈值；Raα表示當(dāng)測(cè)試角度為α?xí)r經(jīng)修正的回彈值，可通過查表確定。

對(duì)于頂、底面實(shí)測(cè)回彈值，需采用以下公式實(shí)施修正：

式（3）中，Ra表示經(jīng)修正的回彈值表示頂面經(jīng)修正后的回彈值，可通過查表確定表示底面經(jīng)修正后的回彈值，可通過查表確定。

在實(shí)際的測(cè)試過程中，若儀器為非水平，且測(cè)區(qū)非側(cè)面，則需要對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正，先實(shí)施角度修正，再實(shí)施澆筑面修正[5]。

在各測(cè)區(qū)兩個(gè)側(cè)面設(shè)置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，在確保換能器和混凝土之間達(dá)到良好耦合的基礎(chǔ)上，確保發(fā)射換能器與接收換能器處于同一條軸線。[6]對(duì)于測(cè)區(qū)的聲速值，可采用以下公式計(jì)算得出（換能器頻率選擇如表1所示）：

表1 換能器頻率選擇

式（4）、（5）中，Vi表示測(cè)區(qū)聲速值，單位：m/s；l表示超聲測(cè)距，單位：m；tmi表示測(cè)區(qū)i對(duì)應(yīng)的平均聲時(shí)值，單位：s；t1、t2和t3表示測(cè)區(qū)內(nèi)三個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的聲時(shí)值，單位：s。

在澆筑頂、底面實(shí)施測(cè)試的過程中，因上表面有很多砂漿，所以會(huì)使強(qiáng)度較低，而由于下表面有很多粗骨料，所以會(huì)使強(qiáng)度較高，這與成型后的側(cè)面存在顯著差別，而且澆筑表面大多不平整，在這種情況下，將使聲速偏低。對(duì)此，有必要在測(cè)試過程中進(jìn)行必要的修正，具體的修正公式為：

式（6）中，Va表示修正完成后的聲速值，單位：m/s。

根據(jù)經(jīng)以上步驟獲得的回彈值與超聲值，采用如下公式即可計(jì)算確定目標(biāo)測(cè)區(qū)實(shí)際混凝土強(qiáng)度：

4 實(shí)例分析

某工程從建成到現(xiàn)在已經(jīng)有十余年的時(shí)間，由于用途發(fā)生變更，所以需要為設(shè)計(jì)單位提供混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對(duì)此，采用回彈法、鉆芯法與綜合法三種方法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)施強(qiáng)度檢測(cè)，具體的檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)表2檢測(cè)結(jié)果可知，相較于超聲法與回彈法，綜合法無論是在可靠性還是在準(zhǔn)確性上都具有顯著優(yōu)勢(shì)。

5 檢測(cè)建議

通過以上分析，綜合法作為新型混凝土強(qiáng)度無損檢測(cè)方法，它的應(yīng)用能從根本上解決以往采用單一方法檢測(cè)存在的不足，能有效保證檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性與準(zhǔn)確性，值得大范圍推廣應(yīng)用。而在實(shí)際的應(yīng)用過程中，結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾條建議。

（1）在檢測(cè)實(shí)踐過程中，經(jīng)常因?yàn)槭┕た刂撇坏轿换蚴┕ぶ杏捎谀撤N原因?qū)е禄炷临|(zhì)量不合格，或試塊的樣品選取、加工制作與養(yǎng)護(hù)不滿足規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求，無法反映出結(jié)構(gòu)真實(shí)強(qiáng)度。在這種情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮選擇綜合法進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)。

（2）若需要確定混凝土施工時(shí)強(qiáng)度具體增長情況，為之后的拆模、養(yǎng)護(hù)、出廠、吊裝及預(yù)應(yīng)力施工等提供方便，以及在施工中對(duì)混凝土強(qiáng)度提出很高要求時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮選擇綜合法進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)。

（3）對(duì)于已經(jīng)建設(shè)完成的結(jié)構(gòu)，若需要進(jìn)行拆除、維修或加層，或因?yàn)榘l(fā)生災(zāi)害而被破壞，則應(yīng)優(yōu)先考慮選擇綜合法其對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行推定，以此為之后的加固及改建設(shè)計(jì)提供可靠參考依據(jù)。

（4）國際范圍內(nèi)針對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的檢測(cè)已經(jīng)擴(kuò)大至設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，在這種情況下，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的強(qiáng)度，均可優(yōu)先考慮使用綜合法來檢測(cè)。

（5）根據(jù)實(shí)際情況建立適宜的強(qiáng)度檢測(cè)曲線。試塊混凝土抗壓強(qiáng)度和無損檢測(cè)參數(shù)相互關(guān)系對(duì)應(yīng)的曲線即為測(cè)強(qiáng)曲線。對(duì)于綜合法的測(cè)強(qiáng)曲線，實(shí)際上就是根據(jù)試塊強(qiáng)度、聲速和回彈值，通過數(shù)學(xué)擬合得到的相關(guān)關(guān)系。構(gòu)建一個(gè)適宜的測(cè)強(qiáng)曲線，并使用所在地區(qū)范圍內(nèi)有良好代表性的材料、工藝及齡期，制作專門的試塊，在完成無損檢測(cè)過程后，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果建立相應(yīng)的測(cè)強(qiáng)曲線。由此建成的測(cè)強(qiáng)曲線所具有的測(cè)試精度與現(xiàn)場適應(yīng)性都比傳統(tǒng)意義上的測(cè)強(qiáng)曲線高[7]。

6 結(jié)束語

綜上所述，將現(xiàn)階段無損檢測(cè)綜合技術(shù)水平及實(shí)際應(yīng)用情況兩個(gè)角度出發(fā)，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的檢測(cè)目標(biāo)，可選擇不同類型的檢測(cè)方式，比如在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)過程中，可使用回彈法、綜合法、脈沖法及射釘法。

以此為實(shí)際的無損檢測(cè)工作提供更多可能，同時(shí)按照具體條件和趨利避害基本原則來選擇。但是需要注意，綜合法使用回彈值與聲速值對(duì)混凝土強(qiáng)度予以推定，能客觀放映出對(duì)混凝土強(qiáng)度顯著影響的不同因素，保證檢測(cè)結(jié)果的精度。通過對(duì)綜合法的應(yīng)用，可以真實(shí)反映出結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度，這對(duì)保證工程建設(shè)質(zhì)量和安全性綜合評(píng)價(jià)工作提供可靠參考依據(jù)。