超声回弹综合测强法在混凝土结构物中的应用★

盛海洋

(福建船政交通职业学院，福建福州 350007)

1 混凝土结构物强度判定方法

混凝土在交通、建筑、港口、水利等工程中的应用十分广泛。准确的测定混凝土的真实强度问题是国内外长期研究却无明确结论的问题。

构件混凝土的强度等级，通常以立方体抗压试件的抗压强度来反映，当对某一方面的检验内容产生怀疑时，如构件的强度离散型过大、强度不足、振捣不密实或存在其他缺陷时，通常采用无破损方法等进行专项检验或荷载试验来判定，主要判定方法有钻芯法、回弹法、超声法、超声—回弹综合法和拉拔法等。

1)钻芯法。钻芯法检验混凝土强度是从混凝土结构物中钻取芯样来测定混凝土的抗压强度，是一种直观准确的方法。适用性:可作为混凝土强度抗压强度、均匀性和内部缺陷的指标，适用于检测10 MPa～80 MPa普通混凝土结构强度，当试块抗压强度的测试结果有怀疑或因各种原因发生混凝土质量问题或损害时，以及需检测经多年使用的建筑结构或构筑物中混凝土强度时。检测依据:CECS 03∶2007钻芯法检测混凝土强度技术规程。

2)回弹法。回弹法是通过回弹仪检测混凝土表面硬度从而推算出混凝土强度的方法，由于其简单、灵活，在我国广泛使用。适用性:应特别注意回弹法不适用于表层与内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土结构或构件的检测，即当混凝土表面遭受了火灾、冻伤、受化学侵蚀或内部有缺陷时，不能直接采用回弹法检测。检测依据:JGJ/T 23-2001，J 115-2001回弹法检测混凝土抗压强度技术规程。

3)超声法。超声法是应用超声波在内部缺陷界面上的反射特性，以反射波作为判断缺陷状态的基本依据。混凝土超声探伤采用以下四点作为判别缺陷的基本依据。

a．根据低频超声在混凝土中遇到缺陷时的绕射现象，按声时及声程的变化，判别和计算缺陷的大小。

b．根据超声波在缺陷界面上产生反射，因而到达接收探头时能量显著衰减的现象判断缺陷的存在及大小。

c．根据超声脉冲各频率成分在遇到缺陷时被衰减的程度不同，因而接收频率明显降低，或接收波频谱产生差异，也可判别内部缺陷。

d．根据超声波在缺陷处的波形转换和叠加，造成接收波形畸变的现象判别缺陷。以上四点可以单独运用，也可综合运用。检测依据:CECS 21∶2000超声法检测混凝土缺陷技术规程。

2 超声回弹综合测强法应用

超声回弹综合法是指采用超声仪和回弹仪，在结构混凝土同一测区分别测量声时值和回弹值，然后利用已建立起来的测强公式推算该测区混凝土强度的一种方法。该方法受混凝土龄期和含水率影响小、测试精度高、适用范围广，能够较全面反映混凝土的实际质量的优点。检测依据:CECS 02∶2005超声—回弹综合法检测混凝土强度技术规程。

在我们常用的混凝土无损测强技术中，回弹仪及超声仪检测混凝土强度因其应用简便、精度高、适用范围广等特性在现场结构混凝土的无损检测中得到了广泛的应用。采用两种或两种以上的单一非破损方法联合测定混凝土强度，可以显著提高非破损测强的精度。因此，超声回弹综合法在工程中得到了广泛的应用。

目前，国家及部分省份都建立了混凝土超声回弹法测强曲线，中国工程建设标准化委员会也编制了CECS 02∶2005超声—回弹综合法检测混凝土强度技术规程。但由于我国地域辽阔，气候悬殊较大，混凝土材料品种繁多，工程分散，施工条件和水平不一，组成混凝土的原材料性质各地差异很大，即使是在同一省、市，混凝土原材料(特别是粗、细骨料)性质差异也是显著的，采用国家统一制订的测强曲线显然不如地区测强曲线和专用测强曲线。因此，在混凝土强度检测计算中，若不分地区采用同一计算公式，显然是不太合适的，要提高混凝土无损测强的精度，尽快建立适应本地区的混凝土测强曲线是一种非常好的重要的手段。

为提高各地区混凝土的无损测强精度，提高工程质量管理水平，在新验收规范“验评分离、强化验收、完善手段、过程控制”的思想指导下，进一步扩大无损测强技术在各地的应用，在对采用各地方材料所配制的混凝土试块进行试验所取得的大量试验数据进行分析的基础上，对超声回弹综合法检测混凝土强度试验数据分别用线性模型、幂函数模型、指数函数模型和对数函数模型进行拟合回归，并对各回归模型的精度和误差进行分析比较，最后确定了最适合本地区的函数模型及强度测量公式，这对提高各地区的无损检测精度，加强建筑工程质量管理有着现实的实用意义。

3 应用案例

泉州市环城高速公路南安至石井段A7标段起讫桩号为K36+043．424 ～ K42+784．323。线路长度 6．741 km，其中高速公路5．512 km，连接线 1．229 km，工程数量:特大桥 2 079．72 m/座，大桥132m/座，分离式立交中小桥128m/2座;涵洞531．86m/9道、通道142．42 m/3道;M7．5号浆砌片石边沟、排水沟、截水沟、15 853 m3。总工期为24个月，合同总造价为29 316．585 0万元。泉州湾跨海大桥A6合同段，起点位于台商投资区办公大楼惠南大桥后，起点桩号K36+070，路线穿越山顶下坑西，约于K39+630群力村处设张坂落地互通，后继续向北穿玉园、坑内、长箱尾、上塘等村庄，终于塔埔枢纽互通与南惠高速相接，终点桩号K44+600．553，总长8．531 km。主要工程数量:互通2处，大中桥510．5 m/2座，分离式立交中小桥214 m/2座;涵洞、通道1 230．8 m/29道。应用方法如下:

1)原材料的选用。

水泥选用本地水泥厂生产普通硅酸盐水泥，混凝土拌合用水选用福州水厂生产的自来水，粉煤灰选用Ⅰ级灰，黄砂选用闽江砂，细度模数在2．3左右，属于中砂偏细，碎石选用5 mm～40 mm连续级配的石灰石或河卵石。含泥量等指标合格。外加剂选用JM-9型(萘系)减水剂。

2)试验参数。

主要参数为混凝土强度、坍落度及龄期。混凝土设计强度主要分为 C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55 及 C60 共11个等级;坍落度分为低(50 mm～70 mm)、中(80 mm～120 mm)及高(160 mm ～200 mm)3 种;龄期分为 7 d，14 d，28 d，28 d(标养)，60 d，90 d，180 d 及365 d，共8 种。

3)试块制作及养护。

每种坍落度、每一强度等级、每一龄期制作6个150 mm×150 mm×150 mm混凝土试块，除标准养护试块外，其他试块均采用自然养护，脱模后放置于室外，成型后1 d～3 d内浇水养护。试块的养护条件按照GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准执行，养护室温度为20℃ ±2℃，湿度为95%以上。试块浇筑成型后立即搬到养护室里进行养护。

4)试验仪器。

构件混凝土的强度等级，采用超声波检测仪(瑞士)TICO(EP-09550)和数显式混凝土回弹仪(瑞士)DIGI-SCHMIDT2000(EP-09540C)超声回弹综合法现场测试数据。

5)试验过程。

试验时，首先对试件两个相对的(平行的)侧面进行回弹值测定，每一侧面的测点为8个。然后，在另一对侧面上进行超声速的测量，测量时用凡士林作耦合剂。最后对试块进行抗压强度测定(以每秒(6±4)kN连续均匀进行加荷载，直至试块破坏为止，计算抗压强度值)，从而建立一组相对应的强度、回弹值、超声速的关系。比较对测法与平测法差异与精度。

6)数据分析回归出超声—回弹综合测强(对测、平测)关系曲线，并进行实际工程验证。建立平测法超声—回弹综合测强法关系曲线，以对大型混凝土结构物法采用对测法检测强度时，采用平测法进行强度检测;建立高强度超声—回弹综合测强法关系曲线，可对50 MPa以上的高强度混凝土结构物进行现场测试和评价。

4 结语

随着高速公路建设的高速发展，新工艺、新技术在桥梁设计施工中得到广泛使用，水泥混凝土结构向大型化、复杂化，水泥混凝土向高强、大流动度方向发展，开展对石料品种、砂率、钢筋、养护条件等各种因素对测试精度影响的研究，对测试方法的研究，对高强混凝土测试的研究等，通过建立一条满足检测精度要求、应用范围广、操作方便的超声—回弹综合测强(对测与平测)曲线，以便提高检测精度，使超声—回弹综合测强方法得到更加成熟的应用，有着重要的理论和实际意义。

［1］CECS 02∶2005，超声—回弹综合法检测混凝土强度技术规程［S］．

［2］CECS 03∶2007，钻芯法检测混凝土强度技术规程［S］．

［3］JGJ/T 23-2001，J 115-2001，回弹法检测混凝土抗压强度技术规程［S］．

［4］CECS 21∶2000，超声法检测混凝土缺陷技术规程［S］．

［5］周永厚，高 峰．混凝土无损检测技术［M］．北京:中国建材出版社，1996．

［6］魏志卿，徐建忠．采用超声回弹综合法检测混凝土构件强度［J］．国外建材科技，2005，26(6):9-11．

［7］吴慧敏．结构混凝土现场检测新技术——混凝土非破损检测［M］．长沙:湖南大学出版社，1998．

［8］侯宝隆，蒋之峰．混凝土非破损检测［M］．北京:地震出版社，1992．

［9］余红发．混凝土非破损测强技术研究［M］．北京:中国建材工业出版社，1999．

［10］曹 荻，江立生．超声回弹综合法测强曲线的建立［J］．华东公路，2001(2):21-23．