《云南省公路工程超声回弹综合法检测混凝土抗压强度技术规程》DBJ53/T-102-2020 解读

许国伟，余明坤，李东林，董晨辉，齐艳涛，范宗凯，曹春鹏，王浩

（1.云南省建筑科学研究院 云南昆明 650223）

（2.云南建筑工程质量检验站有限公司 云南昆明 650223）

（3.云南省建筑结构与新材料企业重点实验室 云南昆明 650223）

（4.昆明市建筑结构安全和新技术重点实验室 云南昆明 650223）

1 编制背景及意义

云南是推进“一带一路”倡议的前沿阵地，是中国向东南亚和南亚开放的门户。无论是云南省融入“一带一路”，还是2018 年省政府提出打造“三张牌”中“健康生活目的地”，云南省加快以高速公路为代表的基础设施建设是重中之重。至2015 年，云南省已通车的高速公路总里程约为4 000km，2018 年6 月，省政府常务会议要求：要坚定不移瞄准到2020 年全省高速公路通车里程达10 000km的目标任务，竭尽全力推进县域高速公路“能通全通”工程建设。“十三五”期间，云南打响“五网”建设大会战，提出全省高速公路通车里程达8 000km 以上。“能通全通”工程把目标任务升格到1 万km，确保到2020 年实现16 个州市、125 个县市通高速公路，力度前所未有，这对混凝土的质量控制和检测也提出了更高的要求。

但是，云南省地域气候条件比较特殊，混凝土的原材料也与我国其他地区有较大差异，混凝土综合性能存在一定的地域性，在工程实践中采用全国统一曲线的混凝土强度值推算结果经常引起争议，常存在无损检测强度不足但钻芯取样测得的强度满足规范的情况，对实体结构质量检测结果的准确性产生很大影响，甚至直接影响到结构实体的质量评定。而对于公路工程，地域气候和原材料等条件也有其特殊性，加上云南大力发展以高速公路为代表的基础设施建设对质量控制和检测提出的更高要求，有必要针对公路工程建立专门的测强曲线。

现行回弹法评定混凝土强度使用的《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》CECS02：2005和《高强混凝土强度检测技术规程》JGJ/T 294-2013中说明，“优先采用专用测强曲线或地区测强曲线来换算混凝土的抗压强度值”。而且，云南省住房和城乡建设厅发布了云南省的地方标准《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》DBJ53/T-53-2013，目前也仅是适用于昆明地区，云南省还没有专门针对公路工程的超声回弹法标准。公路工程由于使用的原材料、养护环境等都与房建工程有较大的差别，所以有必要建立公路工程的专用测强曲线。

因此，根据云南省的区域特性，通过研究建立云南省公路工程混凝土“超声回弹综合法”检测混凝土抗压强度的测强曲线，制定相应的地方标准，规范公路工程混凝土质量检测和科学评定验收混凝土强度，从而降低误判、错判概率，对防范工程事故、保证工程质量及促进云南省公路工程建设混凝土应用技术发展至关重要。为此，根据云南省住房和城乡建设厅《关于印发云南省2019 年工程建设地方标准编制计划（第一批）的通知》要求，《云南省公路工程超声回弹综合法检测混凝土抗压强度技术规程》被正式列入公路工程建设地方标准编制计划，由云南省建筑科学研究院、云南省交通运输厅工程质量监督局负责该标准的编制工作。主编单位会同有关单位，经过广泛的调查研究，经过大量试验和验证，认真总结实践经验，参考国内外有关标准，在广泛征求意见的基础上，编制了该规程；该规程是覆盖云南全省且针对公路工程专门制定的测强曲线，对云南省的公路工程具有较强的针对性和适用性。

2 标准编制主要过程

云南省建筑科学研究院联合云南省交通运输厅工程质量监督局通过实施云南省科技惠民计划-应用研究开发部分项目《云南高等级公路高性能混凝土质量控制关键技术研究》（项目编号2014RA024）、 云南省交通运输厅科技计划项目-行业基础性研究项目《云南省公路工程桥隧结构混凝土原材料及配合比设计关键技术应用研究》（项目编号云交科教2013(C)）和云南省科技厅的创新引导与科技型企业培育计划项目《云南省公路工程无损法检测混凝土强度曲线研究》（项目编号2015DC010）的试验研究，以小龙、弥泸、香丽、昭通大山包4 条高速公路作为代表，开展了混凝土原材料调研、抽样，进行原材料性能测试、混凝土试配、试块制作、成型和养护等工作，对试块回弹值、超声声速、抗压强度等数据进行了测试和收集整理，并对数据进行了曲线拟合，建立了云南省公路工程混凝土的超声回弹综合法测强曲线，经过现场验证，建立的测强曲线对云南省的公路工程具有很好的适用性。

3 标准主要条款解读

3.1 总则

本节给出了本规程编制依据、适用区域范围和对混凝土的要求、从事本项检测人员等的相关规定。

第1.0.1 条条款表明了标准编制的目的是“为保证云南省公路工程使用超声回弹综合法检测推定普通混凝土抗压强度的精度”。规程编制组依据《回弹法检测混凝土强度技术规程》（JGJ/T23）第6.1.2 条“有条件的地区和部门，应制定本地区的测强曲线或专用测强曲线”的规定要求，结合云南地区公路工程所使用的混凝土原材料及配合比制定本地区回弹法规程。其中本条所指普通混凝土系指由水泥、砂、石、外加剂、掺合料和水配制而成，采用泵送或非泵送工艺成型，密度为2000～2800 kg/m3的混凝土。

第1.0.2 条条款限定本规程的适用区域范围和对混凝土的要求。在正常情况下，应当按现行国家标准GB 50204 及GB/T 50107 验收评定混凝土强度。但是，由于管理不善、施工质量不良，试件与结构中混凝土质量不一致或对混凝土标准试件检验结果有怀疑时，可以按本规程规定执行。对于云南省其他建设工程领域中采用超声回弹综合法检测普通混凝土抗压强度，若原材料和混凝土成型养护工艺符合本规程中规定的适用条件，可参照本规程检测推定混凝土抗压强度。

第1.0.3 条本条规定了从事本项检测的人员的条件，避免对同一结构构件混凝土强度的推定结果因人而异的混乱。

3.2 术语和符号

本节涉及的术语和符号引用现行协会标准《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》（CECS 02：2005） 中的内容。

3.3 回弹仪

本节给出了回弹仪的质量及测试性能、检定或校准、保养的相关规定。

第3.1.3 条因为回弹仪的质量及测试性能直接影响混凝土强度推定结果的准确性；根据对回弹仪的测试性能试验研究和应用经验，回弹仪的标准状态是统一仪器性能的基础，是使回弹法广泛应用于现场的关键所在；只有采用质量统一，性能一致的回弹仪，才能保证测试结果的可靠性，并能在同一水平上进行比较。在此基础上，规程编制组提出了下列回弹仪标准状态的各项具体指标：

（1） 水平弹击时，对于中型回弹仪弹击锤脱钩的瞬间，回弹仪的标准能量E，即中型回弹仪弹击拉簧恢复原始状态所作的功为：

式中：

K—弹击拉簧的刚度系数（N/m）；

L—弹击拉簧工作时拉伸长度（m）。

（2） 弹击锤与弹击杆碰撞瞬间，弹击拉簧应处于自由状态，此时弹击锤起跳点应相应于刻度尺上的“0”处，同时弹击锤应在相应于刻度尺上的“100”处脱钩，也即在“0”处起跳。

试验表明，当弹击拉簧的工作长度、拉伸长度及弹击锤的起跳点不符合以上规定的要求，即不符合回弹仪工作的标准状态时，则各仪器在同一试件上测得的回弹值的极差高达7.82 分度值，调为标准状态后，极差为1.72 分度值。

（3） 检验普通回弹仪的率定值是否符合80±2的作用是：检验普通回弹仪的标准能量是否为2.207J，回弹仪的测试性能是否稳定；机芯的滑动部分是否有污垢等。

当钢砧率定值达不到规定值时，不允许用混凝土试件上的回弹值予以修正；更不允许旋转调零螺丝人为地使其达到率定值。试验表明上述方法不符合回弹仪测试性能，并破坏了零点起跳亦即使回弹仪处于非标准状态。此时，可按本规程

3.3 节要求进行常规保养，若保养后仍不合格，可送检定单位检定。

（4） 现在绝大多数数字式回弹仪都是在传统机械构造和标准技术参数的基础上实现回弹值的数字化采样的，即现有数字式回弹仪所得到的回弹值采样系统都是把回弹仪的指针示值实现数字化采样。也只有这种形式的数字回弹仪才符合现行回弹法技术规程的要求。

第3.1.4 条“回弹仪使用时的环境温度应为（-4～40）℃”。由于环境温度异常时，对回弹仪的性能有影响，故规定了其使用时的环境温度（-4～40）℃。

第3.2.3 条规程了钢砧的检校周期：钢砧的钢芯硬度和表面状态会随着弹击次数的增加而变化，故规定“回弹仪率定试验所用的钢砧应每2 年送计量检定机构检定或校准”。

第3.3.1～3.3.3 条 主要规定了回弹仪常规保养的步骤及要求。进行常规保养时，必须先使弹击锤脱钩后再取出机芯，否则会使弹击杆突然伸出造成伤害。取机芯时要将指针轴向上轻轻抽出，以免造成指针片折断。此外，各零部件清洗完后，不能在指针轴上抹油，否则，使用中由于指针轴的污垢，将使指针摩擦力变化，直接影响检测结果。数字式回弹仪结构和原理较复杂，其厂商已提供了使用和维护手册，应要求进行。

回弹仪每次使用完毕后，应及时清除表面污垢；不用时应锁住机芯，如果未经弹击而锁住机芯，将使弹击拉簧在不工作时仍处于受拉状态，极易因疲劳而损坏。存放时回弹仪应平放在干燥阴凉处，如存放地点潮湿将会使仪器锈蚀。数字回弹仪长期不用，电池内的电解质宜发生泄漏，腐蚀电路的连线系统。

3.4 混凝土超声波检测仪

本节给出了混凝土超声波检测仪和换能器的技术要求。

第4.1.2 条本条分别对模拟式和数字式超声波检测仪的技术性能提出了要求。这两类混凝土超声波检测仪的特点是：

（1） 模拟式仪器的接收信号为连续模拟量，通过时域波形由人工读取声学参数。其中，声时采用游标或整形关门信号关断计数电路来测读脉冲波从发射到计数电路被关断所经历的时间，并经译码器和数码管显示出来。波幅读数是通过人工调节，读取衰减器的“dB”数或首波高度“格”数。

（2） 数字式仪器是将所接收的信号经高速A/D 转换为离散的数字量并直接输入计算机，通过相关软件进行分析处理，自动读取声时、波幅和主频值并显示于仪器屏幕上。具有对数字信号采集、处理、存储等高度智能化的功能。

第4.1.3 条本条规定了超声波检测仪应按现行行业标准《混凝土超声波检测仪》 JG/T 5004 的要求进行质量检定。

第4.1.4 条规定了两类超声波检测仪应满足的通用技术要求。

第4.1.5 条规定了对于模拟式超声波检测仪，按CECS 02：2005 规定执行。

第4.1.6 条对数字式超声波检测仪还应满足以下技术要求：

（1）“具有采集、储存数字信号并进行数据处理的功能”。采集、存储数字信号并按检测要求对数据进行计算处理，是数字式超声波检测仪应具有的基本功能。

（2）“具有手动游标测读和自动测读两种方式。当自动测读时，在同一测试条件下，在1h 内每5min 测读一次声时值的差异不超过±0.2μs”。数字式仪器以采用自动判读为主，在大距离测试或信噪比极低的情况下，需要用手动游标读数。不管手动还是自动判读声时，在同一测试条件下，测读数值都应具有一定的重复性。重复性越好，说明声时读数越准确可靠，故应建立一个声时测量重复性的检查方法。在重复测试中，首波起始点的样本偏差点数乘以样本时间间隔，即为声时读数的差异。

（3）“自动测读时，在显示器的接收波形上，有光标指示声时的测读位置”。在自动判读声时的过程中，仪器屏幕上应显示判读的位置，这样可及时检查自动读数是否有误。

第4.1.7 条参照CECS 02：2005 规定，本条款规定了综合法采用的超声仪的使用环境温度，“超声波检测仪器使用时，环境温度应为0～40℃”。

第4.2.1～4.2.2 条换能器技术要求：“换能器的工作频率宜在50～100kHz 范围内、实测主频与标称频率相差不应超过±10%”。大量模拟试验表明，当换能器工作频率为50～100kHz 时所测声速偏差较小；换能器的实际频率与标称频率应尽量一致。

第4.3.1～4.3.3 条 规定了“检测时，应根据测试需要在仪器上配置合适的换能器和高频电缆线，并测定声时初读数t0；检测过程中如更换换能器或高频电缆线，应重新测定t0”。为确保仪器处于正常状态，应定期进行保养，工作时应注意防尘、防震；存放时应注意防潮排湿。

3.5 检测技术及计算

本节给出了超声回弹综合法检测混凝土抗压强度的抽样数量、测区布置、回弹测试及回弹值计算、超声测试及声速值计算的相关规定。

第5.1.3 条综合法测试以取得代表性较高的总体混凝土强度数据，要求“随机抽取构件，抽取数量不宜少于同批构件总数的30%且不宜少于10 个；当构件数量少于10 个时，应对全部构件进行检测；当检测批构件数量大于30 个时，抽样构件数量可适当调整，并不得少于国家现行有关标准规定的最少抽样数量”，因公路工程的构件数量可能少于10个，此处补充了构件数量少于10 个的情况。

第5.1.4 条某一方向尺寸不大于4.5m，且另一方向尺寸不大于0.3m 时，作为是否需要10 个测区数的界线。另外，当受检构件数量较多且混凝土质量较均匀时，如果还按10 个测区，检测工作量太大，可以适当减少测区数量，但不得少于5 个测区。

“测区表面应清洁、干燥、平整”，检测面必须为混凝土原浆面，已经粉刷的构件应将粉刷层清除干净，注意，切不可误将砂浆粉刷层当作混凝土原浆面进行检测。“测区布置必要时，可用砂轮片清除杂物和磨平不平整处，并擦净残留粉尘”。如果养护不当混凝土表面会产生疏松层，尤其在气候干燥地区更应注意，应将疏松层清除后方可检测，否则会造成误判。对于薄壁小型构件，必须加以可靠支撑，使之有足够的约束力时方可检测。

第5.2.1 条“回弹测试时，应始终保持回弹仪的轴线垂直于混凝土测试面。宜选择混凝土浇筑方向的侧面进行水平方向测试。如不具备浇筑方向侧面水平测试的条件，可采用非水平状态测试，或测试混凝土浇筑的顶面或底面。”因建立测强曲线时是将回弹仪置于水平方向测试混凝土试件的成型侧面，所以在一般情况下，均应按此要求进行现场回弹测试。当结构或构件不能满足这一要求时，也可将回弹仪置于非水平方向（如测试基础坡面等），或混凝土成型的表、底面（如测试已安装好的预制构件）进行测试，但测试时回弹仪的轴线方向应始终与结构或构件的测试面相垂直。回弹值按本规程第5.2.5 条和第5.2.6 条的规定进行修正。

第5.2.4 条本条规定了测区回弹代表值的计算方法，与建立测强曲线时的计算方法一致，不会引进新的误差。

第5.2.5～5.2.6 条 由于现场检测条件的限制，只能进行非水平方向检测时，需按不同测试角度或不同测试面进行修正。

第5.2.7 条“当回弹仪测试采用非水平方向且测试面为非混凝土浇筑方向的侧面时，回弹值应先进行角度修正，再对按角度修正后的回弹值进行测试面修正”。测区回弹值取最后的修正结果。

第5.3.1 条“超声测点应布置在回弹测试的同一测区内，每一测区布置3 个测点；超声测试应采用对测或角测，当被测构件不具备对测或角测条件时，可采用单面平测法。”平测时两个换能器的连线应与附近钢筋的轴线保持40°～50°夹角，以避免钢筋的影响；平测时测距宜采用350 ～450mm。

第5.3.2 条“超声测试时，换能器辐射面应通过耦合剂与混凝土测试面良好耦合”。使用耦合剂是为了保证换能器辐射面与混凝土测试面达到完全面接触，能保证声时测量条件的一致性。

第5.3.4～5.3.5 条规定了测区混凝土中声速代表值的计算和修正方法。混凝土中声速代表值3 个测点平均值；进行对测或斜测时，声速不做修正。

3.6 混凝土强度的计算

本节规定了混凝土强度换算值可采用的测强曲线、本规程测强曲线的适用条件、修正的方法的相关要求。

第6.1.1 条 我国地域辽阔，气候差别很大，混凝土材料种类繁多，工程分散，施工和管理水平参差不齐。CECS02 所建立的全国统一曲线很难适应全国各地的情况，因此提出为提高混凝土强度换算值的准确性和可靠性，应优先采用专用或地区测强曲线进行换算。

（1） 专用测强曲线：由与构件混凝土相同的材料、成型养护工艺制作的混凝土试件，通过试验所建立的测强曲线；

（2） 地区测强曲线：由本地区常用材料、成型工艺制作的混凝土试件，通过试验所建立的测强曲线。

本规程的测强曲线就是依照CECS02 的相关规定，根据云南省的气候和原材料特点制定的地区测强曲线。

第6.1.2 条“有条件的地区和部门，应制定专用测强曲线”。对于有条件的工程项目如能建立该工程项目的专用测强曲线，则可以提高该工程的检测精度。专用测强曲线须经地方建设行政主管部门组织的审查和批准，方能实施。各地可以根据“专用测强曲线、地区测强曲线、统一测强曲线的顺序选用测强曲线”。

第6.2.1 条本次建立测强曲线采用的混凝土立方体试件共384 组1152 块，取自小龙、弥泸、香丽三条高速公路和昭通大山包一级公路，涵盖了C30、C35、C40、C45、C50、C55 共6 个强度等级和7d、14d、28d、60d、90d、180d、360d 共7 个养护龄期。按照最小二乘法原理，利用EXCEL 进行曲线拟合，得到的回归方程如下：

（2） 该曲线的相关系数为0.841，相对误差（er）为9.83%，符合《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》CECS 02 规定的相对误差不应大于14%的要求。本规程试验所用原材料的基本情况：水泥（42.5、52.5）；粗集料（碎石5～31.5mm）；细集料（机制砂、河砂、机制砂与河砂混合）；外加剂（聚羧酸）。由于目前公路工程普遍采用集中式拌和混凝土，桥隧结构混凝土配合比设计普遍使用大砂率、大流动性混凝土，混凝土拌合物的工作性能是可泵的，尽管实际施工并非都是泵送工艺。泵送与非泵送对混凝土的影响主要体现在含气量上，编制组调研发现云南省公路工程用混凝土含气量普遍较低（0.4%～4.1%，平均仅为1.7%），因此泵送工艺对硬化混凝土内部孔隙的影响可忽略不计，因此本规程给出的曲线均适合泵送和非泵送工艺。

第6.2.2 条本条限定了本规程测强曲线不适用情况。粗集料最大公称粒径大于60mm，已超出试验时试件粗集料的最大公称粒径；构件生产中，有的并非一般机械成型工艺可以完成，比如加压振动或离心法成型工艺，超出了本规程的使用范围；对于在非平面的构件上测得的回弹值与在平面上测得的回弹值关系，目前国内尚无试验资料，现参照国外资料，规定凡测试部位的曲率半径小于250mm 的构件一律不能采用本规程测强曲线；混凝土表面湿度对回弹法测强影响很大，应等待混凝土表面干燥后再进行检测。

第6.2.5 条规定了“当结构或构件中的测区数不少于10 个时，各测区混凝土抗压强度换算值的平均值和标准差”的计算公式。如测区混凝土强度标准差超出本规程6.2.8 条规定，说明该批构件的混凝土制作条件不尽相同，混凝土强度质量均匀性差，不能按批推定混凝土强度。

第6.2.6 条规定了本规程采用的修正方法，采用修正量法。

第6.2.7 条规定了混凝土强度的验收与评定。按本规程检测推定的混凝土抗压强度不等于施工现场取样成型并标准养护28d 所得的试件抗压强度。因此，在正常情况下混凝土强度的验收与评定，应按现行国家标准执行。

第6.2.8 条当测区间的标准差过大时，即：

（1） 一批构件的混凝土抗压强度平均值=25.0～50.0MPa，标准差＞5.50MPa；

（2） 一批构件的混凝土抗压强度平均值＞50.0MPa，标准差＞6.50MPa，说明已有某些系统误差因素起作用，例如构件不是同一强度等级，龄期差异较大等，不属于同一母体，因此不能按批进行推定。

4 结语

为填补云南省专门针对公路工程的超声回弹法检测混凝土抗压强度相关标准规范的空白，同时规范公路工程混凝土质量检测和科学评定验收混凝土强度，从而降低误判、错判概率，对防范工程事故、保证工程质量及促进云南省公路工程建设混凝土应用技术发展，标准编制组对《云南省公路工程超声回弹综合法检测混凝土抗压强度》进行了编制。《云南省公路工程超声回弹综合法检测混凝土抗压强度》DBJ53/T-102-2020 的实施，将有效规范公路工程混凝土质量检测和科学评定验收混凝土强度，保证工程质量，促进公路工程混凝土行业的技术进步。