水利工程混凝土质量检测技术方法探析

赵宇江，高岳，孙君，于洪福

（吉林省汪清抽水蓄能有限公司，吉林 延边 133299）

普通混凝土是以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例拌合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而形成的一种多相混合材料，因其优异的力学性能、耐久性能，而被广泛应用于水利工程建设。混凝土的性能参数与其所承受的力学特性、运行环境等因素息息相关，因此，不同工程部位混凝土的设计标号有所区别，进而其质量检测技术方法也不尽相同。依据实际工况，合理选用混凝土质量检测方法，实现对混凝土质量的全面、有效评估，为运行维护、除险加固提供有效的技术支撑，是保障水利混凝土工程的安全运行、实用耐久的有效方案。

1 混凝土质量检测的必要性

随着经济、科技的飞速发展，水利工程已成为社会经济发展的重要组成部分，水利工程能否安全、稳定运行，关联到人民群众的财产安全、生命安全及社会利益。混凝土是水利工程建筑应用的主要材料，其质量优劣与水利工程的运行效率、运行安全息息相关，混凝土的质量检测俨然已成为工程关注的重点。工程建设过程中，须对混凝土原材料品质、混凝土生产及施工相关的各个环节施以严格管控，工程投入运行后，应定期采取相应的技术手段对混凝土工程质量进行检测，以便于对工程的使用年限、运行安全及运行效率等指标进行评估，进而确保工程安全、稳定运行。因此，水利工程混凝土质量检测是必要的，通过有效的技术手段，对混凝土的质量状态进行有效评估，为工程质量的评定提供有效的技术参考。结合混凝土质量检测的技术措施、社会效益，将混凝土质量检测的必要性概括为四方面。

1）施工质量的有效保障。通过对混凝土各类原材料的实时监测、检测，实现混凝土配制的源头合理化，以确保混凝土的原材料配比合理、搅拌工艺得当及入模浇筑无误，进而保证混凝土工程施工质量的稳定性和可靠性。

2）结构稳定性的辅助评估。通过有效的检测技术手段将混凝土的缺陷及潜在的问题（如蜂窝、麻面、孔洞、不均匀密实等）准确呈现出来，避免潜在的隐患影响建筑物整体的结构安全[1]，同步将混凝土的各项性能参数准确提出，便于建筑物结构稳定性的评估。

3）除险加固的必要环节。在将蜂窝、麻面、孔洞等缺陷及其分布准确呈现出来的基础上，通过回弹法、钻芯法等技术手段将混凝土的力学参数、耐久性参数准确提出，阐述不同工程部位的混凝土“工作现状”，进一步为工程修补加固提供可靠的技术参考。

4）工程管理的便利条件。安全定检是混凝土构筑物质量评估的必要手段，定期的混凝土质量检测，可将混凝土结构的现有缺陷、性能参数反映出来，便于工程管理者了解工程工作状态及对潜在问题的识别，为工程运行、维护方案的提出提供可靠的技术支持，同时促进工程管理方案的不断优化，提升工程管理水平，进而确保工程质量稳定、可控[2]。

2 混凝土质量检测技术

通过对已建工程混凝土质量的检测，将混凝土当前阶段的工作状态直接或间接地反应出来，结合缺陷特性（如裂缝、麻面及孔洞等）、力学特性（如抗压强度、弹性模量等）及耐久特性（如抗冻标号、抗渗等级、Cl-含量等）等指标特征，进一步对工程质量状况及运行安全余度形成有效评估。现阶段，混凝土质量检测技术手段主要分为两大类，一类是以回弹法、超声波法、雷达探测法等技术手段为主的无损检测，一类是以钻芯法、孔内电视等技术手段为主的半破损检测。无论是无损检测还是半破损检测，均存在一定的优势和局限性，下面对部分常用的混凝土质量检测技术手段进行简要介绍。

2.1 回弹法

回弹法是用弹簧驱动重锤，通过弹击杆（传力杆），弹击混凝土表面，并测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值（反弹距离与弹簧初始长度之比）作为与强度相关的指标，来推定混凝土强度的一种方法。由于测量在混凝土表面进行，所以该方法属于一种表面硬度测试法，是基于混凝土表面硬度和强度之间存在相关性而建立的一种检测方法。

回弹法属于混凝土强度的无损检测方法，主要适用于表层混凝土强度的测试和评价，回弹法检测技术的优势和局限性主要体现在以下三方面。

1）非破坏性。回弹法是一种无损检测方法，不会对混凝土结构造成破坏，其仅作用于混凝土的表层结构，仅要求混凝土表面干燥、平整。结合规程、规范要求，合理规划测区、布置测点，而后采用回弹仪对相应测点进行弹击测试，将回弹值进行碳化深度、测试角度、浇筑面等一系列修正后，推算出混凝土的抗压强度，以此表征混凝土的力学特性。

2）快速便捷。回弹法的测试方法简捷，核心设备回弹仪操作简便，测试前仅需采用钢砧进行校准。回弹法的数据处理过程相对简单，回弹强度实测值经碳化深度、浇筑面、测试角度等修正后，即可得到混凝土抗压强度的推算值。因此，回弹法可以快速对混凝土的抗压强度进行测试、评估，以便为混凝土质量的评定创造条件[3]。

3）局限性。回弹法主要适用于混凝土表层强度的测试、评估，对于混凝土内部结构抗压强度的测试、评估效果不理想，不适用于较大尺寸的混凝土构件或混凝土结构的深层部位。同时，回弹法受混凝土结构的表面状态影响较大，混凝土表面的干燥程度、平整度等因素均会对回弹强度实测值产生一定程度的影响，进一步影响测试结果的准确性。

2.2 超声波法

超声波法是混凝土质量检测的常用技术手段，利用超声波在混凝土材料中的传播特性来推测混凝土内部的结构状态。采用超声波法检测混凝土结构质量时，先采用发射器将高频超声波传送至混凝土材料中，而后采用接收器接收混凝土结构反射回来的超声波信号，反射信号的强弱因混凝土的物理性质、内部缺陷或损伤不同而有所不同。因此，通过分析反射回来的超声波信号，即可获得混凝土结构的相关信息，如声速、波速、材料密度及缺陷等。

超声波法是一种无损检测方法，主要用于混凝土内部结构或状态的推测和评定，超声波检测技术的优势和局限性主要体现在以下四方面。

1）非破坏性。超声波法检测混凝土结构质量时，仅需对结构表面进行处理，如清洁、平整等，无需破坏性处理。

2）高分辨率。超声波法的分辨率较高，可以实现小尺寸缺陷、裂缝或空洞的检测，同时提出混凝土内部结构状态的定量化数据。

3）适用范围广。超声波法适用于各种混凝土结构质量的检测，如墙体、梁柱、桥梁等，其可以检测到不同部位、不同尺寸、不同类型的混凝土损伤或缺陷，以此为依据对混凝土结构的整体质量进行评估。

4）局限性。超声波在混凝土内部传播时会产生一定程度的能量衰减，因此，其关于“尺寸较大的构件”或“检测深度较深的部位”的混凝土质量检测与评定需要结合其他测试技术手段综合判断。

2.3 雷达探测法

探地雷达通过天线发射高频电磁波，接收天线界面反射波，通过分析反射波的波速、波幅、频谱特征和形态特征等相关资料，推断目标体的空间位置、几何形态等情况。探地雷达用于混凝土结构质量检测时，由于混凝土介质与缺陷介质的电磁性质存在差异，缺陷位置处会产生反射波，通过接收到的反射波图像推断混凝土结构内部缺陷情况，某工程部位混凝土的雷达探测情况如图1所示，雷达探测法将混凝土的内部缺陷清晰地呈现了出来。对钢筋分布及混凝土结构内部缺陷进行检测期间，可利用雷达检测技术，结合反射回波速度及振幅等参数明确目标介质情况[4]。

图1 某工程部位混凝土雷达探测图

2.4 钻孔法

钻孔法是一种半破损的检测方法，通过取芯机获得混凝土芯样及孔位，而后开展混凝土的内部缺陷、力学性能及耐久性能检测工作，其对混凝土质量的检测与评定可概括为三方面。

1）通过对混凝土芯样表面情况、断裂情况的观测，可直观地看到混凝土表面存在的缺陷，比如裂缝、孔洞、骨料脱空等，结合芯样表面裂缝的发展情况，可对混凝土裂缝的走势、深度等进行分析，以便于对混凝土质量的整体评价。

2）混凝土芯样可用于制作混凝土的抗压强度、抗渗性能及抗冻性能等试验试件，而后开展相关的性能试验，进而对混凝土的力学参数、耐久性指标进行分析，进一步提供混凝土的力学、耐久性试验成果，以便于混凝土质量的评估。

3）采用孔内电视观测混凝土芯样孔位内的混凝土表面情况，通过图片的拼接、组合，将孔位内混凝土的表面情况直接展现出来，以便于对混凝土质量的评价、分析。某工程部位混凝土的孔内电视调查情况如图2 所示，从图2 可以看出，混凝土内部存在较大的缺陷，通过位移标尺可以准确推算出缺陷大小、位置等信息，通过孔内电视的调查，直观地将混凝土缺陷状态及位置反映出来。

图2 某工程部位混凝土孔内电视观测图

钻孔法的主要优缺点：1）力学参数、耐久性指标精准。抗压强度、抗渗性能及抗冻性能参数是通过试验直接得到，因此，该部分试验数据可直接反应混凝土的真实状态，为混凝土质量的评估提供准确、可靠的数据。2）适用范围广。钻孔法适用于不同类型和规模的混凝土结构，包括大型建筑、桥梁、堤坝等，能够获取全面的结构信息[5]。3）半破损。钻芯取样过程会对混凝土结构造成一定的破坏，需要在设计和施工阶段充分考虑取芯位置和数量，进而避免对结构安全产生影响。

3 结语

综上所述，水利工程混凝土质量检测方法很多，它们各有自身的优点和局限性，因此，混凝土检测应结合工程特性、工作环境、设计要求等因素确定最优的检测方法，以便满足工程质量评估、除险加固的技术要求。随着经济、科技的飞速发展，混凝土的质量检测技术的发展趋势也倾向于无损检测，在不损坏工程部件的情况下，精准、得当地给出工程迫切需求的技术参数，这也是混凝土检测技术今后发展的热点。