超聲—回彈結合取芯綜合法在水利工程檢測中的應用

韓勝利

新疆兵團勘測設計院集團股份有限公司石河子分公司 新疆 石河子 832000

水利工程施工過程中主體混凝土澆筑成實體后，應高度重視混凝土各項檢測，掌握實體強度與質量，這對水利工程的整體安全性有著良好保障。通?；炷翆嶓w強度檢測主要是現場檢測，可配合鉆芯取樣，檢測并計算回彈值，根據檢測得到的數值對強度進行推定，判斷實體強度是否達到規定的標準。超聲—回彈法與取芯法是常用的混凝土強度檢測方法，尤其是鉆孔取芯法的抗壓強度檢測準確度高，但鉆孔取芯的檢測操作會損傷構件，如果檢測重要構件則可行性較低，且不利于大范圍檢測，近年有研究將上述方法結合檢測的作用顯著。

1 超聲—回彈法的混凝土強度測定

超聲法與回彈法的原理較類似，這兩種方法測定混凝土強度主要是利用混凝土強度和混凝土特性存在的關系為基礎理論，先將與混凝土強度有關的單一物理量檢測，再進行間接推算，獲得強度值。不同的是超聲法是根據超聲波在介質中的傳播速度和強度存在的關系，基于彈性波動理論而言，超聲波傳播速度的有關因素有混凝土彈性模量以及密度等；而回彈法主要是考慮混凝土表面硬度和抗壓強度存在的關系。這兩種方法綜合測定混凝土抗壓強度結果準確度高。應用時主要是對混凝土構件進行超聲法與回彈法檢測，獲得回彈值與超聲波的聲速，將測得的數據代入公式進行計算，具體公式：公式中混凝土強度值為，超聲波聲速為Va)，修正回彈值為(Ra，)骨料種類系數為A、B和C，如果骨料是卵石，A值為0.038，B值為1.23，C值為1.96，骨料是碎石，A值為0.008，B值為1.72，C值為1.57[1]。需要注意的是檢測時，兩組方式均要檢測同個構件的同一區域，測定數值前取3個點位，3次檢測取平均值，保留兩位小數即可。

超聲—回彈法的混凝土強度測定流程包括：（1）布置測點。先回彈測試每個檢測區域的混凝土構件，對測試面進行修正，計算回彈角度與混凝土強度等。再采用超聲儀進行超聲測試，在兩個相對結構測試面布置測點，考慮檢測區域的大小，調整好測點數量，注意保持兩個相對結構的測點對稱。（2）檢測測點。將同測區的超聲測點進行回彈測試，布設好相對側面，注意在同軸線上裝接受和發射轉化器，保證混凝土表面和換能器密切接觸，使測點位置的表面平整，防止檢測過程中出現短路，避免檢測過程中有聲波順著鋼筋傳播的情況，注意避開在和鋼筋平行的方向布置測點。（3）聲波耦合。通常耦合劑是黃油，將黃油涂擦在超聲測點的位置，之后再開始超聲檢測，一般檢測過程中換能器可以擠出黃油，使檢測儀器的探頭和混凝土呈良好的耦合狀態。（4）修正波速。再進行混凝土澆筑底面和頂面檢測時，注意對波速進行修正，尤其加強側面與底面、澆筑頂面的檢測。根據修正后獲得的聲速值與回彈值，對混凝土構件強度進行換算，通常不考慮碳化深度時，以多項物理參數反映混凝土構件的強度，綜合各種要素反映強度值，這能有效防止部分物理量和強度有關的要素出現誤差。

超聲法與回彈法的單一物理量的檢測價值高，能獲得很高的準確度，且檢測過程的可靠性高。建議混凝土構件強度檢測在澆筑完成一周后，這時檢測的結果準確度高，能在短時間獲得檢測結果，反映構件的強度是否達到標準。在以回彈法檢測混凝土構件時，檢測表面會受到一定的影響，外界因素會對表面的各項指標造成影響，混凝土的齡期不同，則上述情況會出現不同程度的改變，比如碳化結硬時，回彈值相對較高，但環境潮濕狀態下獲得的回彈值相對較低。這時采用超聲法進行檢測的價值較低，獲得的結果常有較大的差異，齡期長則混凝土內部干燥度會增強，超聲傳播速度會隨之降低，而潮濕環境下的速度降低更明顯?？紤]到濕度環境與混凝土齡期之間的關系，在檢測時采用超聲—回彈法，這兩種方式的結合，能對構件的表面硬度與構件內部的物理性能進行反映，且檢測過程對構件造成的損傷小，得到的混凝土強度值更為準確，各方面評估更加客觀。

2 取芯法的混凝土強度測定

取芯法主要是采用取芯機鉆孔取芯，對構件的芯體進行檢測，這種方法直觀度高，操作簡單便捷，有較高的精確度，檢測時采用鉆機在混凝土結構上直接取芯，對芯樣做抗壓試驗，通過芯樣的強度，對混凝土構件的強度進行評定。鉆孔取芯法的檢測效率高，不僅能用于混凝土構件，也能用于磚、大理石與硬石料等材料，常用的鉆孔鉆頭是金剛石空心薄壁鉆頭，再結合混凝土強度值，芯樣高徑比主要是1:1，直徑一般是100mm，通過檢測能反映出混凝土結構是否有質量缺陷，并能得出構件的強度。取芯法對混凝土結構的火災損傷以及受凍深度等情況進行有效的檢測，尤其能觀察到不同分層的接縫處理質量，對混凝土構件的空洞與離析、裂縫寬度等方面缺陷的判斷更加準確。這種方法能直接反映混凝土構件的內部質量狀況，對各方面情況能直接判斷，與試塊檢測相比，對構件的各方面情況反映更加真實客觀，但要注意的是在強度小于10MPa的混凝土構件進行檢測時，得到的結果誤差性較大，或者不適用于齡期較短的混凝土構件。

取芯法的混凝土強度測定流程包括：（1）裝鉆頭。取芯主要是裝上適宜直徑的空心鉆頭。（2）固定鉆機。再把鉆孔移動到需要檢測的區域，以膨脹螺絲對鉆孔進行固定，根據檢測區域的具體情況，對地腳螺絲進行有效的調整，保證鉆機的穩定性，也可以采用重量大的底板對取芯機進行有效固定，避免進行取芯操作的過程中出現機器移動的情況。（3）檢查水源與發電機。將水源接上后注意檢查有無水流出，確定有水流出后將發電機啟動。（4）鉆進取樣。旋轉手柄使鉆頭接觸到切削的位置，切進10mm左右時，采用手柄加壓的方式，提高旋進速度，完成后保持鉆頭在旋轉狀態下提升，在距離構件表面大約5mm時將電源關閉，鉆頭離開構件表面時將水源關閉[2]。（5）芯樣送檢。將之前固定的螺栓取掉，移動取芯機到規定區域，以夾鉗將芯樣緩慢取出并送去檢測。

取芯法需要高精度的工藝對樣本進行加工，取樣操作對工藝技術的要求高，要高度關注根柱邊的垂直度，保證兩端表面的平整度達到標準要求，如果平整度不達標，則會對構件強度檢測結果造成較大的影響，比如常見偏低的情況；再者是要加強鉆芯數量與位置等方面情況調整，避免對強度測量結果造成較大影響，尤其要對勞動強度進行嚴格控制。實際的檢測過程中注意對檢測時長進行有效控制，避免檢測時長過長，防止對混凝土構件造成局部損傷，如果鋼筋稠密，則不建議采用取芯法檢測，以防檢測結果受到較大影響。

3 芯樣強度值修正回彈強度值

鉆芯修正時要考慮到標準芯樣的具體情況，取芯樣的數量要大于等于6個，保證芯樣直徑100mm，高徑比在0.95-1.05之間，如果是小直徑芯樣，則取芯樣數量要大于等于9個。要求在回彈測區域取芯樣，對回彈檢測區均勻覆蓋，并對高中低測區回彈值進行換算。采用專業的技術規程作為芯樣鉆取和加工、抗壓強度檢測的依據。取鉆芯區回彈測區未修正的混凝土強度換算值平均值，以及鉆取芯樣抗壓強度平均值，對修正量進行計算，計算公式為：

4 水利工程實際案例檢測

超聲—回彈法與取芯法均可用于水利工程檢測，但單一采用任何一種方法檢測有局限性，兩種方法均有優缺點，所以將兩種方法有效結合，用于水利工程檢測的可行性高。超聲—回彈結合取芯綜合法檢測水利工程混凝土質量時，可使取芯法檢測的鉆芯數量明顯減少，不僅能使檢測可靠性與準確度提高，也能減少檢測對混凝土構件造成的損傷[3]。

4.1 工程案例

本次選擇某水利工程為案例進行分析，該水利工程混凝土結構澆筑完成一周到兩周之內，主要目的是對C30混凝土實體結構的強度進行檢測，對超聲—回彈結合取芯綜合法的應用情況進行分析。對混凝土結構試塊的強度進行檢測，方法采用綜合法、回彈法，將獲得的數據進行比較，分析檢測數據之間的差異，總結超聲—回彈結合取芯綜合法的應用情況。試驗檢測結果見表1。

表1 試驗檢測結果

綜合分析上標數據得出，采用回彈法檢測混凝土強度可以對混凝土構件表面情況進行基本反映，得到的數據偏差相對較少，但這種方法不能對構件內部是否存在缺陷或者強度有效反映；采用超聲—回彈結合取芯綜合法檢測的誤差較小，但獲得的檢測數據較小，經計算誤差在20%—35%之間，分析顯示這個范圍已經超過15%誤差允許范圍，說明此地區檢測不能采用同一測強曲線，針對混凝土強度的檢測與計算，建議用地區測強曲線，或者可以采用專業測強曲線，這種曲線適用于此地區混凝土強度的檢測。

4.2 實際檢測

建立專用測強曲線前做好水利工程建設地的數據采集，注意每項數據采集要符合規程。布置好綜合法測區，考慮工程的高程與設計標號區域、取芯位置等，要對取芯的部位進行處理，以砂輪對表面進行打磨，測定該部位的回彈值，將黃油涂擦在測試部位，測定混凝土的聲時值。隨即采用專門的鉆機獲得芯樣，注意芯樣位置的各項檢測應和其他的批量測試同時操作，這樣能使檢測效率有效提高。要避免各種數據處理時出現對應錯誤，在實際檢測過程中可以把芯樣位置的回彈值和聲時值單次記錄，做好各項檢測數據的注明，包括工程的名稱與芯樣的位置、對應的編號等。將獲得的芯樣拿到室內，采用專業的器械將芯樣進行切割，確保高徑比為1:1，保證試件標準，再將兩端進行磨平處理，隨后采用硫磺膠泥對其進行補平，要將試件自然干燥，三天后開始抗壓強度試驗。將檢測各區域的芯樣回彈值與聲速值、芯樣抗壓強度等數值進行綜合分析，把各數據帶入對應的方程式中，得到此水利工程超聲—回彈結合取芯綜合法測強曲線回歸方程，檢測相關系數與相對標準誤差，結果顯示基于專用測強曲線的超聲—回彈結合取芯綜合法得到的測強曲線相關性良好，各項指標滿足水利工程的設計標準與工程規程，最終得到的相對標準誤差在可參考范圍內。采用各個測區獲得的聲速值與回彈值，運用專門的公式計算，得到各個測區不同高程的強度，本次檢測結果顯示混凝土強度范圍符合規定標準，平均強度以及變異系數在可參考范圍之內，也符合國家水利工程混凝土施工質量要求與相關標準，根據容許應力法設計的水利工程混凝土強度保證率要超過80%，經系統計算與推定，此水利工程混凝土強度總體符合標準。

綜上所述，混凝土芯樣的強度檢測，可以非常真實的反映混凝土結構母體的強度，實際工程檢測時可以取適量的芯樣，以專用測強曲線為基礎，采用超聲—回彈結合取芯綜合法進行強度檢測，批量評定后的結果準確度高，這種方法能有效解決單一方法檢測水利工程混凝土的局限性，或者不能采用非破損檢測方法的水利工程混凝土強度檢測，針對無法直接用現行規范的測強曲線的問題有效解決。

5 結論

混凝土構件的強度檢測可以采用超聲—回彈結合取芯綜合法，這種綜合法能使現場檢測更加便捷，且效率更為高效，可以對混凝土構件的結構與內部構造充分反映，同時也能反映出表層的具體狀況，獲得混凝土母體的彈塑性。上述兩種方法的結合可以使水利工程混凝土強度檢測系統性更強，檢測結果的準確度相對較高，且符合混凝土力學性能與特點，比單一方法檢測的精度高，得到的數據更加符合實況，需要注意的是地域因素可能對測強曲線有影響，檢測前要綜合考慮水利工程的施工地，選擇適宜的測強曲線，確保檢測數據的準確性，本次水利工程檢測前建立專用測強曲線，采用超聲—回彈結合取芯綜合法檢測混凝土強度的準確度高。