安徽省公路工程超声回弹综合法测强曲线的建立初步研究

袁 斌 汪远波（安徽省公路工程检测中心，安徽 合肥230022）

1 背景及意义

混凝土的强度就是指混凝土抵抗破坏的能力，其值为在一定的受力状态和工作条件下，混凝土所能承受的最大应力，通常采用规定的条件制作养护的试块，并按标准试验获得混凝土强度，但是对于已经投入使用的结构物，无法采用试块试验获得混凝土强度，要反映结构混凝土的真实质量，就必须对结构钻取芯样或采用非破损的检验方法来对结构混凝土进行检测。相比取芯样方法，无损检测方法具有快速、简便、基本无损伤等特点，被广大检测部门采用[1]。混凝土无损检测技术就是以某些物理量与混凝土标准强度之间的相关性为基本依据，在不破坏混凝土内部结构和使用性能的情况下，利用声、光、热、电、磁和射线等方法，在不破坏混凝土结构的前提下，按相关关系推算出混凝土的特征强度、缺陷等的测试技术。

混凝土强度的检测基础为测强曲线，目前我国全国及部分省市建立测强曲线，如中国工程建设标准化委员会编制的《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，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性质差异也是显著的。因此，目前检测常用的国家统一制订的测强曲线的精度显然不如地区测强曲线和专用测强曲线高，在混凝土强度检测计算中，若不分地区采用同一公式，显然是不太合适的。另外，据有关资料显示，我国制订的回弹法检测混凝土抗压强度统一曲线采用了全国12 个省、市、区共2000 余组基本数据，但只有一半的数据误差在40%以内。因此，要提高混凝土无损测强的精度，必须建立适应本地区的混凝土测强曲线。

目前我国常用的混凝土无损测强技术通常采用回弹仪、超声仪以及超声仪和回弹仪联合测试，依据的测强曲线分别称为回弹测强曲线、超声曲线和超声回弹曲线，本研究就是立足安徽省公路工程特点，结合安徽实际情况，研究安徽省公路工程的回弹测强曲线和超声回弹测强曲线，以获得精度较高、适用性较广的安徽省公路工程测强曲线。

2 影响因素分析

超声回弹综合法影响因素，从国内外研究结果综合分析可知，回弹法、超声回弹综合法测试混凝土强度，原材料、成型工艺影响程度较小。配合比对超声回弹测强两种方法有一定的影响，目前对此影响机理仍在继续研究。对于养护方法、龄期、碳化深度、含水率、测试面、钢筋等因素，对回弹法、超声回弹综合法测强都有影响[2]，其中粗骨料、养护方法影响较为显著[3]，对于回弹法，碳化深度的影响往往表现为龄期的影响。

根据公路建设的实际需要，结合自身工作的特点，针对目前国内测强曲线精度不高的问题，开展了“安徽省公路工程超声回弹测强曲线研究”。研究课题结合国内外研究成果，对回弹法、超声回弹法测强影响因素的综合分析，研究课题所考虑的因素及强度等级见表1。

表1 回弹法、超声回弹法试块制作技术要求

试件制作之前，对使用的混凝土原材料的种类、规格、产地及质量情况进行了调查分析，对原材料的性能进行了检验，符合规范要求原材料，方可用于制作试件。江南片区的水泥一般采用宁国水泥厂产的“海螺”水泥，江淮片区采用巢湖水泥厂产的“东关”牌水泥，淮北片区采用徐州水泥厂生产的水泥。试验采用的水泥为普通硅酸盐水泥。制作试件的骨料采用连续级配。养护方式脱模后先洒水保湿养护7 天，再转到自然条件下养护至测试龄期。

混凝土试块的强度等级分C15、C20、C30、C40、C50 五种[4]。每种强度等级的混凝土采用了最佳配合比或常用配合比进行配制。为了保证每次测试冗余，每次测试试块数为7 块。由于C50 混凝土不采用减水剂进行配制比较困难，一般工程中均采用添加减水剂进行配制，有的工程C40 也采用添加减水剂，根据研究结果实用性考虑，每个片区C40、C50 均应进行添加减水剂和不加减水剂进行试验。因此3 个片区在C50 强度等级进行添加减水剂和不加减水剂的对比研究，则每个片区的混凝土试件的数量为6×7×7=294块，C15-C40 每个强度等级为49 块，C50 强度等级为98 块。

安徽省江南、江淮、淮北三片区使用的超声仪和回弹仪为统一型号，统一进行了标定，并规范统一了使用方法，仪器的各项性能符合有关要求。试验中的所有的强度等级混凝土均采用中型回弹仪进行测试，对于低强度和高强度对回弹仪测试方法精度影响单独作了子题研究。

研究共进行了3 个片区的5 个强度等级7 个龄期的混凝土回弹、超声特征，通过测取不同强度等级、不同龄期的混凝土强度，建立安徽省回弹测强和超声回弹测强曲线。

3 结论

通过研究建立安徽省公路工程混凝土回弹测强曲线及超声回弹综合法测强曲线，具体曲线分别为：

通过研究，得到以下主要结论：

1）回弹值、超声声速与抗压强度相关性较好，获得的试件回弹值、超声声速、抗压强度值的范围3 个片区基本相同，其中淮北地区的超声声速值的标准差较江淮片区和江南片区大；江淮片区的抗压强度值的标准差较另外两个地区大一些。

2）超声、回弹、抗压强度间因素分析表明，强度等级及龄期对回弹值、抗压强度值具有显著影响，但对于超声声速，强度等级及龄期影响不显著。

3）回弹曲线、超声回弹曲线平均相对误差分别为11.67%、11.68%；相对标准差为13.60%、13.75%，非常接近；均远低于国家曲线误差水平，同时满足地区回弹曲线平均相对误差不小于14.0%、相对标准差不大于17.0%[5]，超声回弹曲线相对标准差不大于14.0%的要求。

4）不掺加外加剂的混凝土的回弹和超声与强度关系较掺加外加剂的相关性显著。随着强度等级提高，则相关性也随之降低，回归精度下降。采用超声和回弹两个因素，则不同龄期及不同强度等级间均与强度表现出较好相关性。

5）不同龄期间的回弹与强度间相关性较为显著，但是超声与强度相关性不是显著。随着龄期增长，则相关性也随之降低，回归精度下降。采用超声和回弹两个因素，则不同龄期及不同强度等级间均与强度表现出较好相关性。

6）通过不同测试面的回弹数据进行分析可知，侧面回弹与底面回弹、顶面回弹之间具有较好的相关关系；通过测量碳化深度，进行碳化深度的因素影响分析，并建立了考虑碳化深度的线性模型和二元幂指数复合模型。

4 拓展深化建议

虽然安徽省公路工程检测超声回弹曲线研究达到预期的目标，能够很好地服务于工程建设，但通过研究总结，今后在许多方面可以再进一步拓展深化，主要有以下几个方面：

1）研究采用是室内成型的标样混凝土试块，由于成型及养生差异，室内试件和现场试件存在较大的差异，如果采用现场混凝土试块实施完善侧强曲线研究，就能更好体现现场试件制作和成型的特点，更好的预测实际强度值，进一步提高检测精度。

2）研究发现掺加了外加剂的混凝土回弹、超声与抗压强度表现出不同的规律特性，目前工程实体基本上大部分采用了掺加外加剂，针对这种情况应结合目前外加剂使用情况，今后将进一步开展不同外加剂使用的试验设计研究。

3）研究由于时间较紧，进行强度验证的试块有限，结合研究软件自学习功能，进一步研究采集大量试块进行强度验证和曲线不断修正完善的工作。

4）人工智能模型采用了两、两片区综合的进行分析，其混凝土配合比显得较为单一，今后，将结合实际配合比深化模型与验证工作，扩大使用范围。

[1]于玲,孟繁嵩.超声回弹法检测混凝土强度的影响因素分析[J].北方交通，2010（9）.54-56.

[2]崔士起，孔旭文，石磊.山东省超声回弹综合法检测混凝土强度地区曲线试验研究 [M].北京：中国土木工程学会，1990.230-236.

[3]姜文飞.超声回弹综合法测强曲线的建立[J].科技资讯，2011(24).99.

[4]CECS02:2005.超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程。北京：中国建筑工业出版社出版发行.2005.11.

[5]JGJ/T23-2011.回弹法检测混凝土抗压强度技术规程.北京：中国建筑工业出版社出版发行.2011.7.