桥梁结构混凝土强度分析中超声回弹综合法的应用探讨

项 烨

（吴江建设工程质量检测中心有限公司，苏州 215200）

桥梁结构混凝土强度分析中超声回弹综合法的应用探讨

项 烨

（吴江建设工程质量检测中心有限公司，苏州 215200）

本文介绍了超声回弹综合法的基本原理，研究了桥梁结构混凝土强度分析中混凝土抗压强度和回弹值、声速值之间的关系，说明了超声回弹综合法的优越性。提出在实际应用中的注意要点。

超声回弹综合法 桥梁结构 混凝土强度分析

桥梁是一个长期使用的基础设施，不断发生的桥梁倒塌事故让桥梁混凝土结构的耐久性得到了工程界越来越多的重视。对现有桥梁混凝土结构强度的检测在工程界越来越重要。其重要性体现在两个方面。第一，通过对现有结构强度的检测，可以全面评价混凝土结构的可靠性；其次，对那些还能够使用的结构物，可以根据检测结果，确定是否有必要采取一定的加固补强措施。为了实现上述检测的目的，在桥梁结构混凝土强度检测中，为了达到比较理想的检测效果，无损检测方法往往是首选[1]。在目前常用的无损检测方法中，超声回弹综合法以其独特的优势得到了广泛的应用。

一、超声回弹综合法原理

超声回弹综合法是一种无损检测技术。而有时候为了达到更加精确的检测结果，会综合两种或者两种以上的无损检测方法去开展，并建立混凝土抗压强度和这多个物理量之间的相关关系，从而利用拟合的测强曲线来计算混凝土的强度。

超声回弹综合法利用回弹法来测定混凝土的表面硬度，这个测量的值就是回弹值。利用超声仪测定超声波在混凝土结构中的传播时间，从而计算出超声波在混凝土结构中的速度，通过回弹值和声速值拟合混凝土结构的测强曲线，然后可从中推定混凝土结构的强度[2]。其中，声速值反应了混凝土内部的密实度，混凝土强度不同，此时的密实度也是不一样的。从这个角度来讲，声速值和混凝土强度之间存在一定的关联性，也是客观存在的。通过对比回弹值和声速值综合后的相关关系，原来对单一参数有较大影响的因素，如水泥种类、混凝土含水量和混凝土碳化等对测试结果的影响都没有原来单一参数时那么显著。

二、超声回弹综合法在桥梁结构混凝土强度分析中的应用

2.1检测设备和检测方法

对桥梁结构混凝土强度的检测以桥面混凝土构件为主。将混凝土桥面按照原有的板块分成若干部分。针对每一个构件，按照规程或者有关规定布置一定数量的测区，测区尺寸控制为 20×20cm2，板块两个测量面上对应的两个 20×20cm2方块视为一个测区。在一个板块构件上均匀布置若干个测区，然后进行回弹值和声速值的测量。对于同一个测区，建议先进行回弹测试，然后进行超声声速测试[3]。

检测设备根据超声回弹综合法的要求选择适合的设备，包括声波检测仪和混凝土回弹仪。其具体的检测步骤按照相关仪器的使用说明和规定进行。

2.2 回弹值的测量和计算

在测量回弹值的时候，按照回弹仪的一般操作规定进行，其次，在施压的时候应该均匀而缓慢，在弹击锤脱钩前不应该施加冲力。在其测量原理为：对于测区的两个面进行8个回弹值的测量，在此基础上得到16个回弹值，去除其中三个最大的和三个最小的，以余下的10个回弹值取平均数就得到这个测区的平均回弹值，其计算公式如下[3]：

（1）

式中，Rm—测区的平均回弹值

Ri—第i个测点的回弹值

如果是在非水平状态下测量的回弹值，应该按照（2）式进行修正，修正公式如下：

（2）

式中，Ra—修正之后的测区回弹值

Raα—测量角度为α的回弹修正值

如果是顶面和底面测得的回弹值，按照（3）式进行修正，修正公式如下：

（3）

式中，Ra—修正后的测区回弹值

—测试顶面的回弹修正值

—测试底面的回弹修正值

在进行测量的过程中，仪器难以达到水平状态的话，构件测区就不是混凝土的浇筑侧面，此时就需要对其进行矫正，在此基础上对于浇筑面进行修正。

2.3 声速值的测量和计算

测量声速值的时候，在每个测区对应的两个测面上分别布置3个测量点，保证换能器和混凝土耦合良好，使发射和接收换能器在同一条轴线上。测区的声速值采用以下两个公式计算：

（4）

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式中，Vi—测区声速值，单位m/s

l—超声测量距离，单位m

tmi—第i个测区的平均声时值，单位s

t1，t2，t3—分别为测区中三个测点的声时值，单位s

如果在混凝土浇筑的顶面和底面测试，混凝土构件的上表面砂浆比较多，强度偏低，混凝土构件的底面粗骨料比较多，强度会偏高，这样测得的值与侧面是有区别的。其次，如果混凝土构件表面浇筑不平整，那么会使声速值偏低，因此在对混凝土构件上表面和下表面进行声速测量时应该按照以下公式进行修正，修正公式如下：

（5）

式中，Va—修正之后的测区声速值，单位m/s

根据测量得到的回弹值和声速值数据，按照以下公式推算混凝土强度，公式如下：

（6）

3 影响测量结果的因素

由于超声回弹综合法检测混凝土强度是通过混凝土构件表面硬度、超声声速等物理量来间接推算混凝土强度，而混凝土是一种混合材料，其性能受自身材料组合和外界环境的影响较大。通过分析不同水泥品种、不同粗骨料种类、环境温度和湿度等因素来对比测量结果，通过消除不利因素的影响，提高测强曲线的精度，拓展超声回弹综合法的适用范围。

3.1 粗骨料种类对测量结果的影响

超声声速和回弹值对混凝土内部截面粘结状态并不敏感。在砂浆配比相同的情况下，粗糙的碎石因为表面棱角分明，空隙多，因此其与砂浆的结合能力相较卵石也更强，因此，碎石混凝土的强度较卵石要高。通过实验[4]，这种差别在测强曲线上表现明显。所以，如果当石子品种不同的时候，应该针对不同的粗骨料种类分别建立测强曲线。提高拟合的准确性。

其次，粗骨料的粒径大小对超声声速测量有一定的影响，粒径越大，混凝土构件抗压强度越小，但是超声声速变大。

3.2 环境温度对测量结果的影响通过对不同温度下相同混凝土试块的超声声速测量，结果表明，环境温度对超声声速的影响不大，可以忽略。

3.3 环境湿度对测量结果的影响

通过实验可以证明，湿度越大，回弹值越低，并且这种影响随着混凝土强度的增加而变小。而混凝土的超声声速则随着湿度的增大而增大。采用超声回弹综合法可以在一定程度上消除湿度对强度测量结果的影响。由于不同地区环境变化较大，湿度变化也大，所以在桥梁混凝土结构现场测量的时候应尽可能选择干燥状态。

4 超声回弹综合法对桥梁结构混凝土强度分析的利处

在桥梁施工过程中，如果由于施工控制不严发现混凝土强度不够的时候，可以优先采用超声回弹综合法测量。当需要了解在桥梁施工期间混凝土结构强度增长情况，可优先采用超声回弹综合法。当需要对已建成桥梁进行混凝土结构强度的测量时，可优先采用超声回弹综合法。

结束语：

为了达到对桥梁进行无损检测的目的，可以选择超声回弹综合法进行检测，该方法通过检测声速值和回弹值两个物理量，将其综合来拟合混凝土结构强度曲线，从而得到单一物理量无法得到的精确度和稳定性。推算得到的混凝土结构强度较为全面客观地反映了影响混凝土强度的各种因素，提高了无损检测的精度，保证了桥梁工程的安全性。

[1]邓旭华.超声回弹综合法在钢筋混凝土拱桥路面结构检测中的应用[J].混凝土,2004,(3):56-58.

[2]陈满红.超声回弹综合法在混凝土强度检测中的应用[J].检测技术,2009,(12):33-35.

[3]佟成娥.超声回弹综合法在结构混凝土强度检测中的应用[J].无损探伤,2008,32(3):45-46.

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B

1007-6344（2015）02-0316-02

项烨（1986-9），女，江苏苏州吴江，大专，研究方向：工程检测类、交通、道路、桥梁、材料检测，毕业院校：南京交通职业技术学院，职称：助理工程师。