试论超声回弹法在桥梁检测中的应用

曹 丹，刘 涛

(贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司，贵州 贵阳 550000)

1 工程概况

某桥梁工程中桥梁全长为645 m，拱桥位置使用的是高度为1.5 m、宽度为7.6 m，拱轴系数在1～90 m之间的上承式现浇C30钢筋混凝土截面悬链线箱型结构。桥梁建设的时间比较早，经过对桥梁的检测发现在其中部分行车道路的地面边缘产生了渗漏的问题，同时存在着混凝土剥落的情况，内部的钢筋暴露在外，存在锈蚀的问题，应对桥梁的行车道板的混凝土强度进行检测。

2 无损检测技术概述

无损检测技术中包括超声回弹检测技术、光干涉技术以及振动试验技术等，这些技术中使用较多的为回弹法和超声回弹法。对这些技术进行分析以及不足点修正，可结合使用两者的方式进行检测，使检测的准确性得到保障。由于一些检测技术对结构会造成影响，无损检测技术不会对结构造成破坏，同时使用的成本比较低，工作量比较少，在应用中比较简便。

3 回弹法检测混凝土强度的原理

3.1 回弹仪

回弹仪根据其冲击能力的大小可将其划分为三种类型，其中包括轻型回弹仪、中型回弹仪以及重型回弹仪。在C50以下强度的混凝土中适合采用中型回弹仪设备，而在C60以上强度的混凝土中通常使用重型回弹仪。

3.2 回弹法检测仪器

弹值检测的仪器一般使用指针直读式系统的混凝土回弹仪，进行施工的时候，应根据标准检测回弹仪来判断是否达到标准。首先，根据标准能量检测锤脱钩受到水平弹击的时候回弹仪的能量是否满足标准。其次，使用具有60+2HRC洛氏硬度的钢毡进行施工，应将回弹仪的后盖顶住，同时为了保证弹击杆顺利压入仪器外，应对施加一定的压力。之后向后移动重锤，弹击杆受到重锤在脱钩的时候弹击，混凝土表面受到弹击杆的弹击。在弹性作用之下，重锤被回弹，同时将电阻杆的指针滑片划线带动，并且产生了电阻。将压力放松，使重锤复位。当弹击拉簧位于自由状态中的时候，会碰击弹击杆以及弹击簧，根据0刻度的标准检测弹击锤的起跳点是否在该位置之上。最后，应保证在温度条件在-4～40 ℃的范围内的时候使用该仪器。

3.3 回弹法检测的原理

回弹检测的方式是结合部分对整体进行推测，根据混凝土表面的强度来判断桥梁结构整体混凝土的强度，在混凝土强度以及硬度之间的关系下，混凝土表上的冲击杆受到了重锤的冲击作用之后，会产生重锤反击的现象，之后将反弹的距离显示出来。经过检测获得的混凝土强度回弹值以及桥梁表面强度值等数据，结合这些数据能够对混凝土强度进行分析。在分析的时候，需要根据检测得到的结果，建立包含混凝土强度以及回弹值关系的模型图，结合模型图的基础将混凝土强度推测出来。在检测的时候，影响了桥梁检测数据的因素比较多，例如回弹仪器自身的影响等，自身的影响指的是回弹仪的质量以及零部件尺寸等带来的影响。同时，桥梁检测区域的位置以及大小等也会检测带来了影响。此外，桥梁施工中施工使用的材料也对回弹法产生了一定的影响。

3.4 回弹检测技术应用注意事项

检测的时候应注意：在检测单个结构的时候适合采用单个检测法；在生产工艺以及材料和养护条件等相同的情况下，可使用批量检测的方式，之后根据30%、不少于10件的同一批构件的总数进行随机抽样检测，这种方式能够保证抽检的代表性。在检测的时候应考虑到影响因素，其中包括混凝土的含水率、外加剂以及钢筋等方面。

4 超声回弹法在检测中的应用

4.1 建立专用测强曲线

考虑到该工程建设中，使用的为C20强度等级的卵石混凝土，在试验之中应采用相同的工艺条件。将第i个测区的混凝土强度换算值设置为fcu.i，MPa；经过修正之后第i个测区的超声波的素质为Vcu.i，km/s；修正之后得到的回弹值为Rcu.i。对其数据进行整理之后将其中的60组数据进行曲线回归分析，得到测强曲线的回归方程为以下式子

fcu.i=0.005 612(Vcu.i)1.462(Rcu.i)1.928

(1)

分析得到的结果表明，该模型的负相关系数为0.931，相对误差为6.84%，因此得到的结果满足精度检测的要求。

4.2 计算和分析检测结果

在试桥板中使用超声回弹法进行检测的时候，应先根据八等分测区的标准将区域划分为成不同的测区，在测区之中取出10个测试回弹值，并且将最大值以及最小值进行去除。之后根据公式(2)将剩余的8个回弹值的平均值取出，将测区的平均回弹值设置为Rm，有效回弹值为n，第i个测点的回弹值为Ri。应考虑的是在测试条件存在不同的情况下，应将回弹值进行修正。

Rm=(R1+R2+….R8)/n

(2)

在公式中，将测区的声速值设为V，km/s；超声测距设为L，mm；测区的平均声速时值设为tm；测区中的测点用t1、t2、t3来表示。在同一个测区中，超声声速值应在测区中选择三个测点，根据公式(3)以及(4)计算结果。将经过公式计算得到的平均声速值进行修正，修正完成的数值为该测区中的超声声速值。把修正得到的回弹值以及超声声速值代入到公式(1)中，可以得到桥梁行车道板的板面强度数值。

V=L/tm

(3)

Tm=(t1+t2+t3)/3

(4)

根据0.1 us以及1 mm的精确值对测试声速以及测距的数值进行控制，结合1%的范围来控制测量的误差。测量混凝土的侧面的时候，根据测区中的三个测点的混凝土声速值来确定数值。对混凝土浇筑的顶面等进行测试的时候，应结合要求的数值将代表值进行修正。经过对数据的分析可知，其中有45块行车道板有43块的强度达到了规定的要求，而在1～39#的行车板的强度比较低。因此可了解到该工程虽然建设时间早，使用较久，但是行车道板的质量仍然比较好。经过观测下板面中没有横向裂缝，表明该道板没有疲劳损伤的现象。检测中使用为数学回弹仪设备，检测的结果具有可靠性，能够准确获得桥梁的强度，可为桥梁承载力的检测分析提供有效的参考依据。

5 超声回弹检测过程中的影响因素控制

水泥的品种以及使用量对结果没有影响，不需要采取措施进行控制，砂子种类也不会对超声回弹检测方法造成影响。因此，也不需要采取措施处理。石子的种类对超声回弹检测的结果有着影响，需要结合检测的情况绘制测强的曲线，石子的粒径对超声回弹检测的效果的影响比较小，但是在石子的粒径超过了40 mm的时候，应采取有效的方式进行处理。使用外加剂对检测的结果影响不显著，含水率对检测的结果有着比较明显的影响，工作人员应加强对含水率的控制。测试瓶也对检测的结果造成了一定的影响，人员应将测试的要求作为参考依据，利用有效的措施减少其影响。碳化程度对检测的结果产生的影响需要及时修正，在碳化的程度不明显的时候，不需要进行处理。