超声回弹综合法在水库堆石混凝土性能检测中的应用

李友彬，朱柏松，唐晓玲，何涛洪，乔志超，杨 林，吴弦谦

(1.贵州大学土木工程学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563002；3.北京华石纳固科技有限公司，北京 100085)

超声回弹综合法是利用超声仪和回弹仪，检测混凝土的声速值和回弹值推定混凝土强度和匀质性，具有不破坏结构，不影响使用性能等特点。贵州遵义绿塘水库堆石混凝土(RFC)单曲拱坝，坝顶高程829.50m，坝顶宽6.0m，最大坝底厚16.0m，最大坝高53.5m。绿塘水库是国内首座不分横缝和应用混凝土预制块模板的堆石混凝土拱坝。因此，进行遵义绿塘水库RFC超声回弹综合法的试验研究具有重要意义。

1 理论基础

本试验采用超声回弹综合法对RFC进行检测。声波速度是岩体及其大体积混凝土物理力学性质的重要指标。RFC声波速度不仅取决于堆石与自密实混凝土(SCC)本身的强度，还与堆石和SCC的粘接程度、RFC内部密实度、有无孔洞等有着密切的关系。因此，采用超声波和回弹法检测RFC，可以很好地反映均匀性、密实度和强度等评价指标。

2 试验概况

本研究基于贵州遵义绿塘水库实体工程浇筑的堆石混凝土试验仓，对其采用绳式切割机切割、加工成型大试件，试验研究堆石混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量等指标，以此为基础结合综合法开展试验，找到对应关系，提供可靠的参考数据。

2.1 堆石混凝土材料指标

SCC等级C15，扩展度710mm，坍落度280mm，V型漏斗下落时间13s。

堆石混凝土采用材料：P.O42.5普通硅酸盐水泥；II级粉煤灰；粒径5～20mm连续级配碎石；细度模数为2.9，石粉含量14%级配较差的机制山砂；华石纳固专门生产的聚羧酸高效减水剂HSNG-T，减水率28%；混凝土用水为施工现场用水；粒径大于300mm的石灰岩块石随机堆放，表观密度2.63g/cm3。自密实混凝土SCC填充率45%，堆石率55%。

试验采用C9015W6F50等级的SCC进行RFC浇筑。C15等级的SCC配合比及其性能见表1。

表1 自密实性能混凝土配合比 单位：kg/m3

2.2 试件的制备

采用同材料、同环境、同工艺，选用水库料场爆破开采的大块石，以自密实混凝土配合比，按实际施工工艺在绿塘水库施工现场浇筑2200mm×2200mm×2200mm的试验仓，与坝体同样环境条件养护，到90d龄期用绳式切割机对大试件进行切割，运输到贵阳石材加工厂按照规定的几何尺寸精度进行切割和打磨，如图1所示，尺寸见表2。首先进行超声回弹综合法试验，再进行抗压强度、劈裂抗拉强度、静力弹性模量试验。

表2 堆石混凝土大试件试验内容及尺寸

图1 现场试验仓及加工立方体大试件

2.3 试验设备及过程

采用回弹、超声综合法检测的RFC大试件经切割加工成型，在标准养护下达到规定龄期按照相应方法进行检测。回弹仪选用经相关资质单位检定的山东乐陵回弹仪厂的中型回弹仪。选用经相关资质单位检定的上海铭创超声波检测仪。

超声检测：采用山砂混凝土测强曲线。曲线方程为

(1)

采用对侧法，在试件浇筑面的两个对应垂直面从上到下，从左到右各面布置3个对应测点，间距为450mm，采用合适耦合剂保证超声换能器和检测面良好耦合。取三组超声平均值为代表值。

回弹检测：选用试件浇筑面没有用于超声检测的另外两个对应垂直面。在试件回弹检测的两个面上按规定对应回弹8个回弹值，共计16个数值按一个检测区进行数据处理，得到回弹代表值。

抗压强度检测：超声、回弹检测完毕后，按抗压强度试验的标准方法进行强度试验。

3 超声回弹试验试验数据

3.1 试验数据统计

采用超声回弹综合法对RFC进行试验，该方法检测RFC大试件的试验数值见表3—4，推定值如图2—3所示；RFC大试件抗压强度、劈裂抗拉强度与声速关系见表5—6、对应的比例关系如图4所示。

表3 超声回弹值和切割大试件强度值对应关系

表4 超声回弹综合法检测RFC大试件推定值

注：横表头1为综合法回弹强度推定值/MPa；2为综合法声速推定值/(km/s)；3为抗压强度实测值/MPa；4为劈裂抗拉强度实测值/MPa；表中“/”代表对大试件只做超声回弹试验。

图2 综合法检测RFC强度推定值

图3 综合法检测RFC声速推定值

表5 回弹强度值所占比例 单位：MPa

表6 超声值所占比例 单位：km/s

图4 RFC大试件数值关系

3.2 试验汇总

从以上数值推导，RFC回弹推定值在20MPa以上占了全部测试点的100%。RFC波速推定值在3820m/s以上的占了全部测试点的71.2%。

3.3 综合法测强曲线方程回归系数

综合法RFC测强曲线选多元非线性幂函数方程：

(2)

通过OriginPro 8和Excel软件程序相互对比计算得出：A=33.32176；B=-0.097；C=0.01。

则综合法测强曲线回归方程为

(3)

4 结论

根据试验研究和分析，得到如下结论：

(1)RFC回弹推定值满足要求，但是数值范围离散。

(2)RFC波速从1970m/s至5310m/s分布，数值范围离散，但是3820m/s以上波速所占比例较大。

(3)RFC复合材料采用回弹法试验易回弹在堆石上，不宜采用回弹法判定RFC强度推定值。但可以采用声波法试验评定RFC的匀质性和密实度。

(4)RFC超声回弹综合法测强曲线如文中所示，但是样本较少需要进一步研究。