对超声回弹综合法检测桥梁结构混凝土抗压强度的分析

2020-09-04王英子曾蓉均

散装水泥 2020年1期

范飞王英子曾蓉均

（中冶建筑研究总院有限公司，北京 100088）

1 超声波回弹综合法的检测原理

这种方法属于无损检测方法的一种，为保证检测结果的真实性和准确性，通常情况下，会应用两种及以上的技术，同时完成混凝土抗压强度与其他物理量之间关系的建立，并利用所获得的拟合曲线对混凝土强度加以判定。在检测混凝土抗压强度时应用回弹法会得到回弹值，然后，借助超声波设备在混凝土内部发射超声波，依据超声波的传播时长，准确计算超声波的速度，将回弹值和声速值作为基础，得到与混凝土强度相关的拟合曲线，依据拟合曲线，即可分析混凝土的强度。在上述指标中，混凝土内部密实程度与声速值相关。简言之，就是混凝土内部密实程度越高，声速值越小，反之则亦然。

2 超声回弹综合法检测桥梁结构混凝土抗压强度分析

某桥梁工程位于我国南方某省区，由于该地区地壳运动频繁，故容易发生地震，对桥梁工程混凝土强度的要求十分严格。为此，在工程验收阶段，业主方和检测部门应用超声波回弹综合法对桥梁结构混凝土抗压强度进行了检测。本文依据检测实例，对影响因素、注意事项和应用流程进行了分析。

2.1 影响检测结果准确性的因素

（1）粗骨料和细骨料的影响。超声波回弹综合法检测结果会受到粗骨料和细骨料的影响，且这种影响较为明显，具体超声波的速度会随着骨料粒径的增加而加快。研究结果表明，以鹅卵石为骨料的混凝土，其强度与碎石混凝土相比偏高，幅度高达25%以上；细骨料和砂对超声波速度的影响偏弱；砂率过大或过小，其范围会超过常用范围。（2）碳化深度的影响。通过查阅资料得知，碳化深度越高，混凝土推测强度就会高出实际强度，每增加1mm，推测强度的增幅为0.6%。（3）水泥用量和品种。如果水泥用量合理，则综合曲线不会受到影响，但水泥用量超标或不足，原有综合曲线就无法适用，需要重新制定。研究结果表明，水泥品种对混凝土抗压强度的影响微乎其微。（4）外加剂影响。在早期外加剂的效应会得到充分发挥，这种效应在早龄期为3～5d的混凝土中表现尤为明显，由于超声波回弹综合法适用于14～1000d龄期的混凝土检测，故外加剂产生的影响较小。（5）测试面影响。在进行桥梁工程混凝土抗压强度时，检测结果会被浮浆、水离析等因素影响，在实际测量阶段需要使用修正系数。

2.2 注意事项

在应用该方法检测桥梁工程混凝土抗压强度时，需要关注以下事项：（1）该方法仅适用于龄期不超过1000d且抗压强度小于60 MPa的混凝土结构。如果混凝土龄期超过1000d或内部存在缺陷，则无法保障检测结果的准确性。（2）在检测过程中，准备一台备用设备，以备在设备出现异常后，应用备用设备重新检测，这种措施是保障测量结果准确性的有效方式。（3）两端大、中间小是柱子的受力特点，在选择检测区域时，应对这一特点进行强调，并依据有关标准，合理选择检测区域，尽量包含构件的全部区域，具体表现为覆盖薄弱和受力部位。实际检测中，部分检测人员在检测阶段出于便捷性的考虑，在选择检测区域时较为随意，导致所选区域过于集中，所得到的回弹结果也无法充分反映混凝土的抗压强度，使检测效果大打折扣。（4）回弹仪操作是一项技术性非常强的工作，对操作人员的技术能力提出了严格要求。部分操作人员在具体操作阶段，无法保证回弹仪轴线和检测面的垂直度，导致检测结果出现偏差。在进行侧面和表面检测过程中，部分操作人员还会向检测面大力投掷回弹仪，致使回弹仪因受力严重而损坏，将回弹仪贴近检测面增加压力使其下滑，在显示数值后应及时复位，以保护回弹仪的安全。（5）在混凝土制作阶段，二氧化碳会对混凝土质量造成不利影响，导致材料表面出现二氧化钙，其硬度非常高，在这种情况下，回弹值必然会加大，难以保证检测结果的准确性。建议检测人员发现异常情况后，对碳化深度加以调整，这是检测精度的有效途径。考虑到混凝土碳化深度是判断混凝土检测曲线的重要依据，故混凝土判断结果会被碳化深度所影响。检测人员应分析粉饰装修面，在测试阶段，如果碳化深度变为红色，证明碳化深度为0。（6）测量区域不能选择两个模板的中间位置，是因为在混凝土制备过程中，漏浆现象时常发生，局部水灰比的幅度会缩小，气孔数量也同时减少，强度与之相反。遇到这类情况时，冲击钻打孔的方式不能继续使用，因为冲击钻打孔时其钻头会快速转动，导致钙化发硬混凝土产生大量粉尘，这些粉尘会进入孔中，使清孔难度增加，检测结果的精确性也难以得到保证。建议检测人员用锤子替代钻机，实现对上述问题的有效规避。

2.3 超声波回弹综合分析法在桥梁工程混凝土抗压强度中的应用流程

（1）选择合适的检测设备。在检测过程中，为保证检测结果的准确性，选择了如下设备：①2台超声波检测设备，其型号为NM-4B；②3台混凝土回弹仪，其型号为ZC3-A；③2把钢卷尺。所选设备是超声回弹综合法检测过程中必不可少的设备，首先利用回弹仪，获取回弹结果并加以分析，即可获得混凝土的抗压强度值。但是在应用设备之前，检测人员需要提前检查和校准，在使用阶段，回弹仪一旦出现异常，应立即停止检测，待问题解决后检测方能继续进行，以保证检测结果的准确性。（2）确定检测构件及数量。为保证检测结果的准确性，检测人员将混凝土板作为检测构件，检测单元的数量为5个。与此同时，混凝土抗压检测内容还包括2个墩台，占桥梁工程墩台总量的1/3。（3）布置测区。由于桥梁工程可以满足检测的表面仅有一个，检测人员决定在检测表面设置10个测区，同时将160个回弹测试点设置在各个测区之中。简言之，就是每个测区均设置16个测点，在回弹测试点设置完成后，需要设置超声测点，每个测区的超声测量均为3个。（4）计算和测量回弹值。检测人员利用回弹设备对测区进行回弹检测，回弹冲击的次数为80次，每个测区为8次，每次冲击获得2个回弹值，每个测区所获得的回弹值数量为16个，按照大小将其排序，然后遵循5～12的标准进行取值，取值的数量为10组，然后求得平均值，这个值就是最终回弹值，公式如下：

上述公式中，平均回弹值由Rm表示；第I个测区的回弹值由Ri表示；

如果回弹值在非水平状态下获取，在计算回弹值时，需要依据下述修正公式：

（5）计算和检测超声声速值。在计算和检测超声声速值时，应将下述公式作为依据：

上述公式中，检测区域的超声波速度值由V表示，单位是km/s；超声波测量距离由S表示，单位是mm；检测区域超声波速度传播时间由Tm表示，所选测量点为3个，分别由t1、t2和t3表示。

考虑到混凝土板底面是超声波测量点的布置区域，需应用下述公式加以修正：

该公式中，修正后的检测区域超声波速度由Va表示；修正系数由βv表示。通常情况下βv有两种取值，分别为1.034和1.0。前者适用于混凝土浇灌底面，而后者适用于混凝土浇筑侧面。（6）混凝土强度测定。在检测桥梁工程混凝土抗压强度过程中，需要将混凝土的龄期控制在1000d之内，否则超声波回弹综合法就无法发挥应有的效果。但由于专业检测人员数量较少，故检测单位检测人员多为临时人员，未经过培训上岗。在实际检测过程中通常不注重混凝土的龄期，导致技术应用效果不尽人意。检测部门应对这种情况进行强调，在源头上保障检测质量。