超声回弹综合法在混凝土强度检测中的应用研究

黄从斌 罗居刚 邰洪生

安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院

安徽省建筑工程质量监督检测站

1 前言

对于混凝土结构及构件的强度检测，当前主要采用无损检测的方法。超声回弹综合法是指根据回弹值与声速值两项指标来确定结构或构件强度的方法，相较于超声法与回弹法两种根据单一指标确定强度的方法，具有十分显著的优势，检测结果更加准确和真实，能为质量评价和后期设计施工提供可靠参考依据。

2 方法优势

超声回弹法（以下统称综合法）是对混凝土进行强度检测的常用方法，属于非破损检测范畴。该方法采用至少两种检测方法来获取相关物理参量，然后根据这些参量建立强度和其他物质参量之间的关系，以此从不同角度入手对混凝土强度进行评价。因该方法采用了很多物理参数，所以可能对混凝土强度各类影响因素进行综合反映，同时还能消除对强度和物理量之间关系有影响的因素。

基于此，相较于其他无损检测方法，如回弹法与超声法，能表现出更高可靠性与准确性。超声法与回弹法均为单一方法，相同的因素对不同检测方法造成的影响有所不同，甚至相反[1]。比如，若混凝土强度完全相同，配合比与生产工艺也相同的试件，采用超声法与回弹法实施强度检测的过程中，对于混凝土龄期及湿度，当采用回弹法时，伴随混凝土龄期不断增长，试件表面逐渐硬化，这样会使回弹值明显升高，而当试件表面较为潮湿时，其表面硬度将减小，使回弹值明显降低；当采用超声法时，则情况完全相反，伴随混凝土龄期不断增长，试件内部越来越干燥，超声波的传播速度减慢。若能将以上两种方法结合到一起，则混凝土龄期与湿度两项因素的影响将相互抵消，在检测过程中可不予考虑。而综合法就是根据两个基本不会对构件造成损伤（其中一个为内部物理指标，另外一个为表面硬度），从外到内的混凝土强度进行综合反映，从多侧面对混凝土强度予以反映，具有良好相关性[2]。

除此之外，相较于半破损检测法，如钻芯法等，综合法也有显著优势，采用钻芯法进行检测时，由于会使结构或构件产生局部破坏，所以不建议大面积使用。通过以上分析可知，综合法对当前的混凝土强度检测工作而言具有重要意义。

3 检测方法和技术

先确定需进行检测的构件，同时按照相关规程与要求布置测区，然后对回弹值与超声的声速值进行测试。在每个测区中，应先对回弹值进行测试，然后再测试超声的声速值[3]。

在回弹值的测试过程中，不仅要按照回弹仪相关规定进行操作，在施压过程中应保持缓慢和均匀，弹击锤脱钩之前注意不可施加冲力。一般情况下每个测区的每个侧面都要有8个回弹值，共对两个侧面进行测试，即得到16个回弹值，从中分别剔除3个最大值与最小值，再对剩下的回弹值求取平均值[4]。

相应的计算公式为：

式（1）中，Rm表示回弹值的平均值；Ri表示测点i对应的回弹值。

对于在非水平状态下得到的回弹值，需采用以下公式实施修正：

式（2）中，Ra表示经修正的回弹值；Raα表示当测试角度为α时经修正的回弹值，可通过查表确定。

对于顶、底面实测回弹值，需采用以下公式实施修正：

式（3）中，Ra表示经修正的回弹值表示顶面经修正后的回弹值，可通过查表确定表示底面经修正后的回弹值，可通过查表确定。

在实际的测试过程中，若仪器为非水平，且测区非侧面，则需要对实测结果进行修正，先实施角度修正，再实施浇筑面修正[5]。

在各测区两个侧面设置3个测点，在确保换能器和混凝土之间达到良好耦合的基础上，确保发射换能器与接收换能器处于同一条轴线。[6]对于测区的声速值，可采用以下公式计算得出（换能器频率选择如表1所示）：

表1 换能器频率选择

式（4）、（5）中，Vi表示测区声速值，单位：m/s；l表示超声测距，单位：m；tmi表示测区i对应的平均声时值，单位：s；t1、t2和t3表示测区内三个测点对应的声时值，单位：s。

在浇筑顶、底面实施测试的过程中，因上表面有很多砂浆，所以会使强度较低，而由于下表面有很多粗骨料，所以会使强度较高，这与成型后的侧面存在显著差别，而且浇筑表面大多不平整，在这种情况下，将使声速偏低。对此，有必要在测试过程中进行必要的修正，具体的修正公式为：

式（6）中，Va表示修正完成后的声速值，单位：m/s。

根据经以上步骤获得的回弹值与超声值，采用如下公式即可计算确定目标测区实际混凝土强度：

4 实例分析

某工程从建成到现在已经有十余年的时间，由于用途发生变更，所以需要为设计单位提供混凝土结构强度，对此，采用回弹法、钻芯法与综合法三种方法对混凝土结构实施强度检测，具体的检测结果如表2所示。

表2 结构强度检测结果

根据表2检测结果可知，相较于超声法与回弹法，综合法无论是在可靠性还是在准确性上都具有显著优势。

5 检测建议

通过以上分析，综合法作为新型混凝土强度无损检测方法，它的应用能从根本上解决以往采用单一方法检测存在的不足，能有效保证检测结果的真实性与准确性，值得大范围推广应用。而在实际的应用过程中，结合以往工作经验，提出以下几条建议。

（1）在检测实践过程中，经常因为施工控制不到位或施工中由于某种原因导致混凝土质量不合格，或试块的样品选取、加工制作与养护不满足规范及标准的要求，无法反映出结构真实强度。在这种情况下，应优先考虑选择综合法进行强度检测。

（2）若需要确定混凝土施工时强度具体增长情况，为之后的拆模、养护、出厂、吊装及预应力施工等提供方便，以及在施工中对混凝土强度提出很高要求时，应优先考虑选择综合法进行强度检测。

（3）对于已经建设完成的结构，若需要进行拆除、维修或加层，或因为发生灾害而被破坏，则应优先考虑选择综合法其对其强度进行推定，以此为之后的加固及改建设计提供可靠参考依据。

（4）国际范围内针对结构进行的检测已经扩大至设计基准期，在这种情况下，对于混凝土结构与构件的强度，均可优先考虑使用综合法来检测。

（5）根据实际情况建立适宜的强度检测曲线。试块混凝土抗压强度和无损检测参数相互关系对应的曲线即为测强曲线。对于综合法的测强曲线，实际上就是根据试块强度、声速和回弹值，通过数学拟合得到的相关关系。构建一个适宜的测强曲线，并使用所在地区范围内有良好代表性的材料、工艺及龄期，制作专门的试块，在完成无损检测过程后，根据检测结果建立相应的测强曲线。由此建成的测强曲线所具有的测试精度与现场适应性都比传统意义上的测强曲线高[7]。

6 结束语

综上所述，将现阶段无损检测综合技术水平及实际应用情况两个角度出发，为了实现预期的检测目标，可选择不同类型的检测方式，比如在混凝土强度检测过程中，可使用回弹法、综合法、脉冲法及射钉法。

以此为实际的无损检测工作提供更多可能，同时按照具体条件和趋利避害基本原则来选择。但是需要注意，综合法使用回弹值与声速值对混凝土强度予以推定，能客观放映出对混凝土强度显著影响的不同因素，保证检测结果的精度。通过对综合法的应用，可以真实反映出结构或构件的强度，这对保证工程建设质量和安全性综合评价工作提供可靠参考依据。