超声回弹综合法测定长龄期混凝土强度探讨

摘要：混凝土质量对于整个工程的质量至关重要，通常会以标养试块的立方体抗压强度来判断结构混凝土强度，而试块强度由于是间接测定值有些情况下并不具有代表性，对于一些重要构件则需要取芯等更具有代表性的检测方法，但钻芯法等破坏了结构。超声回弹综合法属无损检测对于检测长龄期混凝土及重要构件等具有自身特定的优势。

关键词：超声波；回弹法；混凝土强度；工程质量；试块强度；长龄期混凝土 文献标识码：A

中图分类号：TU528 文章编号：1009-2374（2017）10-0166-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.10.083

工程中，混凝土无疑是用量最大、适用范围最广并且技术不断在发展的重要材料。混凝土的质量直接关系到施工工程质量，因而对混凝土的质量控制是工程质量控制的重要一环。混凝土的质量一般是以标养试块立方体抗压强度为标准计算和判定的，而立方体标养试块毕竟属于间接测量，在复杂的工地施工环境中并不能完全代表实际情况，《混凝土强度检验标准》规定，在对混凝土立方体标养试块的强度代表性存在疑问时，可采取钻芯法钻取芯样进行测试。

对于重要构件或者工程重要部位，取芯法会破坏结构或影响混凝土结构外观，这时采取非破坏性检测即无损检测法检测就有较大的便利性。普通测强曲线一般不适用于长龄期混凝土的检测，而长龄期混凝土的检测涉及到安全复核等问题，因而对于长龄期混凝土强度检测方法的研究显得较为重要。超声回弹法属于无损检测法，用于检测长龄期混凝土具有可行性。

1 超声回弹法概念

超声回弹综合法通过分析回弹值和超声声时声速等参数，综合判定混凝土的质量，回弹值输入超声波检测仪器，作为参数同时互为判定参考，为提高准确度因而具有单一回弹法和单一超声波法不具备的优势，数据更为准确。

2 回弹法检测

回弹法原理是通过弹簧驱动的弹击杆使重锤弹击混凝土表面，测出回弹值。该方法属于表面硬度法的一种。在回弹法中，由于混凝土的塑性变形及检测过程中的自身振动，回弹仪会产生一定程度的能量损失。还有回弹仪自身内部的摩擦等消耗的能量损失。回弹仪在使用前应进行标定。

通过建立测强曲线方程式可以得出混凝土强度值。在回弹法检测过程中需要考虑到混凝土表面碳化作用导致的误差值。碳化作用会造成的混凝土表面硬度增大，而实际强度并没有提高。研究表明，混凝土的碳化深度测值能在一定程度上体现构造物龄期及环境影响。

3 超声波法检测

混凝土超声波检测主要通过观察声波在混凝土中的传播速度来判定混凝土强度。通过换能器将电能转化为超声波，在构筑物表面选择较为平整的测试面，在换能器上涂抹黄油作为耦合剂，根据所选测试面的不同可分别进行对测和角测，一般情况下，混凝土构件强度越大声速越高，声时越小。声波在混凝土中的传播速度同样与混凝土的弹性变形等因素有关，混凝土内部结构及材料构成也会导致声波的传播影响。混凝土结构越是致密，其声速也越高。通过建立混凝土回弹值和超声波检测声波传播速度值与混凝土抗压强度之间的关系曲线。将声速值与回弹值综合参考，可显著降低各项因素对混凝土强度测定值的影响，从而提高检测结果精度。

4 超声回弹综合法

使用超声回弹综合法检测需要首先测出测区回弹值，测试前尽可能选择干净平整的测试面，回弹仪使用前需要进行钢砧率定。测试时应将回弹仪垂直于待测混凝土面，这样得出的结果可以不经修正直接使用。如测试时回弹仪在非垂直状态下检测，则得出的回弹值需要参数修正。超声声速值的测量与计算，超声波检测仪需符合相关检测技术要求并经过比对验证。超声测点应布置应与回弹测区一致。检测过程中应采用凡士林、油泥等作为耦合剂，根据测区情况采用对测或角测。测试中换能器应保持同一轴线。测试后取声时平均值，与检测距离计算可得到声速测定值。

5 检测主要影响因素

5.1 水化作用影响

超声法是基于超声脉穿透全断面混凝土来反映待检混凝土质量，混凝土各参数对于超声波在传播速度有较大影响，且越是致密混凝土和弹性模量较高混凝土其传播速度越快。混凝土的强度形成主要依靠水泥的水化作用，在早期强度之后由于水化作用的继续进行，混凝土在强度继续增长的过程中可能会导致在同一声速测定值下，长龄期的混凝土强度高出一般龄期的混凝土。

5.2 混凝土含水率的影响

由于声波在水中的传播速度远远快于在空气中的传播速度，水泥混凝土在硬化和强度形成过程中会在内部产生许多缝隙和自由水。在试验中发现，随着含水量的提高，声速值偏大对于强度的实际影响较大，导致测出的强度值大于混凝土实际强度。

5.3 混凝土碳化深度的影响

水泥在水化作用中产生游离氧化钙，会导致混凝土表面硬化，而游离氧化钙在二氧化碳作用下反应生成碳酸钙，即产生碳化。该过程中，水泥品种、用量、水灰比等都会有影响。回弹值测定得出的为混凝土表面硬度，混凝土表面硬度在相当程度上受到水泥砂浆强度影响。其与粗骨料和砂浆之间的粘结力以及混凝土结构内部性能关系反而并不特别明显。碳化深度对回弹法测定值的影响十分明显，碳化后的混凝土表面硬度常常导致误认为是混凝土自身强度较高，从而影响判别。并且碳化深度的不同对回弹值的影响也不完全一样，同一碳化深度对不同强度等级的混凝土回弹值测定的影响也存在不一致因素。

国家统一测强曲线中与强度相关的物理参量只有回弹值和声速值，没有把碳化深度作为相关物理参量。在fi一～vR关系中部分抵消了回弹值上升所造成的影响结果。因此，一般认为碳化主要是对回弹值产生影响故而导致并不对碳化深度进行修正。而由于碳化深度较大的混凝土一般其含水量也会相應降低，从而导致测定声速下降。

5.4 混凝土组成材料影响

对于混凝土使用的水泥主要受所用水泥的比重和强度发展规律影响，对于混凝土骨料，采用碎石和采用卵石应各自分别建立测强曲线。另外，混凝土外加剂、试验现场所选构件测试面、混凝土成型及养护工艺等都对其有一定影响。

6 专用测强曲线的建立

首先制件，并进行标准养护28天。再将养护好的试块烘干并放入碳化箱进行加速碳化。测试试块做好后使用经过标定和调试的回弹仪和超声波检测仪分别进行回弹值测定和超声时声速值测定并测试碳化深度。测试完毕后使用压力机进行抗压强度试验并记录数据。

所有数据计算出来后，可分析各项数据的互相关联关系。对于本实验需求的专用测强曲线，可使用非线性回归模型，使用二元线性回归分析得出长龄期混凝土专用测强曲线。建立曲线是一项十分复杂的工作，涉及大量的试验数据和需要大量的计算。在工作中应尽可能利用计算机编程及表格数据功能，可极大减小工作量并增加数据可靠性。

7 结语

在现场检测中，检测人员往往是利用早期的数据参数对长龄期混凝土进行安全复核，其实对于长龄期混凝土应尽可能考虑现场实际情况通过实际强度测定来综合判定。超声回弹综合法拥有检测便利、数据准确等实际优点，对于较大数量或者较大面积的长龄期混凝土检测较为适用。需要注意的是，超声回弹综合法对于大多数情况下的混凝土检测都可适用，但是特殊情况下则不一定适用，如高温情况下或者过火后的混凝土结构、低温情况下的混凝土结构等。这些情况下的混凝土检测如适用超声回弹综合法则必须建立专门的专用测强曲线。

参考文献

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作者简介：王嘉康（1992-），男，江苏无锡人，供职于苏交科集团股份有限公司，研究方向：工程检测。

（责任编辑：小 燕）