韓勝利

新疆兵團(tuán)勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)股份有限公司石河子分公司 新疆 石河子 832000

水利工程施工過程中主體混凝土澆筑成實(shí)體后，應(yīng)高度重視混凝土各項(xiàng)檢測(cè)，掌握實(shí)體強(qiáng)度與質(zhì)量，這對(duì)水利工程的整體安全性有著良好保障。通?；炷翆?shí)體強(qiáng)度檢測(cè)主要是現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，可配合鉆芯取樣，檢測(cè)并計(jì)算回彈值，根據(jù)檢測(cè)得到的數(shù)值對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行推定，判斷實(shí)體強(qiáng)度是否達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。超聲—回彈法與取芯法是常用的混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法，尤其是鉆孔取芯法的抗壓強(qiáng)度檢測(cè)準(zhǔn)確度高，但鉆孔取芯的檢測(cè)操作會(huì)損傷構(gòu)件，如果檢測(cè)重要構(gòu)件則可行性較低，且不利于大范圍檢測(cè)，近年有研究將上述方法結(jié)合檢測(cè)的作用顯著。

1 超聲—回彈法的混凝土強(qiáng)度測(cè)定

超聲法與回彈法的原理較類似，這兩種方法測(cè)定混凝土強(qiáng)度主要是利用混凝土強(qiáng)度和混凝土特性存在的關(guān)系為基礎(chǔ)理論，先將與混凝土強(qiáng)度有關(guān)的單一物理量檢測(cè)，再進(jìn)行間接推算，獲得強(qiáng)度值。不同的是超聲法是根據(jù)超聲波在介質(zhì)中的傳播速度和強(qiáng)度存在的關(guān)系，基于彈性波動(dòng)理論而言，超聲波傳播速度的有關(guān)因素有混凝土彈性模量以及密度等；而回彈法主要是考慮混凝土表面硬度和抗壓強(qiáng)度存在的關(guān)系。這兩種方法綜合測(cè)定混凝土抗壓強(qiáng)度結(jié)果準(zhǔn)確度高。應(yīng)用時(shí)主要是對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行超聲法與回彈法檢測(cè)，獲得回彈值與超聲波的聲速，將測(cè)得的數(shù)據(jù)代入公式進(jìn)行計(jì)算，具體公式：公式中混凝土強(qiáng)度值為，超聲波聲速為Va)，修正回彈值為(Ra，)骨料種類系數(shù)為A、B和C，如果骨料是卵石，A值為0.038，B值為1.23，C值為1.96，骨料是碎石，A值為0.008，B值為1.72，C值為1.57[1]。需要注意的是檢測(cè)時(shí)，兩組方式均要檢測(cè)同個(gè)構(gòu)件的同一區(qū)域，測(cè)定數(shù)值前取3個(gè)點(diǎn)位，3次檢測(cè)取平均值，保留兩位小數(shù)即可。

超聲—回彈法的混凝土強(qiáng)度測(cè)定流程包括：（1）布置測(cè)點(diǎn)。先回彈測(cè)試每個(gè)檢測(cè)區(qū)域的混凝土構(gòu)件，對(duì)測(cè)試面進(jìn)行修正，計(jì)算回彈角度與混凝土強(qiáng)度等。再采用超聲儀進(jìn)行超聲測(cè)試，在兩個(gè)相對(duì)結(jié)構(gòu)測(cè)試面布置測(cè)點(diǎn)，考慮檢測(cè)區(qū)域的大小，調(diào)整好測(cè)點(diǎn)數(shù)量，注意保持兩個(gè)相對(duì)結(jié)構(gòu)的測(cè)點(diǎn)對(duì)稱。（2）檢測(cè)測(cè)點(diǎn)。將同測(cè)區(qū)的超聲測(cè)點(diǎn)進(jìn)行回彈測(cè)試，布設(shè)好相對(duì)側(cè)面，注意在同軸線上裝接受和發(fā)射轉(zhuǎn)化器，保證混凝土表面和換能器密切接觸，使測(cè)點(diǎn)位置的表面平整，防止檢測(cè)過程中出現(xiàn)短路，避免檢測(cè)過程中有聲波順著鋼筋傳播的情況，注意避開在和鋼筋平行的方向布置測(cè)點(diǎn)。（3）聲波耦合。通常耦合劑是黃油，將黃油涂擦在超聲測(cè)點(diǎn)的位置，之后再開始超聲檢測(cè)，一般檢測(cè)過程中換能器可以擠出黃油，使檢測(cè)儀器的探頭和混凝土呈良好的耦合狀態(tài)。（4）修正波速。再進(jìn)行混凝土澆筑底面和頂面檢測(cè)時(shí)，注意對(duì)波速進(jìn)行修正，尤其加強(qiáng)側(cè)面與底面、澆筑頂面的檢測(cè)。根據(jù)修正后獲得的聲速值與回彈值，對(duì)混凝土構(gòu)件強(qiáng)度進(jìn)行換算，通常不考慮碳化深度時(shí)，以多項(xiàng)物理參數(shù)反映混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度，綜合各種要素反映強(qiáng)度值，這能有效防止部分物理量和強(qiáng)度有關(guān)的要素出現(xiàn)誤差。

超聲法與回彈法的單一物理量的檢測(cè)價(jià)值高，能獲得很高的準(zhǔn)確度，且檢測(cè)過程的可靠性高。建議混凝土構(gòu)件強(qiáng)度檢測(cè)在澆筑完成一周后，這時(shí)檢測(cè)的結(jié)果準(zhǔn)確度高，能在短時(shí)間獲得檢測(cè)結(jié)果，反映構(gòu)件的強(qiáng)度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。在以回彈法檢測(cè)混凝土構(gòu)件時(shí)，檢測(cè)表面會(huì)受到一定的影響，外界因素會(huì)對(duì)表面的各項(xiàng)指標(biāo)造成影響，混凝土的齡期不同，則上述情況會(huì)出現(xiàn)不同程度的改變，比如碳化結(jié)硬時(shí)，回彈值相對(duì)較高，但環(huán)境潮濕狀態(tài)下獲得的回彈值相對(duì)較低。這時(shí)采用超聲法進(jìn)行檢測(cè)的價(jià)值較低，獲得的結(jié)果常有較大的差異，齡期長則混凝土內(nèi)部干燥度會(huì)增強(qiáng)，超聲傳播速度會(huì)隨之降低，而潮濕環(huán)境下的速度降低更明顯?？紤]到濕度環(huán)境與混凝土齡期之間的關(guān)系，在檢測(cè)時(shí)采用超聲—回彈法，這兩種方式的結(jié)合，能對(duì)構(gòu)件的表面硬度與構(gòu)件內(nèi)部的物理性能進(jìn)行反映，且檢測(cè)過程對(duì)構(gòu)件造成的損傷小，得到的混凝土強(qiáng)度值更為準(zhǔn)確，各方面評(píng)估更加客觀。

2 取芯法的混凝土強(qiáng)度測(cè)定

取芯法主要是采用取芯機(jī)鉆孔取芯，對(duì)構(gòu)件的芯體進(jìn)行檢測(cè)，這種方法直觀度高，操作簡(jiǎn)單便捷，有較高的精確度，檢測(cè)時(shí)采用鉆機(jī)在混凝土結(jié)構(gòu)上直接取芯，對(duì)芯樣做抗壓試驗(yàn)，通過芯樣的強(qiáng)度，對(duì)混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)定。鉆孔取芯法的檢測(cè)效率高，不僅能用于混凝土構(gòu)件，也能用于磚、大理石與硬石料等材料，常用的鉆孔鉆頭是金剛石空心薄壁鉆頭，再結(jié)合混凝土強(qiáng)度值，芯樣高徑比主要是1:1，直徑一般是100mm，通過檢測(cè)能反映出混凝土結(jié)構(gòu)是否有質(zhì)量缺陷，并能得出構(gòu)件的強(qiáng)度。取芯法對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的火災(zāi)損傷以及受凍深度等情況進(jìn)行有效的檢測(cè)，尤其能觀察到不同分層的接縫處理質(zhì)量，對(duì)混凝土構(gòu)件的空洞與離析、裂縫寬度等方面缺陷的判斷更加準(zhǔn)確。這種方法能直接反映混凝土構(gòu)件的內(nèi)部質(zhì)量狀況，對(duì)各方面情況能直接判斷，與試塊檢測(cè)相比，對(duì)構(gòu)件的各方面情況反映更加真實(shí)客觀，但要注意的是在強(qiáng)度小于10MPa的混凝土構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，得到的結(jié)果誤差性較大，或者不適用于齡期較短的混凝土構(gòu)件。

取芯法的混凝土強(qiáng)度測(cè)定流程包括：（1）裝鉆頭。取芯主要是裝上適宜直徑的空心鉆頭。（2）固定鉆機(jī)。再把鉆孔移動(dòng)到需要檢測(cè)的區(qū)域，以膨脹螺絲對(duì)鉆孔進(jìn)行固定，根據(jù)檢測(cè)區(qū)域的具體情況，對(duì)地腳螺絲進(jìn)行有效的調(diào)整，保證鉆機(jī)的穩(wěn)定性，也可以采用重量大的底板對(duì)取芯機(jī)進(jìn)行有效固定，避免進(jìn)行取芯操作的過程中出現(xiàn)機(jī)器移動(dòng)的情況。（3）檢查水源與發(fā)電機(jī)。將水源接上后注意檢查有無水流出，確定有水流出后將發(fā)電機(jī)啟動(dòng)。（4）鉆進(jìn)取樣。旋轉(zhuǎn)手柄使鉆頭接觸到切削的位置，切進(jìn)10mm左右時(shí)，采用手柄加壓的方式，提高旋進(jìn)速度，完成后保持鉆頭在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下提升，在距離構(gòu)件表面大約5mm時(shí)將電源關(guān)閉，鉆頭離開構(gòu)件表面時(shí)將水源關(guān)閉[2]。（5）芯樣送檢。將之前固定的螺栓取掉，移動(dòng)取芯機(jī)到規(guī)定區(qū)域，以夾鉗將芯樣緩慢取出并送去檢測(cè)。

取芯法需要高精度的工藝對(duì)樣本進(jìn)行加工，取樣操作對(duì)工藝技術(shù)的要求高，要高度關(guān)注根柱邊的垂直度，保證兩端表面的平整度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，如果平整度不達(dá)標(biāo)，則會(huì)對(duì)構(gòu)件強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果造成較大的影響，比如常見偏低的情況；再者是要加強(qiáng)鉆芯數(shù)量與位置等方面情況調(diào)整，避免對(duì)強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果造成較大影響，尤其要對(duì)勞動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行嚴(yán)格控制。實(shí)際的檢測(cè)過程中注意對(duì)檢測(cè)時(shí)長進(jìn)行有效控制，避免檢測(cè)時(shí)長過長，防止對(duì)混凝土構(gòu)件造成局部損傷，如果鋼筋稠密，則不建議采用取芯法檢測(cè)，以防檢測(cè)結(jié)果受到較大影響。

3 芯樣強(qiáng)度值修正回彈強(qiáng)度值

鉆芯修正時(shí)要考慮到標(biāo)準(zhǔn)芯樣的具體情況，取芯樣的數(shù)量要大于等于6個(gè)，保證芯樣直徑100mm，高徑比在0.95-1.05之間，如果是小直徑芯樣，則取芯樣數(shù)量要大于等于9個(gè)。要求在回彈測(cè)區(qū)域取芯樣，對(duì)回彈檢測(cè)區(qū)均勻覆蓋，并對(duì)高中低測(cè)區(qū)回彈值進(jìn)行換算。采用專業(yè)的技術(shù)規(guī)程作為芯樣鉆取和加工、抗壓強(qiáng)度檢測(cè)的依據(jù)。取鉆芯區(qū)回彈測(cè)區(qū)未修正的混凝土強(qiáng)度換算值平均值，以及鉆取芯樣抗壓強(qiáng)度平均值，對(duì)修正量進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

4 水利工程實(shí)際案例檢測(cè)

超聲—回彈法與取芯法均可用于水利工程檢測(cè)，但單一采用任何一種方法檢測(cè)有局限性，兩種方法均有優(yōu)缺點(diǎn)，所以將兩種方法有效結(jié)合，用于水利工程檢測(cè)的可行性高。超聲—回彈結(jié)合取芯綜合法檢測(cè)水利工程混凝土質(zhì)量時(shí)，可使取芯法檢測(cè)的鉆芯數(shù)量明顯減少，不僅能使檢測(cè)可靠性與準(zhǔn)確度提高，也能減少檢測(cè)對(duì)混凝土構(gòu)件造成的損傷[3]。

4.1 工程案例

本次選擇某水利工程為案例進(jìn)行分析，該水利工程混凝土結(jié)構(gòu)澆筑完成一周到兩周之內(nèi)，主要目的是對(duì)C30混凝土實(shí)體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)超聲—回彈結(jié)合取芯綜合法的應(yīng)用情況進(jìn)行分析。對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)試塊的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，方法采用綜合法、回彈法，將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，分析檢測(cè)數(shù)據(jù)之間的差異，總結(jié)超聲—回彈結(jié)合取芯綜合法的應(yīng)用情況。試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

綜合分析上標(biāo)數(shù)據(jù)得出，采用回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度可以對(duì)混凝土構(gòu)件表面情況進(jìn)行基本反映，得到的數(shù)據(jù)偏差相對(duì)較少，但這種方法不能對(duì)構(gòu)件內(nèi)部是否存在缺陷或者強(qiáng)度有效反映；采用超聲—回彈結(jié)合取芯綜合法檢測(cè)的誤差較小，但獲得的檢測(cè)數(shù)據(jù)較小，經(jīng)計(jì)算誤差在20%—35%之間，分析顯示這個(gè)范圍已經(jīng)超過15%誤差允許范圍，說明此地區(qū)檢測(cè)不能采用同一測(cè)強(qiáng)曲線，針對(duì)混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)與計(jì)算，建議用地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線，或者可以采用專業(yè)測(cè)強(qiáng)曲線，這種曲線適用于此地區(qū)混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)。

4.2 實(shí)際檢測(cè)

建立專用測(cè)強(qiáng)曲線前做好水利工程建設(shè)地的數(shù)據(jù)采集，注意每項(xiàng)數(shù)據(jù)采集要符合規(guī)程。布置好綜合法測(cè)區(qū)，考慮工程的高程與設(shè)計(jì)標(biāo)號(hào)區(qū)域、取芯位置等，要對(duì)取芯的部位進(jìn)行處理，以砂輪對(duì)表面進(jìn)行打磨，測(cè)定該部位的回彈值，將黃油涂擦在測(cè)試部位，測(cè)定混凝土的聲時(shí)值。隨即采用專門的鉆機(jī)獲得芯樣，注意芯樣位置的各項(xiàng)檢測(cè)應(yīng)和其他的批量測(cè)試同時(shí)操作，這樣能使檢測(cè)效率有效提高。要避免各種數(shù)據(jù)處理時(shí)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)錯(cuò)誤，在實(shí)際檢測(cè)過程中可以把芯樣位置的回彈值和聲時(shí)值單次記錄，做好各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的注明，包括工程的名稱與芯樣的位置、對(duì)應(yīng)的編號(hào)等。將獲得的芯樣拿到室內(nèi)，采用專業(yè)的器械將芯樣進(jìn)行切割，確保高徑比為1:1，保證試件標(biāo)準(zhǔn)，再將兩端進(jìn)行磨平處理，隨后采用硫磺膠泥對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)平，要將試件自然干燥，三天后開始抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。將檢測(cè)各區(qū)域的芯樣回彈值與聲速值、芯樣抗壓強(qiáng)度等數(shù)值進(jìn)行綜合分析，把各數(shù)據(jù)帶入對(duì)應(yīng)的方程式中，得到此水利工程超聲—回彈結(jié)合取芯綜合法測(cè)強(qiáng)曲線回歸方程，檢測(cè)相關(guān)系數(shù)與相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差，結(jié)果顯示基于專用測(cè)強(qiáng)曲線的超聲—回彈結(jié)合取芯綜合法得到的測(cè)強(qiáng)曲線相關(guān)性良好，各項(xiàng)指標(biāo)滿足水利工程的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與工程規(guī)程，最終得到的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)誤差在可參考范圍內(nèi)。采用各個(gè)測(cè)區(qū)獲得的聲速值與回彈值，運(yùn)用專門的公式計(jì)算，得到各個(gè)測(cè)區(qū)不同高程的強(qiáng)度，本次檢測(cè)結(jié)果顯示混凝土強(qiáng)度范圍符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，平均強(qiáng)度以及變異系數(shù)在可參考范圍之內(nèi)，也符合國家水利工程混凝土施工質(zhì)量要求與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)的水利工程混凝土強(qiáng)度保證率要超過80%，經(jīng)系統(tǒng)計(jì)算與推定，此水利工程混凝土強(qiáng)度總體符合標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，混凝土芯樣的強(qiáng)度檢測(cè)，可以非常真實(shí)的反映混凝土結(jié)構(gòu)母體的強(qiáng)度，實(shí)際工程檢測(cè)時(shí)可以取適量的芯樣，以專用測(cè)強(qiáng)曲線為基礎(chǔ)，采用超聲—回彈結(jié)合取芯綜合法進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)，批量評(píng)定后的結(jié)果準(zhǔn)確度高，這種方法能有效解決單一方法檢測(cè)水利工程混凝土的局限性，或者不能采用非破損檢測(cè)方法的水利工程混凝土強(qiáng)度檢測(cè)，針對(duì)無法直接用現(xiàn)行規(guī)范的測(cè)強(qiáng)曲線的問題有效解決。

5 結(jié)論

混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度檢測(cè)可以采用超聲—回彈結(jié)合取芯綜合法，這種綜合法能使現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)更加便捷，且效率更為高效，可以對(duì)混凝土構(gòu)件的結(jié)構(gòu)與內(nèi)部構(gòu)造充分反映，同時(shí)也能反映出表層的具體狀況，獲得混凝土母體的彈塑性。上述兩種方法的結(jié)合可以使水利工程混凝土強(qiáng)度檢測(cè)系統(tǒng)性更強(qiáng)，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度相對(duì)較高，且符合混凝土力學(xué)性能與特點(diǎn)，比單一方法檢測(cè)的精度高，得到的數(shù)據(jù)更加符合實(shí)況，需要注意的是地域因素可能對(duì)測(cè)強(qiáng)曲線有影響，檢測(cè)前要綜合考慮水利工程的施工地，選擇適宜的測(cè)強(qiáng)曲線，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本次水利工程檢測(cè)前建立專用測(cè)強(qiáng)曲線，采用超聲—回彈結(jié)合取芯綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的準(zhǔn)確度高。