超声—回弹结合取芯综合法在水利工程检测中的应用

韩胜利

新疆兵团勘测设计院集团股份有限公司石河子分公司 新疆 石河子 832000

水利工程施工过程中主体混凝土浇筑成实体后，应高度重视混凝土各项检测，掌握实体强度与质量，这对水利工程的整体安全性有着良好保障。通常混凝土实体强度检测主要是现场检测，可配合钻芯取样，检测并计算回弹值，根据检测得到的数值对强度进行推定，判断实体强度是否达到规定的标准。超声—回弹法与取芯法是常用的混凝土强度检测方法，尤其是钻孔取芯法的抗压强度检测准确度高，但钻孔取芯的检测操作会损伤构件，如果检测重要构件则可行性较低，且不利于大范围检测，近年有研究将上述方法结合检测的作用显著。

1 超声—回弹法的混凝土强度测定

超声法与回弹法的原理较类似，这两种方法测定混凝土强度主要是利用混凝土强度和混凝土特性存在的关系为基础理论，先将与混凝土强度有关的单一物理量检测，再进行间接推算，获得强度值。不同的是超声法是根据超声波在介质中的传播速度和强度存在的关系，基于弹性波动理论而言，超声波传播速度的有关因素有混凝土弹性模量以及密度等；而回弹法主要是考虑混凝土表面硬度和抗压强度存在的关系。这两种方法综合测定混凝土抗压强度结果准确度高。应用时主要是对混凝土构件进行超声法与回弹法检测，获得回弹值与超声波的声速，将测得的数据代入公式进行计算，具体公式：公式中混凝土强度值为，超声波声速为Va)，修正回弹值为(Ra，)骨料种类系数为A、B和C，如果骨料是卵石，A值为0.038，B值为1.23，C值为1.96，骨料是碎石，A值为0.008，B值为1.72，C值为1.57[1]。需要注意的是检测时，两组方式均要检测同个构件的同一区域，测定数值前取3个点位，3次检测取平均值，保留两位小数即可。

超声—回弹法的混凝土强度测定流程包括：（1）布置测点。先回弹测试每个检测区域的混凝土构件，对测试面进行修正，计算回弹角度与混凝土强度等。再采用超声仪进行超声测试，在两个相对结构测试面布置测点，考虑检测区域的大小，调整好测点数量，注意保持两个相对结构的测点对称。（2）检测测点。将同测区的超声测点进行回弹测试，布设好相对侧面，注意在同轴线上装接受和发射转化器，保证混凝土表面和换能器密切接触，使测点位置的表面平整，防止检测过程中出现短路，避免检测过程中有声波顺着钢筋传播的情况，注意避开在和钢筋平行的方向布置测点。（3）声波耦合。通常耦合剂是黄油，将黄油涂擦在超声测点的位置，之后再开始超声检测，一般检测过程中换能器可以挤出黄油，使检测仪器的探头和混凝土呈良好的耦合状态。（4）修正波速。再进行混凝土浇筑底面和顶面检测时，注意对波速进行修正，尤其加强侧面与底面、浇筑顶面的检测。根据修正后获得的声速值与回弹值，对混凝土构件强度进行换算，通常不考虑碳化深度时，以多项物理参数反映混凝土构件的强度，综合各种要素反映强度值，这能有效防止部分物理量和强度有关的要素出现误差。

超声法与回弹法的单一物理量的检测价值高，能获得很高的准确度，且检测过程的可靠性高。建议混凝土构件强度检测在浇筑完成一周后，这时检测的结果准确度高，能在短时间获得检测结果，反映构件的强度是否达到标准。在以回弹法检测混凝土构件时，检测表面会受到一定的影响，外界因素会对表面的各项指标造成影响，混凝土的龄期不同，则上述情况会出现不同程度的改变，比如碳化结硬时，回弹值相对较高，但环境潮湿状态下获得的回弹值相对较低。这时采用超声法进行检测的价值较低，获得的结果常有较大的差异，龄期长则混凝土内部干燥度会增强，超声传播速度会随之降低，而潮湿环境下的速度降低更明显。考虑到湿度环境与混凝土龄期之间的关系，在检测时采用超声—回弹法，这两种方式的结合，能对构件的表面硬度与构件内部的物理性能进行反映，且检测过程对构件造成的损伤小，得到的混凝土强度值更为准确，各方面评估更加客观。

2 取芯法的混凝土强度测定

取芯法主要是采用取芯机钻孔取芯，对构件的芯体进行检测，这种方法直观度高，操作简单便捷，有较高的精确度，检测时采用钻机在混凝土结构上直接取芯，对芯样做抗压试验，通过芯样的强度，对混凝土构件的强度进行评定。钻孔取芯法的检测效率高，不仅能用于混凝土构件，也能用于砖、大理石与硬石料等材料，常用的钻孔钻头是金刚石空心薄壁钻头，再结合混凝土强度值，芯样高径比主要是1:1，直径一般是100mm，通过检测能反映出混凝土结构是否有质量缺陷，并能得出构件的强度。取芯法对混凝土结构的火灾损伤以及受冻深度等情况进行有效的检测，尤其能观察到不同分层的接缝处理质量，对混凝土构件的空洞与离析、裂缝宽度等方面缺陷的判断更加准确。这种方法能直接反映混凝土构件的内部质量状况，对各方面情况能直接判断，与试块检测相比，对构件的各方面情况反映更加真实客观，但要注意的是在强度小于10MPa的混凝土构件进行检测时，得到的结果误差性较大，或者不适用于龄期较短的混凝土构件。

取芯法的混凝土强度测定流程包括：（1）装钻头。取芯主要是装上适宜直径的空心钻头。（2）固定钻机。再把钻孔移动到需要检测的区域，以膨胀螺丝对钻孔进行固定，根据检测区域的具体情况，对地脚螺丝进行有效的调整，保证钻机的稳定性，也可以采用重量大的底板对取芯机进行有效固定，避免进行取芯操作的过程中出现机器移动的情况。（3）检查水源与发电机。将水源接上后注意检查有无水流出，确定有水流出后将发电机启动。（4）钻进取样。旋转手柄使钻头接触到切削的位置，切进10mm左右时，采用手柄加压的方式，提高旋进速度，完成后保持钻头在旋转状态下提升，在距离构件表面大约5mm时将电源关闭，钻头离开构件表面时将水源关闭[2]。（5）芯样送检。将之前固定的螺栓取掉，移动取芯机到规定区域，以夹钳将芯样缓慢取出并送去检测。

取芯法需要高精度的工艺对样本进行加工，取样操作对工艺技术的要求高，要高度关注根柱边的垂直度，保证两端表面的平整度达到标准要求，如果平整度不达标，则会对构件强度检测结果造成较大的影响，比如常见偏低的情况；再者是要加强钻芯数量与位置等方面情况调整，避免对强度测量结果造成较大影响，尤其要对劳动强度进行严格控制。实际的检测过程中注意对检测时长进行有效控制，避免检测时长过长，防止对混凝土构件造成局部损伤，如果钢筋稠密，则不建议采用取芯法检测，以防检测结果受到较大影响。

3 芯样强度值修正回弹强度值

钻芯修正时要考虑到标准芯样的具体情况，取芯样的数量要大于等于6个，保证芯样直径100mm，高径比在0.95-1.05之间，如果是小直径芯样，则取芯样数量要大于等于9个。要求在回弹测区域取芯样，对回弹检测区均匀覆盖，并对高中低测区回弹值进行换算。采用专业的技术规程作为芯样钻取和加工、抗压强度检测的依据。取钻芯区回弹测区未修正的混凝土强度换算值平均值，以及钻取芯样抗压强度平均值，对修正量进行计算，计算公式为：

4 水利工程实际案例检测

超声—回弹法与取芯法均可用于水利工程检测，但单一采用任何一种方法检测有局限性，两种方法均有优缺点，所以将两种方法有效结合，用于水利工程检测的可行性高。超声—回弹结合取芯综合法检测水利工程混凝土质量时，可使取芯法检测的钻芯数量明显减少，不仅能使检测可靠性与准确度提高，也能减少检测对混凝土构件造成的损伤[3]。

4.1 工程案例

本次选择某水利工程为案例进行分析，该水利工程混凝土结构浇筑完成一周到两周之内，主要目的是对C30混凝土实体结构的强度进行检测，对超声—回弹结合取芯综合法的应用情况进行分析。对混凝土结构试块的强度进行检测，方法采用综合法、回弹法，将获得的数据进行比较，分析检测数据之间的差异，总结超声—回弹结合取芯综合法的应用情况。试验检测结果见表1。

表1 试验检测结果

综合分析上标数据得出，采用回弹法检测混凝土强度可以对混凝土构件表面情况进行基本反映，得到的数据偏差相对较少，但这种方法不能对构件内部是否存在缺陷或者强度有效反映；采用超声—回弹结合取芯综合法检测的误差较小，但获得的检测数据较小，经计算误差在20%—35%之间，分析显示这个范围已经超过15%误差允许范围，说明此地区检测不能采用同一测强曲线，针对混凝土强度的检测与计算，建议用地区测强曲线，或者可以采用专业测强曲线，这种曲线适用于此地区混凝土强度的检测。

4.2 实际检测

建立专用测强曲线前做好水利工程建设地的数据采集，注意每项数据采集要符合规程。布置好综合法测区，考虑工程的高程与设计标号区域、取芯位置等，要对取芯的部位进行处理，以砂轮对表面进行打磨，测定该部位的回弹值，将黄油涂擦在测试部位，测定混凝土的声时值。随即采用专门的钻机获得芯样，注意芯样位置的各项检测应和其他的批量测试同时操作，这样能使检测效率有效提高。要避免各种数据处理时出现对应错误，在实际检测过程中可以把芯样位置的回弹值和声时值单次记录，做好各项检测数据的注明，包括工程的名称与芯样的位置、对应的编号等。将获得的芯样拿到室内，采用专业的器械将芯样进行切割，确保高径比为1:1，保证试件标准，再将两端进行磨平处理，随后采用硫磺胶泥对其进行补平，要将试件自然干燥，三天后开始抗压强度试验。将检测各区域的芯样回弹值与声速值、芯样抗压强度等数值进行综合分析，把各数据带入对应的方程式中，得到此水利工程超声—回弹结合取芯综合法测强曲线回归方程，检测相关系数与相对标准误差，结果显示基于专用测强曲线的超声—回弹结合取芯综合法得到的测强曲线相关性良好，各项指标满足水利工程的设计标准与工程规程，最终得到的相对标准误差在可参考范围内。采用各个测区获得的声速值与回弹值，运用专门的公式计算，得到各个测区不同高程的强度，本次检测结果显示混凝土强度范围符合规定标准，平均强度以及变异系数在可参考范围之内，也符合国家水利工程混凝土施工质量要求与相关标准，根据容许应力法设计的水利工程混凝土强度保证率要超过80%，经系统计算与推定，此水利工程混凝土强度总体符合标准。

综上所述，混凝土芯样的强度检测，可以非常真实的反映混凝土结构母体的强度，实际工程检测时可以取适量的芯样，以专用测强曲线为基础，采用超声—回弹结合取芯综合法进行强度检测，批量评定后的结果准确度高，这种方法能有效解决单一方法检测水利工程混凝土的局限性，或者不能采用非破损检测方法的水利工程混凝土强度检测，针对无法直接用现行规范的测强曲线的问题有效解决。

5 结论

混凝土构件的强度检测可以采用超声—回弹结合取芯综合法，这种综合法能使现场检测更加便捷，且效率更为高效，可以对混凝土构件的结构与内部构造充分反映，同时也能反映出表层的具体状况，获得混凝土母体的弹塑性。上述两种方法的结合可以使水利工程混凝土强度检测系统性更强，检测结果的准确度相对较高，且符合混凝土力学性能与特点，比单一方法检测的精度高，得到的数据更加符合实况，需要注意的是地域因素可能对测强曲线有影响，检测前要综合考虑水利工程的施工地，选择适宜的测强曲线，确保检测数据的准确性，本次水利工程检测前建立专用测强曲线，采用超声—回弹结合取芯综合法检测混凝土强度的准确度高。