橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強度分析中超聲回彈綜合法的應(yīng)用探討

項 燁

（吳江建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心有限公司，蘇州 215200）

橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強度分析中超聲回彈綜合法的應(yīng)用探討

項 燁

（吳江建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心有限公司，蘇州 215200）

本文介紹了超聲回彈綜合法的基本原理，研究了橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強度分析中混凝土抗壓強度和回彈值、聲速值之間的關(guān)系，說明了超聲回彈綜合法的優(yōu)越性。提出在實際應(yīng)用中的注意要點。

超聲回彈綜合法 橋梁結(jié)構(gòu) 混凝土強度分析

橋梁是一個長期使用的基礎(chǔ)設(shè)施，不斷發(fā)生的橋梁倒塌事故讓橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性得到了工程界越來越多的重視。對現(xiàn)有橋梁混凝土結(jié)構(gòu)強度的檢測在工程界越來越重要。其重要性體現(xiàn)在兩個方面。第一，通過對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)強度的檢測，可以全面評價混凝土結(jié)構(gòu)的可靠性；其次，對那些還能夠使用的結(jié)構(gòu)物，可以根據(jù)檢測結(jié)果，確定是否有必要采取一定的加固補強措施。為了實現(xiàn)上述檢測的目的，在橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測中，為了達到比較理想的檢測效果，無損檢測方法往往是首選[1]。在目前常用的無損檢測方法中，超聲回彈綜合法以其獨特的優(yōu)勢得到了廣泛的應(yīng)用。

一、超聲回彈綜合法原理

超聲回彈綜合法是一種無損檢測技術(shù)。而有時候為了達到更加精確的檢測結(jié)果，會綜合兩種或者兩種以上的無損檢測方法去開展，并建立混凝土抗壓強度和這多個物理量之間的相關(guān)關(guān)系，從而利用擬合的測強曲線來計算混凝土的強度。

超聲回彈綜合法利用回彈法來測定混凝土的表面硬度，這個測量的值就是回彈值。利用超聲儀測定超聲波在混凝土結(jié)構(gòu)中的傳播時間，從而計算出超聲波在混凝土結(jié)構(gòu)中的速度，通過回彈值和聲速值擬合混凝土結(jié)構(gòu)的測強曲線，然后可從中推定混凝土結(jié)構(gòu)的強度[2]。其中，聲速值反應(yīng)了混凝土內(nèi)部的密實度，混凝土強度不同，此時的密實度也是不一樣的。從這個角度來講，聲速值和混凝土強度之間存在一定的關(guān)聯(lián)性，也是客觀存在的。通過對比回彈值和聲速值綜合后的相關(guān)關(guān)系，原來對單一參數(shù)有較大影響的因素，如水泥種類、混凝土含水量和混凝土碳化等對測試結(jié)果的影響都沒有原來單一參數(shù)時那么顯著。

二、超聲回彈綜合法在橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強度分析中的應(yīng)用

2.1檢測設(shè)備和檢測方法

對橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強度的檢測以橋面混凝土構(gòu)件為主。將混凝土橋面按照原有的板塊分成若干部分。針對每一個構(gòu)件，按照規(guī)程或者有關(guān)規(guī)定布置一定數(shù)量的測區(qū)，測區(qū)尺寸控制為 20×20cm2，板塊兩個測量面上對應(yīng)的兩個 20×20cm2方塊視為一個測區(qū)。在一個板塊構(gòu)件上均勻布置若干個測區(qū)，然后進行回彈值和聲速值的測量。對于同一個測區(qū)，建議先進行回彈測試，然后進行超聲聲速測試[3]。

檢測設(shè)備根據(jù)超聲回彈綜合法的要求選擇適合的設(shè)備，包括聲波檢測儀和混凝土回彈儀。其具體的檢測步驟按照相關(guān)儀器的使用說明和規(guī)定進行。

2.2 回彈值的測量和計算

在測量回彈值的時候，按照回彈儀的一般操作規(guī)定進行，其次，在施壓的時候應(yīng)該均勻而緩慢，在彈擊錘脫鉤前不應(yīng)該施加沖力。在其測量原理為：對于測區(qū)的兩個面進行8個回彈值的測量，在此基礎(chǔ)上得到16個回彈值，去除其中三個最大的和三個最小的，以余下的10個回彈值取平均數(shù)就得到這個測區(qū)的平均回彈值，其計算公式如下[3]：

（1）

式中，Rm—測區(qū)的平均回彈值

Ri—第i個測點的回彈值

如果是在非水平狀態(tài)下測量的回彈值，應(yīng)該按照（2）式進行修正，修正公式如下：

（2）

式中，Ra—修正之后的測區(qū)回彈值

Raα—測量角度為α的回彈修正值

如果是頂面和底面測得的回彈值，按照（3）式進行修正，修正公式如下：

（3）

式中，Ra—修正后的測區(qū)回彈值

—測試頂面的回彈修正值

—測試底面的回彈修正值

在進行測量的過程中，儀器難以達到水平狀態(tài)的話，構(gòu)件測區(qū)就不是混凝土的澆筑側(cè)面，此時就需要對其進行矯正，在此基礎(chǔ)上對于澆筑面進行修正。

2.3 聲速值的測量和計算

測量聲速值的時候，在每個測區(qū)對應(yīng)的兩個測面上分別布置3個測量點，保證換能器和混凝土耦合良好，使發(fā)射和接收換能器在同一條軸線上。測區(qū)的聲速值采用以下兩個公式計算：

（4）

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式中，Vi—測區(qū)聲速值，單位m/s

l—超聲測量距離，單位m

tmi—第i個測區(qū)的平均聲時值，單位s

t1，t2，t3—分別為測區(qū)中三個測點的聲時值，單位s

如果在混凝土澆筑的頂面和底面測試，混凝土構(gòu)件的上表面砂漿比較多，強度偏低，混凝土構(gòu)件的底面粗骨料比較多，強度會偏高，這樣測得的值與側(cè)面是有區(qū)別的。其次，如果混凝土構(gòu)件表面澆筑不平整，那么會使聲速值偏低，因此在對混凝土構(gòu)件上表面和下表面進行聲速測量時應(yīng)該按照以下公式進行修正，修正公式如下：

（5）

式中，Va—修正之后的測區(qū)聲速值，單位m/s

根據(jù)測量得到的回彈值和聲速值數(shù)據(jù)，按照以下公式推算混凝土強度，公式如下：

（6）

3 影響測量結(jié)果的因素

由于超聲回彈綜合法檢測混凝土強度是通過混凝土構(gòu)件表面硬度、超聲聲速等物理量來間接推算混凝土強度，而混凝土是一種混合材料，其性能受自身材料組合和外界環(huán)境的影響較大。通過分析不同水泥品種、不同粗骨料種類、環(huán)境溫度和濕度等因素來對比測量結(jié)果，通過消除不利因素的影響，提高測強曲線的精度，拓展超聲回彈綜合法的適用范圍。

3.1 粗骨料種類對測量結(jié)果的影響

超聲聲速和回彈值對混凝土內(nèi)部截面粘結(jié)狀態(tài)并不敏感。在砂漿配比相同的情況下，粗糙的碎石因為表面棱角分明，空隙多，因此其與砂漿的結(jié)合能力相較卵石也更強，因此，碎石混凝土的強度較卵石要高。通過實驗[4]，這種差別在測強曲線上表現(xiàn)明顯。所以，如果當石子品種不同的時候，應(yīng)該針對不同的粗骨料種類分別建立測強曲線。提高擬合的準確性。

其次，粗骨料的粒徑大小對超聲聲速測量有一定的影響，粒徑越大，混凝土構(gòu)件抗壓強度越小，但是超聲聲速變大。

3.2 環(huán)境溫度對測量結(jié)果的影響通過對不同溫度下相同混凝土試塊的超聲聲速測量，結(jié)果表明，環(huán)境溫度對超聲聲速的影響不大，可以忽略。

3.3 環(huán)境濕度對測量結(jié)果的影響

通過實驗可以證明，濕度越大，回彈值越低，并且這種影響隨著混凝土強度的增加而變小。而混凝土的超聲聲速則隨著濕度的增大而增大。采用超聲回彈綜合法可以在一定程度上消除濕度對強度測量結(jié)果的影響。由于不同地區(qū)環(huán)境變化較大，濕度變化也大，所以在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場測量的時候應(yīng)盡可能選擇干燥狀態(tài)。

4 超聲回彈綜合法對橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強度分析的利處

在橋梁施工過程中，如果由于施工控制不嚴發(fā)現(xiàn)混凝土強度不夠的時候，可以優(yōu)先采用超聲回彈綜合法測量。當需要了解在橋梁施工期間混凝土結(jié)構(gòu)強度增長情況，可優(yōu)先采用超聲回彈綜合法。當需要對已建成橋梁進行混凝土結(jié)構(gòu)強度的測量時，可優(yōu)先采用超聲回彈綜合法。

結(jié)束語：

為了達到對橋梁進行無損檢測的目的，可以選擇超聲回彈綜合法進行檢測，該方法通過檢測聲速值和回彈值兩個物理量，將其綜合來擬合混凝土結(jié)構(gòu)強度曲線，從而得到單一物理量無法得到的精確度和穩(wěn)定性。推算得到的混凝土結(jié)構(gòu)強度較為全面客觀地反映了影響混凝土強度的各種因素，提高了無損檢測的精度，保證了橋梁工程的安全性。

[1]鄧旭華.超聲回彈綜合法在鋼筋混凝土拱橋路面結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用[J].混凝土,2004,(3):56-58.

[2]陳滿紅.超聲回彈綜合法在混凝土強度檢測中的應(yīng)用[J].檢測技術(shù),2009,(12):33-35.

[3]佟成娥.超聲回彈綜合法在結(jié)構(gòu)混凝土強度檢測中的應(yīng)用[J].無損探傷,2008,32(3):45-46.

G322

B

1007-6344（2015）02-0316-02

項燁（1986-9），女，江蘇蘇州吳江，大專，研究方向：工程檢測類、交通、道路、橋梁、材料檢測，畢業(yè)院校：南京交通職業(yè)技術(shù)學院，職稱：助理工程師。