水利工程混凝土檢測試驗與質(zhì)控分析

覃建福

（廣東建科源勝工程檢測有限公司，廣東 東莞 523000）

水利水電工程在實際的施工中，為了提高施工質(zhì)量，需要結(jié)合具體需求，選擇適宜的檢測技術(shù)，從而使質(zhì)量問題被發(fā)現(xiàn)，并且采取有效的控制措施，降低這些質(zhì)量問題對施工和后續(xù)水利水電服務的影響?；炷潦┕な撬姽こ讨械闹攸c工藝，為了確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量，需要采取有效的混凝土檢測技術(shù)，提高施工質(zhì)量。

1 工程概況

某水利工程大壩建設等級為1 級，建設發(fā)電廠房為2 級，在電站中配備6 臺立軸混流式水輪發(fā)電機組，單機容量為120 W，總?cè)萘繛?20 W。該水利工程以混凝土重力壩為主體，大壩最大高度為119.8 m，大壩頂部高程為214 m，壩軸線長度為1 166 m，總混凝土量約為3.3×106m3。為了保障該水利工程質(zhì)量，防止出現(xiàn)上述多項混凝土結(jié)構(gòu)問題，需要對混凝土進行科學的檢測。

2 水利工程混凝土檢測試驗

2.1 檢測項目要求

在水利工程混凝土進行檢測的過程中，需要按照原材料標準制作相應的樣本，并將其放置在標準的試驗環(huán)境中，樣本和混凝土參數(shù)相一致后，需要對被檢測樣本與標準樣本的抗壓強度、強度、密實度以及鋼筋銹蝕度進行檢測，并將其準確記錄與標準數(shù)據(jù)對比，從而能夠明確當前被檢測混凝土是否符合質(zhì)量標準。在本次檢測工作中，各項檢測標準包括：①強度。標準值為34 MPa，平均值為46.2 MPa，修正強度為44.3 MPa。②抗壓強度。標準值為大于850 MPa，平均值為44.7 MPa，修正強度為42.8 MPa。③密實性。標準值為5.0%，平均值為45.7，修正為47.8。④鋼筋銹蝕度。標準值為小于0.075，平均值為48.3，修正強度為43.4 MPa。⑤其他檢測項見表1 所示。

表1 混凝土混合料中水泥和碎石檢測項目詳情

2.2 試驗過程

2.2.1 試驗方法選取

為保證工程質(zhì)量，主要質(zhì)量檢測方法為無損檢測技術(shù)，包括常規(guī)超聲波法、超聲橫波反射法、探地雷達法、回彈法等，具體如下。

（1）常規(guī)超聲波法。通過混凝土中縱波（P 波）傳播分析，根據(jù)縱波波速判斷混凝土中的裂縫、空洞等情況，縱波傳遞時根據(jù)混凝土的結(jié)構(gòu)差異性，波速計算公式為：

式中：V為縱波波速，P1 為無限尺寸介質(zhì)中的縱波，P2為樁、柱類介質(zhì)中的縱波，P3 為平面板狀介質(zhì)中的縱波，E為材料的彈性模量，μ為泊松比，(為密度。

在基礎理論中，超聲波在均衡介質(zhì)內(nèi)傳播時變化較小，混凝土中若有中空則會遇到空氣阻擋，此時波阻抗大致為340 km/m2s，混凝土的常規(guī)波阻抗為7.2×106～10.8×106km/m2s。

（2）超聲橫波反射法。橫波反射法相較于常規(guī)縱波更加穩(wěn)定且更易識別，因為橫波在氣體和液體中幾乎不能傳播，在混凝土缺陷檢測中的效果更佳。通常橫波波速計算公式為：

式中：VS為橫波波速，E為材料的彈性模量，μ為泊松比，)ρ為密度。

由控制單元連接傳感器列陣，列陣排布為4·12，每個傳感器均有信號接發(fā)功能，每次由單一一個傳感器發(fā)出信號，其他傳感器對被檢測混凝土進行橫波拾取，并對發(fā)射與回收的時間進行記錄，直至所有傳感器均完成信號發(fā)射與收集為止，結(jié)合正常的橫波波速判斷缺陷深度。

（3）探地雷達法。探地雷達法主要利用探地雷達進行檢測，基于不同介質(zhì)的電磁特性差異判斷混凝土的質(zhì)量問題，詳見表2。

表2 不同介質(zhì)的電磁特性差異

在混凝土表面布置探地雷達，通過天線發(fā)射高頻電磁波，根據(jù)反射波的特點形成二維成像，并對比不同介質(zhì)的電磁特性差異判斷地下缺陷的主要成因。

2.2.2 試驗結(jié)果計算

主要利用常規(guī)超聲波法對裂縫進行檢測，先采用不跨縫聲時探測法獲取混凝土的聲速值，再用用跨縫聲時探測法對裂縫進行探測和深度計算。不跨縫聲時探測過程中，應先將換能器置于同類正常混凝土上，換能器在規(guī)律間距下（如10 cm、20 cm、30 cm……）采集聲時值并繪制成圖，則超聲波的傳遞距離（裂縫深度）計算公式為：

式中：li為超聲波傳播距離，i為點位，l′ 為兩個換能器的內(nèi)邊間距l(xiāng)值=l， ′+a為聲時值制圖中的截距。

在跨縫聲時探測中，換能器跨越裂縫居于其兩側(cè)，在讀取聲時值的同時觀測首波相位，對正反方向及相關(guān)數(shù)值進行對應記錄。在首波相位反向后結(jié)合測距和相關(guān)參數(shù)計算裂縫深度，公式為：

式中：hci為裂縫在li點處的深度，li為該點超聲波的實際傳輸距離，v為聲時值，v為傳播速度。

混凝土只有一對檢測面時，可利用傳統(tǒng)的超聲波法無法判斷出空洞到檢測面的距離，在進行計算時，只能將空洞按照位于兩個檢測面的中心進行考慮，公式如下：

式中：r為空洞半徑，l為換能器間距，缺陷處最大聲時值，mta為正常情況下的聲時值。

測量時需注意：聲波法受到測點布置和混凝土質(zhì)量的影響較大，若測點布置太疏松，很容易將空洞漏測?；炷翞榉蔷|(zhì)體，受混凝土材料及施工質(zhì)量的影響，不同部位混凝土的聲速值會有區(qū)別，在填料振搗后的，受到粗骨料下沉、細骨料上浮的影響，不同高度的混凝土聲速值也可能存在差別。

2.2.3 回彈法綜合測試

在回彈儀率定過程中，鋼砧應平穩(wěn)放到剛性物體上。在對測定回彈值時，要通過多次穩(wěn)定回彈來獲取平均值。彈擊桿件應該在率定中劃分為四次旋轉(zhuǎn)，并控制旋轉(zhuǎn)角度，彈擊桿件每次選擇的率定均值參數(shù)為78～82。通常情況下，回彈儀率定應該將檢測間隔控制在3 個月，如果測試工作過于頻繁或是一次測試規(guī)模較大，就應該在每天在回彈儀使用結(jié)束后進行一次率定。如果在回彈儀的使用階段對結(jié)果有疑慮，同樣可以通過回彈儀率定的方式來實現(xiàn)對設備性能參數(shù)的檢驗。

對測區(qū)與測點進行布置時，應該確保所有構(gòu)件的測區(qū)都能滿足相關(guān)規(guī)定。每一構(gòu)件都應該確保測區(qū)數(shù)量達到10 個，而尺寸偏小的構(gòu)件則可以綜合實際需求來適當降低測區(qū)數(shù)量，測區(qū)數(shù)量最少應該保持在5個以上。為了保障測量效果，鄰近的測區(qū)應該將距離控制在2 m 以內(nèi)，而測區(qū)距離試驗構(gòu)件頂端以及施工縫邊緣應該將距離控制在0.2～0.5 m。測區(qū)可以選擇在構(gòu)件的兩個對稱可側(cè)面或是單一可側(cè)面，但在定位時則應該確保測區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)均勻分布。在試驗構(gòu)件的薄弱位置以及關(guān)鍵位置上，必須在規(guī)避預埋件的同時實現(xiàn)對測區(qū)的布置。鄰近的測點位置應該確保凈距離能夠大于20 mm，從測點位置到外露鋼筋以及預埋件的間距應該控制在30 mm 以上。測區(qū)內(nèi)要同時記錄多個回彈值，只有在大樣本的基礎上分析均值，才能讓測點回彈值讀數(shù)的精度滿足檢測試驗需求。

3 水利工程混凝土質(zhì)量控制要點

3.1 材料控制

混凝土是水利工程建設中最為重要的原料之一，雨水溶解后能夠與骨料產(chǎn)生膠合作用，當前水利工程中常用的幾種水泥種類分別是硅酸鹽水泥、中熱硅酸鹽水泥。為了盡可能減小堿性骨料的減輕作用，通常在混凝土配備過程中會選擇中熱和低熱水泥。在使用前也必須對其進行檢測，了解其原材料性能，保障其能夠滿足相關(guān)標準。在混凝土攪拌過程中，需要將砂作為細骨料。而在這一材料使用前，必須從每400 m3中選取一份砂開展質(zhì)量檢測工作。合格的砂不僅要達到良好的配機，還不能含有任何雜物，保障其質(zhì)地堅定且細度模數(shù)于2.4～2.8。在水利工程建設過程中粗骨料必須滿足《水工混凝土施工規(guī)范》相關(guān)要求，合適的粗骨料粒徑應當控制在混凝土板厚度的1/2、鋼筋間距的2/3。若混凝土構(gòu)件鋼筋用量較低或未使用鋼筋，在選擇粗骨料時，就應當偏向于大粒徑骨料。在選擇外加劑時，必須考慮水利工程混凝土性能標準，結(jié)合氣候條件與生產(chǎn)工藝兌換領(lǐng)土質(zhì)量與標準進行分析，并通過專業(yè)人員的檢驗來對保障混凝土調(diào)節(jié)效果。

3.2 澆筑工藝控制

混凝土澆筑作為水利工程重要內(nèi)容，其澆筑質(zhì)量決定整個項目建設效果，正式施工之前，為促使混凝土澆筑工作高效化實施和開展，應及時清除模板表面異物，做好新舊混凝土銜接工作，實際澆筑過程中，保證澆筑溫度處于5 ℃，為避免其產(chǎn)生離析現(xiàn)象，常規(guī)下塌落高度不超過2 cm，選用整體分層澆筑的方式，分層厚度為30～50 cm，確保前后澆筑時間間隔在2 h 內(nèi)，選取分層澆筑的方法，積極地利用機械設備進行振搗，且每層混凝土結(jié)構(gòu)厚度超過20 cm 每小時內(nèi)，減少冷縫的形成。細薄截面混凝土澆筑過程中，選取有效的策略和措施，減少混凝土產(chǎn)生分層、泌水和離析等問題?；炷翝仓３诌B續(xù)實施，因技術(shù)或施工組織等必須間歇時，應最大限度地縮短間歇時間周期，處于下層混凝土并未凝結(jié)之前，完成上層混凝土的澆筑工作。若該過程中因機械故障產(chǎn)生冷縫質(zhì)量缺陷，應第一時間中斷澆筑工作，待澆筑混凝土強度滿足相關(guān)指標和規(guī)范后，利用強有力的策略和方法對冷縫進行修復處理，以便于高效開展混凝土澆筑工作。

3.3 混凝土養(yǎng)護

混凝土養(yǎng)護方式較多，如自然養(yǎng)護、加熱養(yǎng)護等，針對自然養(yǎng)護而言，其處于自然溫度條件下選用覆蓋澆水養(yǎng)護或塑料薄膜養(yǎng)護，不同養(yǎng)護方式特征和優(yōu)勢存在差異性：覆蓋澆水養(yǎng)護?；炷翝仓ぷ魍瓿珊?～12 h 內(nèi)選取草簾、麻袋等覆蓋，澆水確保其濕潤，溫度超過15 ℃，處于混凝土澆筑后的最初2 d，白天至少應每3 h 澆水一次，夜間澆水兩次，高溫應適當增加澆水頻次。利用覆蓋薄膜將混凝土覆蓋，避免其與空氣接觸，水分不再蒸發(fā)，水泥依靠混凝土內(nèi)的水分進行水化作用而凝結(jié)硬化，其有利于改善現(xiàn)場施工的條件，節(jié)省各類資源資金，保證混凝土的養(yǎng)護質(zhì)量。針對加熱養(yǎng)護方法，主要是對混凝土加熱，以實現(xiàn)其強度快速增長，常選用蒸汽養(yǎng)護、熱膜養(yǎng)護、太陽能養(yǎng)護等。

4 總結(jié)

對于建設工程而言，混凝土工程施工質(zhì)量十分重要，對其原材料質(zhì)量進行檢驗檢測以此確保用于實際施工中的材料符合質(zhì)量標準，這樣才能充分保障工程項目的安全性與質(zhì)量水平。有關(guān)檢測人員一定要仔細檢測混凝土原材料質(zhì)量，在發(fā)覺隱患因素時要立刻追溯問題源頭，并采取解決措施，從而保證整個工程項目可以順利完工。