基于超声回弹综合法的钢筋混凝土框架柱检测技术试验研究.pdf

96DOI:10.16056/j.2096-7705.2023.03.015能源研究与管理 2 0 2 3,15(3)研究与探讨基于超声回弹综合法的钢筋混凝土框架柱检测技术试验研究邓龙龙1，赵苏玲，段小玲3*(1.广州市广州工程建设监理有限公司，广州广东韶关512126；3.中成投集团第八工程局有限公司，福建厦门36 10 2 4)川510 0 7 5；2.广东松山职业技术学院，摘要：为探明钢筋混凝土框架柱内部缺陷及混凝土强度，对其进行了超声回弹综合法检测，先进行超声波检测，提取了声时、声速和波幅进行数据处理和异常值分析，同时对混凝土强度进行了回弹检测。研究表明：1）超声波检测对构件内部质量缺陷无法精准定位和准确描述，混凝土强度也只能通过声速推测，准确度较差，仅适用于定性分析。2）声波遇孔洞和疏松部位时会产生反射和绕射，导致声时增长，且高频成分易被吸收，波幅明显降低。波速大小能反映混凝土的密实性，密实性越好，则波速越大。3）回弹检测法的回弹值受混凝土表面强度的影响较大，无法探测混凝土内部质量缺陷及内部深处混凝土强度。4）通过波速修正后的回弹值与取芯值更吻合，超声和回弹两者综合应用效果更佳。5）超声回弹综合法和取芯法测得的混凝土强度分别为回弹检测值的8 7%和95%，超声回弹综合法检测混凝土强度的保证率最高，建议回弹值降低10%使用。关键词：超声回弹综合法；超声波；混凝土回弹；声速与波幅；混凝土强度中图分类号：TU192Experimental Study on Testing Technology of the Reinforced ConcreteFrame Column by Ultrasonic-Rebound Combined Method文献标志码：A文章编号：2 0 96 7 7 0 5（2 0 2 3）0 30 0 96 0 6DENG Longlong,ZHAO Suling 2,DUAN Xiaoling 3*(1.Guangzhou City Guangzhou Engineering Construction Supervision Co.,Ltd.,Guangzhou 510075,China;2.Guangdong Songshan Polytechnic,Shaoguan 512126,Guangdong,Chian;3.Zhong City Inverstment Group Eighth Engineering Division Co.,Ltd.,Xiamen 361024,Fujian,China)Abstract:It has been carried out ultrasonic-rebound combined method to measure the internal defects and concrete strength ofReinforced concrete frame column,and extracted sound time,sound velocity,and wave amplitude for data processing andoutlier analysis by ultrasonic testing first,simultaneously rebound concrete strength.Research shows that:1)The ultrasonictest is unable to accurately locate and describe for the internal quality of defects,it is poor accuracy for predicting concretestrength based on sound velocity,only applicable for qualitative analysis.2)Sound waves will reflect and diffract whenencountering holes and loose areas,and increase sound wave operation time,and wave amplitude is significantly reduced收稿日期：2 0 2 3-0 5-2 2基金项目：江西省教育厅科技类重点项目“钢筋混凝土叠合梁板交角处装配式模板系统开发与应用”（GJJ215301)第一作者：邓龙龙（198 7 一），男，本科，工程师，主要研究方向为事工程管理。E-mail：2 546 0 0 0 6 7 q q.c o m*通信作者：段小玲（197 5一），女，本科，高级工程师，主要研究方向为事复杂施工工艺。E-mail：8 57 12 5995 q q.c o m引用格式：邓龙龙,赵苏玲,段小玲.基于超声回弹综合法的钢筋混凝土框架柱检测技术试验研究J.能源研究与管理,2 0 2 3,15(3):96-10 1.研究与探讨because of high-frequency components absorbed.The wave velocity reflects the compactness of concrete,and the better thecompactness with the higher the wave velocity.3)The concrete rebounding value is greatly affected by the surface strength,arebound method is unable to measure the concrete strength in internal depths and describe for the internal quality of defects.4)It is more consistent with the core value when the rebounding value is corrected by wave velocity,and ultrasonic-reboundcombined method has a better effect.5)The concrete strength values measured by the ultrasonic-rebound combined methodand the core sampling method are 87%and 95%of the rebounding value,it is the highest assurance rate of the concretestrength by the ultrasonic-Rebound combined method,It is suggested that the concrete rebounding value should reduce by10%before use.Keywords:ultrasonic-rebound combined method;ultrasonic waves;concrete rebound;velocity and amplitude of sound;concrete strength能源研究与管理 2 0 2 3,15(3)97性能规律。文献7-9 研究了水泥种类、测试面、掺引言合料、含水率、粗细骨料对超声回弹综合法检测结混凝土结构常因施工质量控制不严、使用不当果的影响，研究表明，含水率和外加剂的影响可以等使构件存在质量缺陷，甚至导致构件因承载力不忽略，掺合料的影响颇为显著。因此，如何选择最足而被破坏或失稳。因此，除了严把工程施工质量佳的检测方法，实现以最低的成本完成检测目标一关外，还须对构件实际质量状况有精准的认识和把直是工程技术人员关注的焦点。本文以项目现场存控，尤其对存在质量缺陷的构件，必须进行科学检在质量缺陷的梁柱为研究对象，在构件对侧面分别测，通过数据分析和试验等方法复核构件承载力，安装声波发射和接收装置，通过分析声波在结构中这对提高工程质量和评估结构安全均具有十分重要的变化，推测构件内部质量状况，同时对异常部位的意义。混凝土构件按照检测目的大致可以分为强增设混凝土强度回弹检测，通过专用测强曲线进行度检测、内部缺陷探测、结构损伤性评估和其他目强度推定，对比分析混凝土回弹值、超声波混凝土的4类2 。而依据检测过程中对构件的破坏程度，可强度推测值、超声回弹综合法值三者差异，并提出以分为破坏性试验和非破坏性的无损检测，前者因贴合实际强度的取值方法。检测中常对结构造成较大损伤，以至适用性差，后1超声回弹综合法检测方法者利用先进的电子信息监测结构受力后内部结构组织的变化及内部质量，具有很好的适用性而备受青睐。常用的无损检测方法有超声波检测、混凝土回弹、层析成像等，且以超声回弹和层析成像应用最广泛，相关文献报道也较多，如周亚乔等3采用声波方向性并结合声波路径，研究超声波衰减与内部质量的变化关系，发现孔洞和疏松对声波衰减有显著影响。黄政宇等4针对混凝土层析成像中存在噪声和伪像，采用二维中值滤波和神经网络技术对成像进行改进，得到更清晰的图像。田建行5 研究了超声波检测混凝土缺陷，利用超声波衰减和波幅降低的规律，定位缺陷位置和大小。混凝土强度检测以回弹法和超声波综合法居多，前者属于混凝土强度的“专项”检测，但无法探测内部缺陷，后者既可探测内部缺陷，又可通过波速推测混凝土强度，但波速、波形图受骨料粒径、水泥品种等多因素硬性，依据波速推测的混凝土强度可信度较差，如李友彬采用超声回弹综合法对某水库RFC进行检测，获得RFC的匀质性、密实度等1.1超声波混凝土探伤在被测混凝土构件表面激发一定频率的弹性波，同时在其对侧面接收经过混凝土内部的声波信号，通过分析其声时、波速、振幅和频率等，可了解混凝土构件力学特性及内部质量缺陷：1）混凝土越密实，波速越大；2）超声遇构件内部孔洞或裂缝时定会绕道而行，以致路程增长，声时增大；3）声波遇缺陷的界面将会产生反射、散射，声能衰减，且频率越高，衰减越快，这将导致波幅和频率明显降低；4）返射波和绕射波与直达波相遇后产生叠加，但因相位和时程差造成相互干扰，会产生畸变的叠加波形图。通过对所接受信号进行反演分析，可以推测混凝土内部缺陷。当前用超声检测混凝土内部缺陷时，主要提取声时、声速和波幅，这些信息与混凝土的密实性、内部缺陷和均匀性有密切关系。1.2混凝土强度回弹的基本原理回弹法是基于混凝土强度与构件表明硬度正相OSS98关的原理，利用驱动重锤在标准弹簧的驱动下冲击弹击杆，使其与混凝土表面相接触并产生瞬时冲击力，此时重锤在混凝土弹性反击力的作用下反弹一定距离，并带动指针在刻度上指出回弹值。混凝土强度越高，回弹值越大。回弹仪弹性能的损耗与混凝土塑性和弹性性能有直接关系，试验时应减少检测中构件振动等产生的额外能量损失。回弹法的局限性是若构件表面疏松或具有较厚砂浆层时，会因表面塑性变形导致回弹值较实际强度低，也无法反应构件内部（深处）的混凝土强度。若混凝土构件表面较硬，内部深处存在疏松或孔洞，会导致测量值较实际值偏大，且无法反应构件内部质量缺陷。1.3超声回弹综合法超声回弹综合法兼具有超声检测和回弹法优点，回弹法检测的混凝土强度回弹值受构件表面强度的影响较大，难于反映内部混凝土的质量状况，但借助超声波的波速对回弹值进行修正，可以获得更贴近实际的回弹值。这样既可以分析混凝土内部质量缺陷，又可以获得混凝土的真实强度。该方法具有操作简便、准确可靠等优点，在混凝土无损检测中得到广泛应用12-13。2项目试验研究与讨论某综合楼结构设计为钢筋混凝土框架-剪力墙，混凝土浇筑完的3月后拟对（8）轴与（N）轴相交的钢筋混凝土柱进行混凝土强度检测和内部探伤，采用超声回弹综合法检测。该柱混凝土设计强度为C40，属宴会厅与办公楼相交的外边柱，前者层高10m（柱标高5.6 15.6 m），后者层高5m（全高10m)，标高分别为5.6 10.6 m 和10.6 15.6 m。2.1走超声检测点布置该柱布置如图1所示，外边梁与柱外边缘平齐，且外墙已砌筑。除了墙柱相交处无法检测外，柱外表面其他部位均具有满足检测要求操作空间。在满足检测操作要求的前提下，在柱（南、北）侧面对称布置测点，点编号依次为NI、N、N、N4和N共5个测点。依据CECS21一2 0 0 5超声法检测混凝土缺陷技术规程测点布置要求，首测点N距离柱边缘为50 mm，相邻测点间距均为10 0 mm，具体详见图1。2.2超声检测区域及检测结果本试验测点布置如图1所示，采用侧面对测，测距为8 0 0 mm。受现场检测条件限制，仅对柱上段能源研究与管理 2 0 2 3,15(3)22艺艺2柱子N南NNNfoot001北N中西800图1超声波检测截面点布置图（单位：mm）Fig.1 Measuring point layout scheme of ultrasonic testing oncross section（即标高10.6 15.6 m）进行超声检测，同时将其分为I测区段（标高14.4513.7 0 m）和II测区段（标高13.2 512.35m）均布置6 个测区，每测区按照图1进行5次对测。超声混凝土检测获得的声时、声速和波幅参数值按CECS212005超声法检测混凝土缺陷技术规程规定求平均值和标准差，同时将测点声学参数按照从大到小的顺序排列求异常点，检测结果见表1和表2。由表1可知，相同截面不同测点声时存在差异，这可能是声波从激发至接受路经裂缝、孔洞等，声波产生散射和绕射，造成路径增长，声时增加。声速与声时呈反比，即声速越大，声时就越小。波幅与声时和声速的关联性不强，即使声速和声时相同，波幅也存在较大差异，这可能是波幅与混凝内部结构疏松和孔洞有关，遇疏松结构时，声波除了产生散射或绕射外，也有部分被吸收了，尤其是高频成分衰减最快，导致波幅降低1415。所获得的声速是平均值，无法反应内部物理构造特性。由表2 可知，声波、声速和波幅除了具有与表1相同特征外，3测区的N4点和5测区的N点声速均较低，4测区的N点波幅均较3个异常点低，声速低可能是因混凝土内部密实度差所致，波幅降低可能与内部酥松及孔洞等对高频波幅吸收有关14。2.3柱混凝土强度回弹检测2.3.1测点布置基于超声波内部缺陷检测和现场外观质量可疑确定回弹部位，分为原有缺陷区、梁柱相交处、弹性波缺陷区域和正常区域4类。质量缺陷区测点布置相对较密，正常区域测点相对稀疏。在满足试验操作要求的前提下，相对侧面均布置了测点。弹性波缺陷区域仅在东侧布置测点，竖向标高为12.35、12.50、13.10、14.30、14.45m，回弹值分别为50.0、48.4、45.7、44.5、45M Pa。其他区域测点回弹强度研究与探讨东梁梁boi研究与探讨序号标高/m声时/us声速/(kms-l)196.004.082195.504.092114.45214.30314.15序号标高/m声时/us声速/(kms-l)192.504.156196.504.071113.25213.1312.95见表3。2.3.2回弹试验与数据处理混凝土回弹区按表3标高处选择规则、平整，选取2 0 0 mm200mm的尺寸作为预测区。检测前清理表面粉刷层、杂物，避开裂缝、缺口，预测区外边距离柱外边缘50 mm。每个预测区域内共进行16 个测点，相邻测点间距2 0 mm；测点距离外露钢筋和预埋件30 mm，同一测点只能弹击1次；计算时扣除3个最大值和3个最小值，将剩余10 个能源研究与管理 2 0 2 3,15(3)表11测区段超声波检测结果汇总Table 1Summary of ultrasonic testing results for the first survey area193.004.145194.504.113194.504.113195.004.103194.004.124192.504.156193.504.134196.504.071195.504.092194.004.124193.504.134192.004.167表2测区段超声波检测结果汇总Table 2Summary of ultrasonic testing results for the second survey area195.504.092194.504.113197.504.051195.004.103195.504.092194.004.124195.004.103195.004.103194.004.124197.504.051200.503.990198.504.030197.004.06199.波幅/dB序号标高/m声时/us31.56192.5031.06193.5038.60437.0733.4834.7633.9241.8738.2134.7633.3738.7839.8241.18波幅/dB序号标高/m声时/us37.94197.5041.73198.5042.86443.4833.0032.6543.4033.8434.7835.6243.8333.5636.8332.9635.62声速/(kms-1)4.1564.13414.00191.50190.50190.50189.50188.00513.85613.7012.8512.65612.5有效数据求平均值作为测区回弹值，计算精度至0.1MPa。依据JGJ/T232011回弹法检测混凝土抗压强度技术规程规定，测区回弹值检测完毕后及时测量了碳化深度，测点数为构件测区数30%以上，以平均值作为测区碳化深度值，且根据碳化深度修正回弹值，表3中数据是依据碳化深度进行修正后的值。2.3.3回弹结果分析由表3可知，柱混凝土检测强度最大和最小分别波幅/dB36.1132.324.17835.434.19942.304.19937.164.22230.734.25547.51189.504.222188.004.255190.504.199195.004.103194.504.113199.504.010193.504.134声速/(kms-l)4.0514.030197.504.051197.004.061197.504.051196.004.082200.503.990199.504.010195.004.103197.004.061197.004.061195.004.103198.504.030199.504.010195.004.03032.6637.4129.5736.8944.0430.3842.76波幅/dB25.4133.4531.3634.5433.2338.9529.8031.7240.6439.8138.1442.0933.4135.0137.85100.Table 3Rebound value of column concrete strength测区强度/MPa测区号标高/m南侧北侧114.4214.2313.0412.6511.068.878.587.997.6107.3为52.5MPa和41.1MPa，从柱顶至柱底，混凝土强度呈现逐渐降低趋势，上段柱（标高10.6 15.6 m)混凝土强度49.2 52.5MPa，下段柱（标高5.6 10.6m）混凝土强度41.146.9 MPa，同段混凝土强度差异不明显，但上下段柱混凝土强度存在明显差异。这可能与施工质量控制有关，施工时柱按楼层分段浇筑，2 次混凝土质量可能存在差异。超声波检测呈现的缺陷区和表面看似质量不合格的区域，回弹值均满足设计要求。梁柱相交处相邻对侧面混凝土强度相差较小，对侧面混凝土强度Table 4Analysis of the correlation between concrete strength rebound value and ultrasonic parameters测区平均声速/(kms-l)14.10924.11834.10544.064由表4可知，声波波幅变化对混凝土回弹强度影响不明显，这可能是因为波幅主要反映构件内部细微结构变化。相同波速，混凝土回弹强度基本相同，这可能是因为波速反映的是混凝土密实状况，与混凝土强度有较直接关系。超声回弹综合法测得的混凝土换算强度为回弹值的8 7%，取芯值为回弹值的95%。3结论1）超声波检测所提取波速为平均值，无法反映孔洞大小、裂缝长度等缺陷详情，物理意义不够明确，不宜用于混凝土强度测定，仅适用于定性分析。能源研究与管理 2 0 2 3,15(3)表3柱混凝土强度回弹值除个别测点相差悬殊外，其他均较稳定。2.4木柱混凝土强度取芯检测为探明混凝土强度，选择缺陷区域在标高备注13.514.5m进行现场取芯检测混凝土强度，测得49.448.449.848.349.550.350.652.549.649.244.045.741.146.246.946.343.945.446.446.0表4混凝土强度回弹值与超声参数关联性分析平均波幅/dB回弹强度/MPa换算强度/MPa换算强度/回弹强度取芯强度/回弹强度34.3545.036.7044.536.0645.736.1851.5研究与探讨混凝土抗压强度平均值47.1MPa，标准差2.7 3，最小值为44.2 MPa，现龄期混凝土抗压强度推定值为原有缺陷区域42.6 MPa。2.5超声、回弹和取芯检测混凝土强度比较梁柱相交处表1、表2 和表3均显示超声检测区位置和回弹检测区位置略有偏差，这是因为混凝土回弹测区尺寸为2 0 0 mmx200mm，外加现场操作条件，实际正常区域两者测区基本一致。为比较超声参数与混凝土回弹强度的关联性，选取具有代表性测点参数进行比较，并按照T/CECS022020超声回弹综合法检测混凝土抗压强度技术规程全国统一测区混凝土抗压强度按式(1)换算：fu=-0.028 6 V/19,15式中：fu，为第i个测区混凝土强度换算值，MPa,精确至0.1MPa；V,为第i个测区修正后的声速，km/s；R,为第i个测区修正后的回弹代表值。换算时按截面平均声速，混凝土浇灌顶面及底面测试时修正系数为1.0 34，在混凝土侧面测试时修正系数为1，故本试验声速无需修正。混凝土取芯强度取值42.6 MPa，换算结果见表4。39.1538.8139.7744.752）声波遇孔洞和疏松部位，产生反射和绕射，声时增长，且高频成分易被吸收，波幅明显降低；波速反映混凝土密实性，密实性越好，波速越大。3）回弹法值受混凝土表面强度影响较大，无法探测混凝土内部质量缺陷及内部深度混凝土强度，通过声波修正后的回弹值与取芯值更吻合，超声和回弹两者综合应用效果更佳。4）超声回弹综合法测得的混凝土换算强度为回弹值的8 7%，取芯值为回弹值的95%。可见回弹值最高，从安全角度考虑，结合试验结果，超声回弹综合法保证率最高，属最佳选择，回弹值取值建议降低 10%使用。(1)0.870.9460.870.9570.870.87一研究与探讨参考文献1 黎忠祁,罗泽权,梁洪涛.回弹法检测混凝土强度的准确性研究J.广西水利水电,2 0 2 0(6):38-41.2刘兆秀,李静.混凝土抗压强度的检测方法分析.安徽建筑,2021,28(1):177-178.3周亚乔,曾春平,马琨,等.混凝土损伤定位的超声波衰减成像研究J.混凝土,2 0 19(1):30-33.4黄政宇,黄靓,缪仑.混凝土超声波幅值衰减层析成像研究.铁道科学与工程学报,2 0 0 4(2):35-38.5 田建行.混凝土结构内部缺陷的超声成像检测方法研究D.保定：河北大学,2 0 19.6李友彬,朱柏松,唐晓玲,等.超声回弹综合法在水库堆石混凝土性能检测中的应用J.水利规划与设计,2 0 2 0(6):12 9-132.7中国机械工程学会无损检测学会.无损检测概论M.北京：机械工业出版社,19 9 3:1-6.8商涛平,童寿兴.混凝土裂缝深度的超声波检测方法研究.能源研究与管理 2 0 2 3,15(3)9刘博.超声波用于水泥混凝土及水泥土无损检测中的研究J.建筑科学,2 0 11(17):7 1-7 2.10王茂杰.超声回弹综合法检测泵送混凝土抗压强度研究D.兰州:兰州大学,2 0 13.11林悦慈.回弹法测定灌浆料试件早期强度的试验研究D.长沙：湖南大学,2 0 19.12李秀春,吴利平,邓亚,等.四川东地区超声回弹综合法检测混凝土强度曲线的建立研究J.建筑结构,2 0 19,49(S2)754-758.13董林,杨昊.超声回弹综合法检测混凝土强度影响因素研究.工程质量,2 0 12,30(9):52-54.14杜红阳,周群建.超声波无损检测在混凝土工程桩上的应用.岩工程界,2 0 0 1(8):57-59.15王浩多.水工砼内部缺陷超声波CT检测方法的试验研究D.西安:西安理工大学,2 0 19.101.无损检测,2 0 0 2(1):6 0-6 1.(上接第 95 页)填料有一定的影响，运行一段时间后，随着生物填料表面钙盐沉积物的增加，接触氧化池的处理效果会有所下降。3）本处理工艺可以有效去除废水中的磷。随着生石灰投加量的增加，废水中磷的去除率升高；适当延长第一缺氧池的水力停留时间，有利于提高活性污泥池的处理效果。4）“固液分离+厌氧工艺+二级A/O工艺+混凝沉淀+曝气生物滤池”组合工艺处理养猪污水的尾水主要指标CODcr、NH,-N、T P排放质量浓度分别为114142、2 16、2.0 5.6 mg/L，达到 GB50842021农田灌溉水质标准和GB185962001畜禽养殖业污染物排放标准的排放标准。本工艺废水处理的实际运行成本约为3.46 元/t。参考文献1夏磊,金细莲,陶小龙.新建区畜禽养殖污染防治现状分析及建议J.能源研究与管理,2 0 2 2,14(3):2 6-30.2陈立军.规模化养猪场粪污的危害及治理措施J.畜禽业，2022,395(4):23-25.3 徐圣君,王华彩,姜参参,等.畜禽养殖废水生物处理技术研究进展J.环境科学与技术,2 0 2 1,44(S2):153-162.4 张静妮,韩志刚,郑丹,等.畜禽养殖废水处理技术动态与发展趋势J.农业环境科学学报,2 0 2 1,40(11):2 32 0-2 32 9.5王永磊,刘杰,韩延镇,等.畜禽养殖废水处理工艺分析研究J.工业水处理,2 0 2 1,41(8):41-46.6 付嘉琦,王函韵,王涛,等.猪粪厌氧发酵中的氨抑制及缓解对策J.能源研究与管理,2 0 2 2,14(4):8 5-90.7杨诗卉,吴晖,欧阳大平.猪场粪污资源化利用措施及模式.能源研究与管理,2 0 2 2,14(4):156-16 0.8赵伟,范增增,杨新萍,等,水平潜流人工湿地对畜禽养殖废水中特征污染物的去除J.环境科学,2 0 2 1,42(12):58 6 5-58 7 5.9 肖丛亮,张哲,郭远涛,等.固定化藻菌共生体处理畜禽养殖废水效果优化J.南昌大学学报(理科版),2 0 2 2,46(6):6 58-6 6 5.10邱敬贤,刘君,何曦,等.预氧化+混凝沉淀+MAP预处理畜禽养殖废水研究 再生资源与循环经济,2 0 2 0,13(3):31-35.11王彦欣,李文胜,陈宏.高浓度有机牧场养牛废水处理工程的设计与运行.工业安全与环保,2 0 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