超声回弹综合法在公路混凝土检测中的应用研究.pdf

第 4 1卷 第 2 3期 2 0 1 0年 1 2月 人 民 长 江 Ya n g t z e Ri v e r Vo 1 41 No 2 3 De c， 2 01 0 文 章编 号 ： 1 0 0 141 7 9( 2 0 1 0) 2 30 1 l 20 3 超声回弹综合法在公路混凝土检测中的应用研究 董 泽 清 ， 谢 洪 斌 ( 1 长江水利 委员会 长江工程监理咨询有限公司， 湖北 武 汉 4 3 0 0 1 0 ； 2 重庆交通大学 土木建筑学 院， 重庆 4 4 0 0 0 7 4 ) 摘要 ： 基 于忠万公路 改建工程 ， 对混凝土抗压强度与 回弹值 、 声速值 之 间相 关关 系进行 了试验研 究， 通过 回归 分析 ， 建 立了适 用于当地 的幂函数超 声回弹综合法专用测 强曲线 ， 并验 证 了它的优 越性 。同时提 出了在 实际 应用 中要 注意考虑粗骨料品种、 湿度 、 测试 面与测试方 法的选择对检 测成果 的影 响。可供公路 工程质量监 理 人 员进行混凝土无损检测时参考 。 关 键 词 ： 无损检测 ；超声回弹综合法 ；回归分析 ；测强 曲线 ；混凝土强度 中 图 法分 类 号 ：T V 4 3 文 献 标 志 码 ：A 混凝 土是公 路工 程 中最 主要 的结构 材料 之一 。 由 于混 凝土通 常是 在工 地或 搅拌 站进 行配 料 、搅拌 、成 型 、养 护 ， 所 以每一个 环 节稍 有不 慎都将 影 响其质 量 ， 危及 整个 结构 的安 全 。 因此 ， 加 强 混 凝 土 的 质量 检 测 与控制 成 为 当今 公路 工程 技术 的重 要课题 。在混凝 土 的无损 检测 中 ， 采用 单 一指 标 与混 凝 土 强 度 之 间建 立 相关关 系 ， 具有 一定 局 限 性 ； 而 在 综合 法 中 ， 采 用 两种 或两种 以上 的非 破损 检测 手段 ， 获 取多种 物 理指标 ， 所 选各项 参 数在 一定程 度上 能 消除采 用单 一指 标测 量强 度 时的局 限性 。 目前 在混凝 土无 损检 测 中用 的最 多的是 超声 回弹 综合 法 ， 它 是指 采用 超声 仪和 回弹 仪 ， 在 结构 混凝 土 同 一 测 区 分别 测 量声 时值 和 回弹值 R， 然 后 利 用 已建 立 起来 的测 强 曲线推算 混凝 土强 度 ， 国内 已有 学 者在 这一 方 面进行 了试 验研究 ” 。 。 根据 超 声 回弹综 合法 检测混凝土强度技术规程 ( 以下简称 “ 规程” )的要 求 ，各地 方上 应 优 先 制 定 和 采 用 本 地 方 专 用 测 强 曲 线 。 本 文基 于重 庆忠县 在建 的忠 万公 路改 建工 程 的实 际情况 ， 采用 该工 程使 用 的原 材 料 进行 了大 量 混凝 土 试块试验 ， 建立了专用测强 曲线 ， 精度值更高， 为该工 程提供 了专 用测 强 曲线 成果 ， 对 今 后 的无 损 检 测 工作 有着一 定 的实 际意义 。 1 试 验 1 1 试 验方法 在综合 法测 强 中 ， 混凝 土 的配合 比 ， 水泥 品种及 用 量 、粗 骨料 性质 及粒 径 、龄期 等 因素对 测试结果 有不 同程度 的影响 ， 为了解决这个 问题 ， 提高测试精度 ， 在 建 立 测强 曲线这 个 问题 上 有 两 种方 法 ： 一种 是 采 用 标 准混凝土法 ； 另一种是采用常用配合 比或最佳配合 比 法 。本文采用最佳配合 比法 ， 配制不 同强度等级 的混 凝 土试 快 ， 然后 在不 同龄 期时进 行测 试 ， 以建立 测强 曲 线 。 1 2 原 材料的选用 以本地 区建 筑工 程 常 用 的建 材 为试 验 原 材料 ( 不 加外 加剂 ) ： 水 泥 ， 采 用 当 地 的 3 2 5和 4 2 5强 度 等 级 的普 通硅 酸盐 水泥 ； 粗骨 料 ， 采用 当地 碎 ( 砾 ) 石 ， 粒 径 为 5 4 0 mm； 细骨料 ， 采 用 当地天 然砂 。 1 3试验仪器 回弹仪为 H T 2 2 5 W 型数 显 回弹 仪 ； 超声 仪 为 R S M S Y 5型 非 金 属 声 波 检 测 仪 ； 压 力 机 为 Y E S一2 0 0 0 A 型液 压压 力试 验机 。 1 4试块制作和养护 按 当地 常用 的配合 比设 计 了 7个 强 度 等级 ： C 1 0， 收稿 日期 ： 2 01 01 Ol O 作者 简介 ： 董泽清 ， 男 ， 工程师 ， 主要从 事水库移民工程管理与监理 工作。Em a i l ： d o n g O 2 7 1 2 6 C O I I I 第 2 3期 董泽清 ， 等： 超 声回弹综合法在公路 混凝 土检测 中的应用研 究 1 l 3 c 1 5 ， C 2 0 ， C 2 5 ， C 3 0 ， C 3 5 ， C 4 0 。 每 一 强 度 等 级 制 作 了 7 ， l 4 ， 2 8 ， 6 0 ， 9 0， 1 8 0 ， 3 6 5 d共 7个 龄期 的试 件 ， 每一 个 龄 期 又至少制 作 了 1个 1 5 0 m m X 1 5 0 mm1 5 0 m m 的 标准 试件 。 同一龄期 的试 件 在 同一天 制作 完成 。试 件 的养 护采 取模 拟工 地环 境 的 自然 条 件 下 养 护 ， 养 护 温 度接 近 2 0 ， 成 “ 品 ” 字 型堆 放 ， 底 面 朝 下 ， 顶 面朝 上 ， 侧 面能充 分接 触空 气 ， 盖上草 袋 浇水养 护 。 1 5 试 块 测 试 对 到达龄 期 的试 块 ， 清 除测试 面 上的粘杂 物后 ， 进 行超 声 和 回弹测试 ， 如 图 1 所 示 。 图 1测 点 布 置 示 惹 1 5 1 声 时值的测量及 声速计 算 在试块 上 测量声 速 时 ， 应 取 试 块 浇 灌 方 向的 侧 面 为测 试面 ， 探头 抹 以凡 士 林 作 耦 合 剂 。测 量 时 采 用对 测法 ， 在一 个相 对测试 面上测 量 3点或 5点 ， 这样 就 可 以反 映试块 在浇 注 方 向 上 的上 、 中 、 下 的 质量 情 况 ， 测 量时 要保证 发射 和接 受换 能器 在 同一轴 线上 。测 试后 得到 的每 一试 块 声 时值 t 。 ， t ， t ， 取 平 均值 ， 保 留小 数 点后 一位数 字 ， 然后 除 以声通路 的距 离 z ( 试 块 两 测试 面 间的距离 ) ， 即可得 到 声 速 值 ， 并 保 留小 数后 两位 数字 = ( 1 ) 丽 1 5 2 回 弹值 的 测 量 测 回弹 值时 ， 把试 块 上 的油 污 擦 净后 放 置 于 压 力 机 的上 、 下承 压板 之 间 ， 选 用 试 块 的 另 一 相 应 侧 面 回 弹 ， 回弹仪 的轴线 与试块 侧 面保 持垂直 ， 测 点在 测 区范 围内均匀 分 布 ， 且相 邻 两 测 点 的 间距 及测 点 离 试 块 边 缘 的距离 一般 均不 小 于 3 0 m m。用 压 力 机 加 3 05 0 k N的预压 力 固定试 块 ， 在试 块 的一对 测试 面上 各 弹击 8次 ， 共 测 得 1 6个 回弹值 ， 剔 除 3个 最 大值 和 3个最 小值 ， 余下 1 0个 回弹值 取平均后作 为试 块的 回弹值 兄。 1 5 3抗 压 强 度 试 验 回弹测试 完毕 时 ， 卸 下荷 载 ， 将 试块 回弹侧 面放置 在 压力 机平 板 问加 压 ， 以每 秒 ( 6 4)k N 的速 度 连 续 均 匀 进行 ， 直 到试 块 破 坏 为 止 ， 计 算 的抗 压 强度 精 确 至 0 1 MP a 。 2 建立专 用测 强 曲线 2 1 回归方程式的选取 当所有 测试 龄期 的试 块 全 部 测 试 完 成 后 ， 每 个试 块 得 到 3个 数据 ： 回弹值 R、 声 速 值 和抗 压强 度 测试 值 ， 通 过 回归分 析 确立 三者 之 间的关 系 。采用 规 范 推 荐 的公式 为 ： ， =A v R 。 ( 2 ) 式 中， ： 为混凝土抗压强度值 ， MP a ； 为回弹值 ； 为 声 速 ， k m s ； A为 常数 项 系数 ； B、 C为 回归 系数 。 2 2 数据统计分析 上 面确 定 的幂 函数 形 式 ， 属 于 二元 非 线 性 回归 方 程 ， 我 们通 过变 量变 换 ， 转 化 为 线 性 回归模 型求 解 。 对 于 ( 2 )式 ， 可 以化 为 ： 取 自然 对 数 ， 则 l n ： ： l n A + B l n v+C l n R， 令 l n ，： =Y ， l n A =a ， B =b ， l n v= ， C = C ， l n R = ， 则 上式 可写 为 ： Y a + 6 + c z 对试 验 得 到 的 1 0 0多 组 数 据 进 行 回 归分 析 得 ： = 0 0 7 8 4 2 0 2 ， B =1 0 2 5 6 6 7 2 ， C =1 2 9 2 3 0 8 5， 代 人公 式得 方 程 ： = 0 07 8 42 0 2 如 相 关 系数 ： r =0 9 0 6 1 7 2 ， e ， =1 0 0 4 。 如果 把试 验数 据代 入 相关规 程 的卵 石公 式 中 ， 将计 算 所 得 强 度记 为 I厂： 按公 式 ： 计算 得 e =1 7 1 ， 超 过 了 e - i- 1 5 的规 程要 求 ， 这 说 明针对 本工 程原 材 料实 际情 况 ， 采 用本 试 验 所 得 到 的专 用 曲线更 加接 近实 际 ， 精 确 度更 高 。 3 工程实体检测中应注意的 问题 在 对本 工程 的 实体检 测 中 ， 对 正在 施工 的挡 墙 、 涵 洞 、 桥梁 墩 台等处 混 凝 土进 行 了 2 8 d强 度 的 检 测 ， 发 现有一些 因素会影 响到综合法测强的准确性 ， 因此在 检 测 中应 该 注意 以下 几个 问题 。 3 1 粗 骨料 ( 石 子 ) 品种 的影 响 超声 速度 和 回弹值 对混 凝 土 内部 的界面粘 结状 态 并不敏感 。在配合 比相 同时 ， 碎石因表面粗糙棱角突 出 ， 与砂 浆 的 粘 结 力 更 强 ， 因 而混 凝 土 的强 度 较 卵 石 高 。在用 卵 石 和 碎 石 配 制 的混 凝 土 进 行 的对 比试 验 1 1 4 人 民 长 江 中 ， 石子 品种对 R综合 关 系有 十分 明显 的影 响 。所 以 ， 当石 子 品种不 同时 ， 应分 别建 立测 强 曲线 。 3 2湿度的影响 试验证 明湿度越 大 ， 回弹值 越低 ， 这种 影 响随混 凝 土强度 的提高而变小 ； 同时混凝土 的声 速随着 湿度 ( 含水 量 ) 的增 大 而 增 大 。采 用 综 合 法 可 以 在 一 定 程 度上抵消混凝土含水量对 强度 的影响。但是 ， 由于混 凝土 的湿度 与气 候条 件 、 龄期等 均有 关 系 ， 各地 所测 得 的影响程度区别较大， 因此在现场测试中应尽可能采 用干燥 状态 。 3 3测试 面以及 测试 方法的影响 由于石 子离 析下 沉及 表面水 、 浮浆等 因素 的影 响 ， 其 回弹值 与声速 值均 与侧 面测量 时 不 同。若 以侧面 测 量 为 准 ， 其他 表 面测 量 时测 量 值 均 要 分别 乘 以修 正 系 数 。邱平给出了回弹值 和超声 值不 同测试 面的修正 值 ， 如表 1 ， 2所示 。 表 1不 同浇 筑 面 的 回弹 值 修 正 值 Db R D b R “ 表面 底面 “ 表 面 底面 2 0 2 5 3 O 4 0 0 5 1 O 2 5 2 O 一2 5 4 5 0 0 5 3 0 1 5 2 O 5 O O O 3 5 1 O 1 5 表 2 超 声 值 修 正 系数 另外 ， 在 现 场 测 试 中 ， 对 结 构 物体 应 尽 量 采 用对 测 ， 实 在没 有条件 的情 况下 可采 用平 测 ， 试 验表 明平测 得 到 的声速 值 比对测 要低 一些 ， 应注 意修 正 。 4 结 论 ( 1 )通 过试 验和 数 据 统计 分 析 ， 建 立 了忠 万公 路 改 建工 程超 声 回弹综合 法检 测混 凝土 抗压 强度 的专用 曲线 ，得 出 超 声 回 弹 测 强 回 归 公 式 为 厂 ： = 0 0 7 8 4 2 0 2 v 。 。 。该 曲线 精 度 较 高 ， 具 有 可 靠性 。 ( 2 )通 过对超 声 回弹综 合 法 运 用 原 理 、 主 要影 响 因素等进 行 分析 ， 再 结 合工 程实 践 ， 对 其检 测成果 与标 准 试块取 样 、 钻芯 取样 等检 测成 果进行 对 比分析 ， 发现 应 用专 用 的超声 回弹综 合法 测 强 曲线 推定 混凝 土 的抗 压 强度 准确性 更好 ， 也 更趋合 理 。 参 考文 献 ： 1 曹清华， 邢锋 ， 黄 中伟 建立深圳地 区混凝土测强曲线初探 J 深 圳大学学报 ： 理 工版 ， 2 0 0 4 ， 2 1 ( 3 ) ： 2 8 1 2 8 2 2 邓旭华 超 声回弹综合法在钢筋混凝土拱桥路 面结构检 测中的应 用 J 混凝土 ， 2 0 0 4 ， ( 3 )： 5 65 8 3 周诚喜 浅析桥 涵结构物超 声回弹综合法不同评定方法差异 J 上 海公 路 ， 2 0 0 4， ( 4 ) ： 3 3 3 5 4 何 朱金 超 声回弹综合法测强曲线的建立及其在 工程检 测 中应用 的若干问题 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 3， ( 4 ) ： 2 1 2 2 5 C E C S 0 2： 8 8超声回弹综合法检测砼 强度技 术规程 S 6 邱平 新编混凝 土无损检 测技 术 M 北京： 中国环境科 学出版 社 2 0 0 2 ( 编 辑 ： 郑 毅 ) App l i c a t i o n o f u l t r a s o ni c r e b o un d m e t h o d i n c o nc r e t e q ua l i t y c h e c k o f r o a d wo r k s DONG Ze qi ng ， XI E Ho n g bi n (1 C h a n g j i a n g Pr e c t S u p e r v i s i o n a n d C o n s u l t a n t C o m p a n y ，L t d，Ch a n g j i a n g Wa t e r R e s o u r c e s C o mmi s s i o n，Wu h a n 4 3 0 0 1 0， C h i n a； 2 C i v i l a n d Ar c h i t e c t u r a l C o l l e g e ，C h o n g q i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y，C h o n g q i n g 4 0 0 0 7 4，C h i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n Zh o n g x i a nw a n z h o u r o a d r e c o n s t r u c t i o n p r o j e c t ，w e c a i e d o u t t e s t s t u d y o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n c 0 mD r e s s i v e s t r e n g t h o f c o n c r e t e a n d r e bo u n d v a l ue s ， v e l o c i t y v a l u es Th r o u g h r e g r e s s i o n a n a l y s i s， we b ui l t po we r f un c t i o n s t r e n g t ht e s t i ng c u i v e b a s e d o n u l t r a s o ni cr e b o u nd me t h o d wh i c h i s s u i t a b l e f o r l o c a l c o n di t i o n，a n d v e r i f i e d i t s s u pe r i o r i t yI t i s p r o p 0s e d t h a t t h e i n f l u e nc e s o f a g g r e g a t e t y pe，mo i s t u r e，t e s t s u r f a c e a n d t e s t me t h o d s s e l e c t i o n o n t h e t e s t r e s u l t s h o u l d b e c o n s i d e r e d i n a pp l i c a t i o n Ke y wo r ds： n o n de s t r uc t i ve t e s t i n g；u l t r a s o ni c r e b o u nd me t h o d；r e g r e s s i o n a na l y s i s ；s t r e n g t ht e s t i n g c u r e；c o n c r e t e s t r e n g t h