２０１４年１２月第１２期 城市道桥与防洪 桥梁结构６９ 混凝土强度检测技术在桥梁工程中的应用 柴桦 （江苏现代工程检测有限公司，江苏南京２１００４９） 摘 要：介绍了三种常用的混凝土强度检测方法，阐述了其基本原理、优缺点以及适用范围，并结合实际工程实例，介绍了该 方法在公路桥梁工程上的应用，有关经验可供相关专业人员参考。 关键词：混凝土强度；检测；回弹法；超声回弹综合法；钻芯法；桥梁工程 中图分类号：Ｕ４４６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１４）１２—００６９—０４ ０ 前言 区上测量碳化深度值，测点数不应少于构件测区数 的３０％，并应取其平均值作为该构件每个测区的 混凝土的抗压强度是衡量桥梁结构或构件力 碳化深度值。当碳化深度值极差大于２．０ ｍｍ时， 学性能重要指标。混凝土强度检测技术是桥梁工 应在每一测区分别测量碳化深度值。 程检测中非常重要的一项内容。目前，回弹法、超 １．４强度推定 声回弹综合法、钻芯法三种混凝土强度检测方法 计算测区回弹值时，首先从该区的１６个回弹 是桥梁工程检测中应用最广泛的混凝土强度检测 值中剔除３个最大值和３个最小值，然后求出余下 技术。本文通过对三种检测方法的介绍，结合在桥 的１０个回弹值平均值。根据求得的平均回弹值 梁工程的应用实例，对三种检测方法进行了比较 Ｒｍ和碳化深度值以及专用测强曲线得出该测区 分析，围绕三种混凝土强度检测方法及其区别与 混凝土强度换算值 ．ｉ。根据《回弹法检测混凝土抗 选用等问题进行了探讨。 压强度技术规程｝（ＪＧＪ／Ｔ２３—２０１ １）进行强度推定。 １ 回弹法 １．５回弹法的特点 回弹法具有设备简单、操作方便、便于重复等 １．１回弹法基本原理 优点。但是，精度相对较低，影响因素多，只能反映 回弹法是利用回弹仪检测混凝土结构构件抗 表面质量、不适用于表层与内部质量有明显差异或 压强度的方法。其原理是根据混凝土的抗压强度 内部存在缺陷的混凝土结构或构件的检测ｆ表面遭 与其表面硬度之间，以及回弹仪的弹击锤回弹高 受火灾、冻伤、受化学物质侵蚀或内部有缺陷等）， 度与混凝土表面硬度之间的相关关系，由表面硬 主要适用于新建结构和混凝土龄期小于１０００ｄ的 度推求混凝土的抗压强度。 普通混凝土。 １．２回弹值测量 测量回弹值时，回弹仪的轴线应始终垂直于 ２超声回弹综合法 混凝土检测面，并应缓慢施压、准确读数、快速复 ２．１ 基本原理 位。每一测区应读取１６个回弹值，每一测点的回 超声回弹综合法是利用声速和回弹这两个物 弹值读数应精确至１。测点宜在测区范围内均匀分 理量来推定混凝土强度。声速主要反映材料的密实 布，相邻两测点的净距离不宜小于２０ ｍｍ；测点距 度，而密实度与材料强度有关。回弹值则反映了材 外露钢筋、预埋件的距离不宜小于３０ ｍｍ；测点不 料的表面硬度，而硬度也与强度有关，因此能确切 应在气孔或外露石子上，同一测点应只弹击一 地反映混凝土表面（深３ ｃｍ左右）的状态。测得两 次。 个指标后，利用已建立起来的ｉ贝４强公式推算该测区 １．３碳化深度测量 混凝土强度。 碳化深度对回弹值有一定影响，故必须进行 ２．２测试方法及注意事项 碳化修正。回弹值测量完毕后，应在有代表性的测 ２＿２．１测试方法选择 根据构件的几何形状、所处环境、尺寸大小以 收稿日期：２０１４—０９—０５ 及所能提供的测试表面等条件，选用不同的超声测 作者简介：柴桦（１９７９一），男，河南漯河人，工程师，从事交通土 建工程检测工作。 试方法： ７０ 桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１４年１２月第１２期 （１）对测法。当混凝土被测部位能提供一对相 互平行的测试表面时，可采用对测法检测。例如检 测一般混凝土柱、梁等构件； （２）角测法。当混凝土被测部位只能提供两个 相邻表面时，虽然无法进行对测，但可以采用丁角方 在进行超声波平测时，测区混凝土声速的确定要 根据所测构件测试面的实际情况求出修正系数 ，先对平测声速进行适当修正后，再进行混凝土 强度计算，不能盲目套用某种修正方法或某一修 正系数，否则会引起较大误差。 法检测。例如检测旁边存在障碍物的混凝土柱子； （３）平测法。当混凝土被测部位只能提供一个 测试表面时，可采用平测法检测。 ２＿２＿２超声平测法测区布置及测试注意事项 （１）应在构件上均匀布置测区，每个构件上测 区数不应少于ｌ０个； （２）为了避开钢筋的影响，布置平测超声测点 时，应使发射（Ｆ）和接收（Ｓ）换能器的连线与测点 附近钢筋轴线保持一定夹角，一般控制在４０。～ ５０。，对预应力混凝土梁体，还应完全避开预应力 孔道的位置； （３）平测时测距宜保持在２００～５００ ｍｍ； （４）宜采用在每测区画方格网的方法控制测 距，且最好给两换能器配备合适的定位设施，以避 免测距的误差导致最终结果不准，尤其是在测量 求平测声速修正系数相关的一系列声时值时。 ２．３数据的处理分析 ２．３．１ 混凝土声速计算与修正 平测时某测点的声速应按式（１）计算，精确至 ０．０１ ｋｍ／ｓ。 ｖｉ＝ｌ ／（ 一 （１） 式中： ——第 点平测声速值（ｋｍ／ｓ）； ｚ『＿＿一第ｉ点Ｆ、Ｓ换能器中心之间的距离（ｍｍ）； ｔｉ——第ｉ点声时读数； ｆ 声时初读数（Ｓ ）。 平测修正后的混凝土中声速代表值应按式 （２）计算，精确至０．０１ ｋｍ／ｓ ａ＝＝（）Ｌ∑ｖｉ）／ｎ （２） 式中： ——为平测修正后的平测时混凝土中声速 代表值（ｋｍ／ｓ）； ∑ 『＿－一为该测区各测点的平测声速值之和 （ｋｍ／ｓ）； ｎ——为该测区的测点数量； Ａ——为平测声速修正系数。 测试面修正后的混凝土中声速代表值应按式 （３）计算，精确至０．０１ ｋｍ／ｓ。 （３） 式中： ——修正后的平测时混凝土中声速代表值 （ｋｒｒｄｓ）； ——超声测试面的声速修正系数，顶面平测 为１．０５，底面平测为０．９５，测面１．０。 实际工程检测中，如有条件在同一测试部位 做平测和对测比较，可求出实际修正系数，按实测 修正系数入对平测声速进行修正。 当无条件做对比测试时，可选取有代表性的 部位，依次改变发射和接收换能器之间的距离（如 ２００、３００、４００、５００ ６００ ７００ ８００、９００ ０００ １００ １ ２００ ｍｍ）进行平测，逐点读取相应声时值，然后以 测距ｌｉ与对应声时ｔｉ求回归方程ｌ＝ａ＋ｂｔ，其中回归 系数ｂ相当于对测时的混凝土声速Ｖｄ，然后以Ｖｄ 与各测点声速的平均值Ｖｍ进行比较，求出该状态 下的平测声速修正系数 。 ２．３．２混凝土强度换算 测区混凝土强度的换算应优先采用地区测强 曲线，若无地区测强曲线，可采用全国统一测区混 凝土强度换算表换算。 ２．３．３混凝土强度推定 构件测区数少于１Ｏ个时，按式（４）计算。 （４） 式中 ——构件最小的测区混凝土抗压强度换 算值（ＭＰａ）； ——构件的混凝土抗压强度推定值 （ＭＰａ）。 构件测区数不小于１０个或按批量检测时，按 式（５）计算。 ． ：研 一１．６４５ 。 （５） 式中：晰 ——构件测区混凝土抗压强度换算值的 平均值（ＭＰａ）； ——构件测区混凝土抗压强度换算值的 标准差（ＭＰａ）。 出现下述三种情况时，构件不能按批推定强 度，应全部按单个构件检测推定强度。 （１）该批构件混凝土强度平均值小于２５．０ ＭＰａ， 标准差ｓ， ＞４．５０ ＭＰａ； （２）该批构件混凝土强度平均值在２５．０～５０．０ Ｍａ， 标准差ｓ， ＞５．５０ ＭＰａ； （３）该批构件混凝土强度平均值大于５０．０ ＭＰａ， 标准差５， ＞６．５０ ＭＰａ。 ２．４超声回弹综合法的特点 与单一回弹法相比，综合法测试精度高、适用 ２０１４年ｌ２月第１２期 城市道桥与防洪 桥梁结构７１ 范围广、能够较全面地反映结构混凝土的实际质 量等优点。 平测法只能反映浅层混凝土的质量，对于厚 的平整度、平行度和垂直度。锯切后的芯样，当不 能满足平整度及垂直度要求时，应进行端面补平 加工，补平层与芯样层要结合牢固，以使受压时的 补平层与芯样的结合面不提前破坏。 芯样试件一般应在自然干燥的状态下进行试 度较大的板式结构（如混凝土承台、筏板等）不宜 用平测法，可沿结构表面每间隔一定距离钻一个 ４０～ ５０ ｍｍ的超声测试孔，用径向振动式换 能器进行声速测量。 影响超声波声速的因素很多，如混凝土的砂 验。当结构工作条件比较潮湿，需要确定潮湿状态 下混凝土的强度时，芯样试件宜在２０℃±５＂１２的清 水中浸泡４０～４８ｈ，从水中取出后立即进行试验。 ３．４芯样试件的试验和抗压强度值的计算 率、混凝土的坍落度、石料比重、测距、温度等。为 了提高综合法所测结果的准确性，不同地区宜根 据当地的实际情况，试验研究得出该地区的各种 声速影响因素的程度，从而在推定混凝土强度之 前对声速进行修正，以提高最终结果的准确性。 芯样试件进行抗压试验时，应按现行国家标 准《普通混凝土力学性能试验方法｝ＧＢ／Ｔ５００８１中 对立方体试块抗压试验方法进行。 芯样试件的混凝土抗压强度可按式（６）计算： ＝３钻芯法 ３．１ 基本原理 式中： ， Ｆｏ／Ａ （６） ——芯样试件的混凝土抗压强度值 （ＭＰａ）； 钻芯法是利用专用钻芯机从被检测的结构或 构件上直接钻取圆柱型的混凝土芯样，并根据芯 样的抗压试验强度来推定混凝土的抗压强度，是 一芯样试件的抗压试验测得的最大压 力（Ｎ）； Ａ——芯样试件抗压截面面积（ｍｍ ）。 较为直观可靠的检测混凝土强度或观察混凝土内 部质量的局部半破损现场检测方法。相对于非破 损法和其他半破损法而言，钻芯法由于具有不受 混凝土龄期限值、测试结果误差范围小、直观、能 真实地反映混凝土强度等诸多优点，在实际工程 中得到广泛的应用。但是，钻芯会造成结构或构件 的局部破坏，因此其测点的数量受到严格的， 不可在构件上普遍使用。 ３．２钻芯位置 芯样应在结构或构件的下列部位钻取：结构 检测批混凝土强度推定区间的确定方法：由 于抽样检测必然存在着抽样不确定性，给出确定 的推定值必然与检测批混凝土强度值的真值存在 偏差，因此给出一个推定区间更为合理。推定区间 是对检测批混凝土强度真值的估计区间。 或构件受力较小的部位；混凝土强度质量具有代 表性的部位；便于钻芯机安放与操作的部位；避开 主筋、预埋件和管线的位置，并尽量避开其它钢 筋；用钻芯法和其他方法综合测定强度时，钻芯部 位应有该方法的测区或在其测区附近。 固定钻机钻取芯样，取出芯样进行编号，并记 录被取芯样的构件名称、位置和方向。结构物的芯 样钻取后所留下孔洞应及时进行修补，以保证其 正常工作。 ３．３芯样试件处理 钻芯确定单个构件的混凝土强度推定值时， 有效芯样试件的数量不应少于３个；对于较小构 件，有效芯样试件的数量不得少于２个。 单个构件的混凝土强度推定值不再进行数据 的舍弃，而应按有效芯样试件混凝土抗压强度值 中的最小值确定。 ３．５钻芯法的特点 钻芯法直接从结构或构件上钻芯样，根据芯 样试压强度推定结构混凝土立方体抗压强度，不 受混凝土龄期和碳化深度影响，直观、可靠、精度 高。但是，钻芯及芯样加工需要专用的配套设备和 较长时间，且对鉴定结构有局部损伤，需要修补， 且成本较高。 ４工程实例 某市新建乡道桥梁工程，设计采用混凝土墙 式护栏，设计强度Ｃ３０。在施工质量控制过程中，发 芯样应为公称直径１００ ｍｍ、高径比为１：１的 混凝土圆柱体试件。芯样试件内不应含有钢筋。 如不能满足此项要求，每个试件内最多只允许含 有二根直径小于１０ ｍｍ的钢筋，且钢筋应与芯样 轴线基本垂直并不得露出端面。小直径芯样不得 带有钢筋。 芯样外观尺寸对强度的影响主要取决于端面 现有ｌ７座桥梁的墙式护栏的标准立方体试件标 准养护２８ ｄ抗压强度不合格。受建设单位委托，对 这ｌ７座中小桥梁的混凝土墙式护栏进行了混凝 土强度专项检测。 考虑到单一检测方法的局限性，采用了回弹 ７２ 桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１４年１２月第１２期 法、超声回弹综合法、钻芯法三种方法进行了检 测。全部１７个混凝土构件均采用回弹法测强，其 中５个构件的标准立方体试块及回弹法检测结果 都显示强度误差较大的，又进行了钻芯法检测，另 外１２个构件除了回弹法检测外，还采用了超声回 弹综合法检测。 使用仪器有：回弹仪、混凝土碳化深度测量 仪、ＮＭ～４Ａ非金属超声波检测仪、多功能混凝土钻 用钻芯法测得的强度值均较回弹法的测值略高。 孔取芯机、切割机、液压万能试验机、钢直尺、游标 卡尺等。检测结果见表１。 表１检测结果汇总表 钻芯法能较为接近的反映混凝土的实际强度 状况；回弹法对表面有一定劣化的混凝土构件，所 测的强度值偏低，不能准确反映构件内部混凝土 的实际情况；钻芯法可以作为回弹法的良好补充。 由于混凝土湿度和龄期对测得的声速值和回 弹值均有较大影响，当混凝土龄期较长时，声速值 偏低而回弹值偏高。试验表明采用超声回弹综合 法来推算混凝土强度时，可以互相弥补不足，能较 全面地反映混凝土的质量情况，相互抵消影响因 素的干扰。因此，测试精度高，可靠性大，适用范围 广，尤其对已失去混凝土原始资料的长龄期构件。 ５体会 三种混凝土强度检测方法中，回弹法和超声 回弹综合法检测手段简便，对结构完全没有损伤， 钻芯法对结构有局部损伤，却是目前构件内部状 况直观检验和强度评定的最好方法。 回弹法和超声回弹综合法受龄期、碳化及构 件内外质量差异等较多条件，误差较大。钻芯 法受龄期、构件内外差异等影响小，但是由于会对 从实验结果可以看出，各种检测而方法所得 的混凝土强度都有一定差异。回弹法与超声回弹 构件造成损伤，了芯样取样数量，其检测结果 相对整个构件来讲，代表性较差。 在混凝土构件强度检测时，应以回弹法、超声 回弹综合法为主，同时应采用钻芯法校正回弹法 及其他测试方法的准确度。因此，已建桥梁结构的 混凝土强度检测应尽可能使用两种强度检测方法 或采用非破损与局部破损检测方法相结合的方 法，才可有效提高混凝土抗压强度检测数据的可 靠性。 参考文献 ［１］ＪＧＪ，Ｉ＇２３—２０１１，回弹法检测混凝土抗压强度技术规程［Ｓ］． 综合法测得的混凝土强度值离散性较大。超声回 弹综合法较回弹法测得的混凝土强度值较略高。 根据施工记录，五个采用钻芯法的构件为冬 季气温较低时施工，且现场保温措施不当。对该五 个构件采用回弹法所测得的强度值相对较低，采 ［２】ＣＥＣＳ０２：２００５，超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程 ． ［３】ＣＥＣＳ０３：２００７，钻芯法检测混凝土强度技术规程［Ｓ】． 【４］王玉倩．混凝土强度检测技术在建筑工程中的应用研究［Ｄ］．湖 南长沙：湖南大学，２００７． 甘肃宁夏首个城市公路隧道贯通 九龙山隧道是宁夏第一个采用遮光棚技术的隧道，也是宁夏第一个城市公路隧道。经各方通力协作， 固原九龙山隧道于日前安全贯通，２０１４年年底将全面完成建设任务。 九龙山隧道位于固原市城南，距城中直线距离３ ｋｍ，隧道为单洞对向行驶两车道隧道。两座隧道设 计１ ５４５ ｎｌ，中间设５５ ｎｌ遮光棚联通，全长１ ６００ ｎｌ，整条隧道地质围岩等级为Ｖ级偏弱。
