彥 湘

（湖北華夏水利水電股份有限公司，湖北 荊州 434000）

0 引言

在水利工程項目施工過程中，針對干硬性混凝土預(yù)制塊進行強度檢測，是保障水力工程項目施工質(zhì)量與施工安全的重要技術(shù)手段。特別是近些年來，隨著全國各地水利工程項目的蓬勃發(fā)展以及對于干硬性預(yù)制混凝土塊的大量應(yīng)用，使得各地水利工程就各類干硬性預(yù)制混凝土塊強度檢測的要求和標(biāo)準(zhǔn)也越來越高。本文對干硬性混凝土預(yù)制塊強度檢測方法進行簡要介紹，重點介紹超聲波無損檢測方法，并結(jié)合水利工程的具體應(yīng)用介紹其應(yīng)用方法和效果。

1 干硬性混凝土預(yù)制塊強度檢測方法研究現(xiàn)狀

由于齡期對于干硬性預(yù)制混凝土塊的強度具有明顯影響，幾乎所有的干硬性預(yù)制混凝土塊強度均會隨著齡期的變化而變化，因此國內(nèi)外有不少同行業(yè)者或科研人員針對干硬性預(yù)制混凝土塊在不同齡期的強度檢測開展了研究。

在國外，Rahmani等[1]首先提出基于回彈法測定干硬性預(yù)制混凝土塊不同齡期的回彈模量，而后根據(jù)實際測得回彈模量計算驗證其抗壓強度和抗剪切強度；Levieth等[2]將彈性波反射法應(yīng)用于干硬性預(yù)制混凝土塊的無損檢測領(lǐng)域，利用彈性波在干硬性預(yù)制混凝土塊中的傳遞情況來判斷干硬性預(yù)制混凝土塊是否存在裂縫等質(zhì)量缺陷；Korde等[3]采用雷達(dá)掃描技術(shù)和紅外線熱普技術(shù)相結(jié)合的方式，使得干硬性預(yù)制混凝土塊的強度檢測邁入了信息化數(shù)據(jù)采集、計算、分析、對比的新領(lǐng)域，大幅增強了對于大數(shù)量干硬性預(yù)制混凝土塊強度檢測的效率。

在國內(nèi)，沈家文等[4]基于超聲波傳播速度受到傳播介質(zhì)密實度影響的原理，對使用超聲波檢測技術(shù)檢測干硬性預(yù)制混凝土塊強度的實用性和精確度等進行了探究，這為超聲波開展干硬性預(yù)制混凝土塊強度檢測研究提供了經(jīng)典范例；晏露超等[5]利用超聲波平測法對水利工程干硬性預(yù)制混凝土塊內(nèi)部的鋼筋排布方式、鋼筋抗拉、鋼筋抗折、混凝土塊抗斜裂等進行了試驗探究，這對于無損檢測鋼筋的保護層厚度、鋼筋的力學(xué)效能而言是非常大的科研突破；

吳玉厚等[6]在深度調(diào)研水利工程項目干硬性預(yù)制混凝土塊安裝施工特點的基礎(chǔ)上，提出依托于改進引導(dǎo)濾波的水利工程項目干硬性預(yù)制混凝土塊具體安裝點位強度檢測法，這便為水利工程干硬性預(yù)制混凝土塊在對應(yīng)安裝點位的強度是否滿足質(zhì)量需求提供了較為有效的檢測路徑。

2 傳統(tǒng)檢測方法分析

目前在全國各地，檢測成本較低、適用于水利工程施工現(xiàn)場開展干硬性預(yù)制混凝土塊強度檢測的傳統(tǒng)方法，主要有回彈法、拉脫法和鉆芯法。

2.1 回彈法

所謂回彈法，就是利用回彈儀，對于不同齡期的干硬性預(yù)制混凝土塊開展回彈儀夯擊測試，而后根據(jù)回彈儀的夯擊讀數(shù)測算干硬性預(yù)制混凝土塊是否達(dá)到設(shè)計強度?；貜梼x主要由彈擊桿、彈擊拉簧、彈擊錘、刻度尺等組成，使用回彈儀是最傳統(tǒng)、最普遍的干硬性預(yù)制混凝土塊強度檢測方法[7]。

在具體使用回彈儀的過程中，一般是將回彈儀的彈擊桿對準(zhǔn)干硬性預(yù)制混凝土塊的某個部位，而后借助彈擊拉簧的彈性向檢測部位進行按壓，繼而釋放彈擊拉簧，這樣在回彈儀的刻度尺上就會顯示出干硬性預(yù)制混凝土塊檢測點的混凝土強度?；貜椃ǖ膬?yōu)點是成本低、操作方面、推廣普及面廣，其缺點在于回彈儀會對干硬性預(yù)制混凝土塊的檢測部位形成一定的彈擊傷害，有時甚至?xí)霈F(xiàn)破壞干硬性預(yù)制混凝土塊的情況[8]。

2.2 拉脫法

拉脫法是利用拉脫儀拉拔干硬性預(yù)制混凝土塊芯樣的一種方法。拉脫儀一般由三瓣夾頭、力矩桿、加緊拉脫裝置、反力桿、減速箱、加力轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)據(jù)采集裝置等構(gòu)成[9]。拉脫法的檢測實施步驟，一般是在干硬性預(yù)制混凝土塊的檢測面上，通過切割鉆取的方式，鉆取一個直徑均值為40mm、深度均值為40mm的圓形芯樣，在不取出、不折斷芯樣的基礎(chǔ)上，將拉脫儀的三瓣夾頭對準(zhǔn)檢測芯樣并緊緊“咬住”芯樣，而后通過持續(xù)調(diào)整加力轉(zhuǎn)換裝置，借助反力桿、力矩桿持續(xù)增加三瓣夾頭對于檢測芯樣的拉拔力，當(dāng)檢測芯樣出現(xiàn)臨界強度極限（即出現(xiàn)拉拔損壞時），讀取拉拔儀數(shù)據(jù)采集裝置上的數(shù)據(jù)，以此判斷檢測芯樣的臨界破壞強度是否達(dá)到設(shè)計強度的標(biāo)準(zhǔn)值[10]。

2.3 鉆芯法

鉆芯法，顧名思義就是利用專業(yè)的干硬性預(yù)制混凝土塊鉆芯儀器或金剛石鉆頭，在干硬性預(yù)制混凝土塊的某一位置、某一深度處鉆取一定尺寸的芯樣[11]。而后再將芯樣放置在抗壓測試儀器或剪切測試儀器上開展抗壓實驗和抗剪切實驗，最終得到芯樣處于臨界破壞狀態(tài)時的抗壓強度與抗剪切強度。通常情況下，鉆芯法為了降低芯樣在抗壓、抗剪切測試中的試驗誤差，會在同一干硬性預(yù)制混凝土塊上鉆取3至6個芯樣進行抗壓、抗剪切試驗檢測，因此鉆芯法是對干硬性預(yù)制混凝土塊破壞傷害最大的檢測方法之一。

3 超聲波無損檢測方法及其應(yīng)用

由于回彈法、拉脫法、鉆芯法等既會對干硬性預(yù)制混凝土塊造成一定的破壞，又無法對干硬性預(yù)制混凝土塊開展大批量的全覆蓋檢測。因此針對干硬性預(yù)制混凝土塊的強度檢測開展無損檢測應(yīng)用探究，具有十分重要的理論和實踐價值。

3.1 基本原理

對于水利工程中干硬性預(yù)制混凝土塊而言，隨著齡期的增加，其密度和強度也會逐漸增強。當(dāng)超聲波在不同齡期的干硬性預(yù)制混凝土塊中傳遞時，干硬性預(yù)制混凝土塊的強度越大，那么超聲波的傳播聲速也就越高?；诔暡ǖ膫鞑ヂ曀?，可以判斷相應(yīng)聲速對應(yīng)的干硬性預(yù)制混凝土塊強度是否達(dá)到了要求[12]。

3.2 檢測方法

根據(jù)有關(guān)研究可知，基于超聲波對水利工程干硬性預(yù)制混凝土塊強度開展無損檢測應(yīng)用的理論函數(shù)式如式（1）和式（2）所示。

式中，

v——經(jīng)過水利工程干硬性預(yù)制混凝土塊的超聲波傳播波速，km∕s；

E——水利工程干硬性預(yù)制混凝土塊的壓縮模量，MPa；

Μ——水利工程干硬性預(yù)制混凝土塊的泊松比；

Ρ——水利工程干硬性預(yù)制混凝土塊的密度量，kg∕m3。

一般情況下，預(yù)制構(gòu)件混凝土的壓縮模量、泊松比和密度，均可以采用與預(yù)制構(gòu)件同原料的混凝土制作標(biāo)準(zhǔn)試塊經(jīng)實驗室試驗測得[13]。

式中，

R——不同齡期時干硬性預(yù)制混凝土塊的抗壓強度，MPa；

E——干硬性預(yù)制混凝土塊的壓縮模量，MPa；

V——經(jīng)過干硬性預(yù)制混凝土塊的超聲波傳播波速，m∕s；

Λ——干硬性預(yù)制混凝土塊的拉曼系數(shù)；

G——干硬性預(yù)制混凝土塊的抗壓切變模量，MPa。

一般情況下，預(yù)制構(gòu)件混凝土的壓縮模量、拉曼系數(shù)和抗壓切變模量，均可以采用與干硬性預(yù)制混凝土塊同原料的混凝土制作標(biāo)準(zhǔn)試塊經(jīng)實驗室試驗測得[14]。

利用超聲波檢測儀，借助超聲波在被檢測干硬性預(yù)制混凝土塊中的傳播波速以及式（1）和式（2），計算驗證干硬性預(yù)制混凝土塊在不同齡期的抗壓強度是否滿足設(shè)計要求，以此實現(xiàn)對于水利工程干硬性預(yù)制混凝土塊的大批量無損檢測。

3.3 應(yīng)用實例

位于我國湖北省內(nèi)的某水利工程項目，需要制備安裝4塊干硬性預(yù)制混凝土塊（干硬性預(yù)制混凝土塊尺寸為10m×8m×6m），制備期間干硬性預(yù)制混凝土塊的抗壓強度需要進行檢測確認(rèn)。經(jīng)查閱干硬性預(yù)制混凝土塊的設(shè)計文件發(fā)現(xiàn)，案例項目中4塊干硬性預(yù)制混凝土塊的施工配合比如下：水泥230kg∕m3、粉煤灰85kg∕m3、礦渣110kg∕m3、細(xì)骨料砂730kg∕m3、粗骨料石1050kg∕m3、拌合水160kg∕m3、SPI型減水劑12.0kg∕m3、膨脹劑30.0kg∕m3。

質(zhì)量檢測人員按照上述配合比制作干硬性預(yù)制混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊，經(jīng)實驗室檢測確定待檢測的干硬性預(yù)制混凝土塊，其壓縮模量E=3.3×104MPa，泊松比μ=0.26，密度ρ=2407kg∕m3，拉曼系數(shù)λ=4.82，抗壓切變模量G=1.15×104MPa。質(zhì)量檢測人員利用超聲波檢測儀，對4塊干硬性預(yù)制混凝土試塊進行不同齡期的波速檢測。

（1）1號干硬性預(yù)制混凝土試塊在第7天齡期時測得超聲波傳遞波速為308m∕s，在第14天齡期時測得超聲波傳遞波速為312m∕s，在第28天齡期時測得超聲波傳遞波速為335m∕s；

（2）2號干硬性預(yù)制混凝土試塊在第7天齡期時測得超聲波傳遞波速為271m∕s，在第14天齡期時測得超聲波傳遞波速為295m∕s，在第28天齡期時測得超聲波傳遞波速為312m∕s；

（3）3號干硬性預(yù)制混凝土試塊在第7天齡期時測得超聲波傳遞波速為322m∕s，在第14天齡期時測得超聲波傳遞波速為341m∕s，在第28天齡期時測得超聲波傳遞波速為362m∕s；

（4）4號干硬性預(yù)制混凝土試塊在第7天齡期時測得超聲波傳遞波速為278m∕s，在第14天齡期時測得超聲波傳遞波速為289m∕s，在第28天齡期時測得超聲波傳遞波速為309m∕s。

基于上述超聲波傳播速度檢測數(shù)據(jù)，利用前文中試驗測得的干硬性預(yù)制混凝土試塊壓縮模量、泊松比、密度、拉曼系數(shù)、抗壓切變模量以及式（1）和式（2）進行案例項目干硬性預(yù)制混凝土試塊抗壓強度計算，得到的計算結(jié)果如表1所示。

表1 案例項目4塊預(yù)制隔板構(gòu)件混凝土不同齡期的抗壓強度（單位：MPa）

根據(jù)表1的檢測計算結(jié)果可以看出，4個干硬性預(yù)制混凝土試塊中，1號干硬性預(yù)制混凝土試塊、3號干硬性預(yù)制混凝土試塊分別在齡期第7天、第14天、第28天時的實際抗壓強度均大于設(shè)計抗壓強度，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求；2號干硬性預(yù)制混凝土試塊、4號干硬性預(yù)制混凝土試塊分別在齡期第7天、第14天、第28天時的實際抗壓強度均小于設(shè)計抗壓強度，不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)束語

本文以國內(nèi)外關(guān)于水利工程干硬性預(yù)制混凝土塊強度檢測的相關(guān)研究作為基礎(chǔ)，在梳理總結(jié)傳統(tǒng)檢測方法優(yōu)缺點的同時，指出超聲波無損檢測方法既不會損傷混凝土塊，還可以開展大范圍的檢測，具有良好的應(yīng)用效果；并將超聲波無損檢測方法用在我國湖北省某水利工程項目4塊干硬性預(yù)制混凝土塊不同齡期抗壓強度的檢測中，驗證了超聲波無損檢測方法的使用效果和效率。