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升拓技术—衬砌混凝土强度检测
（四川升拓检测技术有限责任公司，四川成都610045）

摘要：混凝土强度是混凝土最重要的性能指标，反映的是材料破坏时的承载力，受业主方委托，我公司对尕曲水电站导流隧洞衬砌的强度、厚度以及灌浆质量进行了检测。其中，衬砌混凝土强度采用表面波法。为了验证测试结果的精度，业主还进行了钻芯取样和压载试验，总数为24个。
关键词：混凝土强度检测，混凝土厚度检测，灌浆质量检测，无损检测，升拓技术

在各种混凝土结构中，混凝土质量是非常重要的，直接影响到预应力梁的耐久性和安全性。然而，预应力梁体积庞大，形状也较为复杂。目前，通常利用混凝土试件（150×150×300的棱形试件）进行压载试验，以便测试混凝土的压缩强度和弹性模量。
但是，试件与构件在浇筑、振捣、养护等方面均有不小的区别，因此仅仅根据试件的测试结果并不能保证梁构件的质量。同时，对于既有混凝土结构，采用钻孔取样的方法显然存在诸多局限。
长期以来，基于超声波的测试方法得到了一定的应用，然而，其局限性（如测试范围窄、功能单一等）也日益显著，在测试裂缝深度、混凝土模量等方面的精度也因理论方面的缺陷而一直得不到提高。为此，自90年代以来，基于冲击弹性波（超声波为其一特例）的测试技术得到了飞速的发展，最广为人知的当为PIT（基桩完整性测试）方法。近年来，将冲击弹性波推广并应用于混凝土结构物的材质（强度、模量）、缺陷（裂缝、剥离、内部空洞、蜂窝等）以及几何尺寸（厚度、埋深等）的无损检测和评价已成为国际热门的研究方向，而且逐步进入工程实际应用。例如，美国材料学会标准ASTM-C1383-98就规定了利用弹性波测试混凝土厚度和波速的测试方法。在日本土木学会也基于冲击弹性波波速，对混凝土结构和试样弹性模量以及强度进行了标准化和规范化。
我们开发的预应力混凝土梁的无损检测系统SPE-MATS中也包括了针对混凝土质量的测试技术。其中，能够准确、快速地测试混凝土的弹性模量、混凝土强度是重要的特点。
基本原理
基本原理
在本系统中，采用冲击弹性波作为测试媒介，通过测试弹性波的波速，据此计算材料的动弹性模量和推算相应的静弹模，进而根据静弹模与抗压强度的相关关系推算混凝土的抗压强度。其核心在于精确地测试混凝土材料的弹性模量。
混凝土的弹性模量不仅影响到结构的变形，而且也是反映混凝土质量、耐久性的重要指标：
可以反映材料的刚性特性，在结构的变形计算中是重要的参数。特别是对于高强度混凝土，简单地采用抗压强度反推弹模的方法往往具有较大的误差；
混凝土材料的老化往往先从弹模的降低开始，而新建结构的施工不良也会在弹模方面有所显现。
为此，在高铁梁的施工中，不仅要求控制抗压强度（通常为C50），也要求控制弹模在34.5GPa以上。
在本系统中，弹模的测试主要是通过对波速的测试。
对于1维均质弹性体，其弹性模量与弹性波P波波速的关系可以表示为：
(1-1)
其中，为材料的密度，对于混凝土，一般为2400kg/m3左右。当测试对象为2维或3维时，P波速度有一定的变化。
2维：(1-2)
3维：（1-3）
而对于表面波（瑞利波），其关系可以表示为：
瑞利波：（1-4）
一般来说，混凝土的动泊松比为0.2～0.25，其不同波速间的比较如下：
表1-1混凝土弹性模量测试项目一览表
动泊松比0.201.051.020.5881.780.251.101.030.5811.89需要指出的是，上面得到的是材料在小应变条件下的动弹性模量（），而非静弹性模量。对于钢材这样的均质弹性材料，与非常接近，而对于混凝土这样的非线性材料而言，与之间则有一定的差异。
英国钢筋混凝土结构设计规范BS8110（Part2）中，对于高性能混凝土（GPa）：
（1-5）
而根据Neville[11]的研究成果，有：
（1-6）
在本系统中，采用了1-6式的计算方法。
由于测试对象和测试位置的不同，在系统中也集成了多种测试方法。主要有：
基于反射特性的测试方法，如冲击回波法；
基于透过特性的测试方法，如单面传播法和双面透过法。
表1-2混凝土弹性模量测试项目一览表
方法/弹性波测试方案测试对象梁、柱P波冲击回波法在构件的侧面、内面测试构件局部的混凝土质量P波单面传播法P波双面透过法在构件的两端测试较大范围的混凝土质量板、壁、坝体P波冲击回波法在板、壁的上表面测试需预先测出板的厚度P波单面传播法R波表面波法厚度应大于20cm试件P波冲击回波法在试件的一端测试棱形试件、标准试件
构件测试
构件测试应首先考虑选用P波测试，但在隧道衬砌、挡墙、坝体等仅有一个测试面，以及厚度未知的厚板时，应考虑采用表面波法。。
单面（重复）反射法
在被测混凝土结构的壁厚既知的前提下，利用弹性波的重复反射，可测出弹性波在被测混凝土试件的传播时间和弹性波波速，从而计