回彈法和超聲回彈綜合法的差異及應用比較

李 亮

(山西六建集團有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

在建設工程使用過程中，通常需要評定實體混凝土材料的抗壓強度，此時，通過直接加壓混凝土立方體試塊測試混凝土抗壓強度已不具備條件。所以，在不破壞混凝土實體結(jié)構(gòu)的前提下，在混凝土實體結(jié)構(gòu)上原位、間接、定量測試混凝土強度的無損測試技術(shù)應用而生。眾多無損測試技術(shù)中，回彈法和超聲回彈綜合法是混凝土強度無損檢測最常用的方法[1-3]。

現(xiàn)階段，回彈法和超聲回彈綜合法同時存在于測試標準中，且其適用條件、測試過程、測試精度和測試結(jié)果大致相同或接近，這無疑給測試人員造成測試方法的選擇困難。本文中，從前述四方面系統(tǒng)比較現(xiàn)行國家規(guī)范及水工、水利、鐵路、建筑行業(yè)相關標準和規(guī)范中的回彈法和超聲回彈綜合法(回彈儀標稱能量2.207J)的差異，研究、總結(jié)實用的回彈法和超聲回彈綜合法應用方法，以期更好地指導兩種方法在混凝土強度無損測試中的應用。

1 方法概述

1.1 測試原理

回彈法和超聲回彈綜合法的基本原理是，尋找一個或幾個與混凝土強度具有相關性，且測試時無損于混凝土實體結(jié)構(gòu)的混凝土力學性能物理量，運用數(shù)理統(tǒng)計方法，通過擬合運算推算得到混凝土破壞極限狀態(tài)時的應力值[4,5]。回彈法和超聲回彈綜合法測得的混凝土強度值，相當于邊長150 mm立方體抗壓強度標準值，且具有95%的保證率。

1.2 回彈法

回彈法是通過建立混凝土的表面硬度與混凝土抗壓強度之間的經(jīng)驗關系式來間接推定混凝土的抗壓強度，即所謂的表面硬度法。同時，推定的混凝土抗壓強度還需考慮混凝土碳化的影響。目前，國家標準[6]、水運標準[7]、水工標準[8]、鐵路標準[9]和建筑標準[10]均對回彈法制定了詳細的應用規(guī)定。

1.3 超聲回彈綜合法

超聲回彈法以超聲波穿透混凝土內(nèi)部的聲速值和反映混凝土表面硬度的回彈值來綜合測試實體混凝土的抗壓強度，即對實體混凝土同一測區(qū)分別測試其聲速和回彈值，再通過建立其與混凝土抗壓強度之間的經(jīng)驗關系式來間接推定混凝土的抗壓強度。與回彈法不同，推定的混凝土抗壓強度不需考慮碳化深度的影響。目前，國家標準[6]、水運標準[7]、鐵路標準[9]和協(xié)會標準[11]均對超聲回彈綜合法制定了詳細的應用規(guī)定。

2 適用條件比較

表1 回彈法和超聲回彈綜合法的應用條件比較

各標準中關于兩種測試方法的測試齡期、測試環(huán)境和測試抗壓強度范圍不盡相同(見表1)，不難看出：

1)混凝土齡期超過3年，使用回彈法測試混凝土抗壓強度不一定適用；混凝土齡期超過5年，使用超聲回彈綜合法測試混凝土抗壓強度不一定適用；

2)低溫環(huán)境，如東北地區(qū)的冬季，不應使用回彈法和超聲回彈綜合法進行混凝土抗壓強度現(xiàn)場測試；

3)因混凝土抗壓強度換算值是通過經(jīng)驗關系式運算得到的，對于回彈法，運算結(jié)果超出(10.0～60.0)MPa時可能無效；對于超聲回彈綜合法，運算結(jié)果超出(10.0～50.0或70.0)MPa時可能無效。

3 測試過程比較

回彈法和超聲回彈綜合法測試混凝土抗壓強度的過程大致相同，主要區(qū)別在于：

1)準備工作，對于回彈法，需配置質(zhì)量濃度為1%～2%的酚酞酒精溶液、電動沖擊錘、碳化深度測量儀；對于超聲回彈綜合法，需配置超聲波檢測儀及黃油等換能器用耦合劑；

2)測試過程，對于回彈法，需測試測區(qū)混凝土碳化深度；對于超聲回彈綜合法，需測試測區(qū)混凝土聲時值；

3)結(jié)果處理，對于回彈法，經(jīng)過一元經(jīng)驗關系式運算同時考慮碳化深度影響得到混凝土抗壓強度換算值；對于超聲回彈綜合法，經(jīng)過二元經(jīng)驗關系式運算直接得到混凝土抗壓強度換算值。

實際測試過程中，測試人員普遍認為超聲回彈綜合法的測試前準備工作、操作過程、測試時間、超聲波測試的有效性等均較回彈法復雜[12]。

4 測試精度比較

各標準均采用相同的計算公式計算混凝土強度平均相對誤差和相對標準差，如表2所示。

1)現(xiàn)階段各標準給出的測強曲線，在測試精度方面回彈法和超聲回彈綜合法并無顯著區(qū)別(見表2)。

2)測試精度的總體趨勢是，全國統(tǒng)一測強曲線精度<地區(qū)測強曲線精度<專用測強曲線精度。

5 測試結(jié)果比較

計算標準給出的經(jīng)驗公式，或使用給出的經(jīng)驗換算表，將各標準中的混凝土抗壓強度換算值在Excel中連接，繪制成圖1，圖2，更加直觀地反映出各標準中回彈法(碳化深度取0 mm，1.0 mm，2.0 mm，3.0 mm，4.0 mm，5.0 mm，不小于6.0 mm)和超聲回彈綜合法(聲速va取3.5 km/s,4.0 km/s,4.5 km/s,5.0 km/s,5.5 km/s,6.0 km/s)的混凝土抗壓強度換算值的取值范圍,不難看出：

1)對于回彈法，混凝土碳化深度對混凝土抗壓強度有顯著影響，碳化越深，測得的混凝土抗壓強度換算值越低；當測得的混凝土回彈代表值達到或超過48時，若混凝土無碳化或碳化很小，其混凝土抗壓強度換算值可能超過60 MPa(見圖1)，最終推定的混凝土抗壓強度可能大于60 MPa(換算值的標準差很小時)，導致測試結(jié)果無效，即對于C45及以上的混凝土，標稱能量2.207J的回彈儀可能不再適用；

2)對于超聲回彈綜合法，混凝土聲速越大，測得的混凝土抗壓強度換算值越高；

3)理論上，混凝土越密實，混凝土強度越高，測得的混凝土聲速亦越大。實際上，由于混凝土材料本身的多向異變性，混凝土強度與其聲速尚未有明確的運算關系，基于這一特點，測得的超聲回彈代表值較高或超過48時，若其聲速不大，其混凝土抗壓強度換算值亦可能在(10.0～50.0或70.0)MPa范圍內(nèi)，最終推定的混凝土抗壓強度亦可能有效，即超聲回彈綜合法較回彈法的適用范圍較大，此觀點與有關文獻[13]不謀而合。

6 結(jié)語

通過上述比較、分析，本文作者認為應從如下幾方面選擇應用回彈法和超聲回彈綜合法。

1)應按照本行業(yè)、國家、相關行業(yè)的順序選用相關標準或規(guī)范；

2)應在相關標準或規(guī)范規(guī)定的適用范圍內(nèi)使用回彈法和超聲回彈綜合法，必須強調(diào)的是，現(xiàn)行標準或規(guī)范給出的經(jīng)驗關系式均未考慮混凝土強度隨齡期的變化規(guī)律，混凝土齡期超過3年或5年時，當慎用該兩種方法推定混凝土抗壓強度；

3)測試精度不能作為選擇回彈法或超聲回彈綜合法的依據(jù)，在測試結(jié)果有效的前提下，推薦選擇回彈法。因為根據(jù)作者的實測經(jīng)驗，有效的超聲波測試將大大增加測試的準備工作和測試時間；

4)測試C45及以上的混凝土抗壓強度時，推薦使用超聲回彈綜合法，保證測試結(jié)果的有效性。