兩種不同能量高強回彈儀對高強混凝土的檢測準確性研究

王慧鑫，陳明星

（山西省交通建設工程質量檢測中心（有限公司），山西 太原 030006）

0 引言

近年來，高強混凝土在工程中的應用逐漸增加，其對于承壓構件及橋梁工程構件有顯著的技術經濟效益，不僅可減少構件截面，減少混凝土用量，降低結構自重，提高結構剛度，還能降低成本；且高強混凝土的致密性、抗滲性和抗凍性均高于普通混凝土，更適宜于有腐蝕的環境，可有效地增大橋梁凈空和提高橋梁的壽命。目前，高強混凝土以強度高、質量輕、占用空間小等優勢，已廣泛應用于各類工業、公路和民用建筑中。

高強混凝土是采用水泥、砂、碎石、高效減水劑同時外加粉煤灰、礦渣粉、硅灰等礦物摻合料以常規工藝配制的混凝土，《高強混凝土結構技術規程》CECS 104：99中規定高強混凝土為C50～C80混凝土[1]，《普通混凝土配合比設計規程》JGJ 55—2011中規定高強混凝土為大于等于C60的混凝土。

目前高強混凝土的回彈強度檢測標準有2個，分別是《高強混凝土強度檢測技術規程》（JGJ/T 294—2013）和《橋梁高強混凝土抗壓強度無損檢測》（JT/T 1166—2017），前者規定回彈強度檢測可使用標稱能量為4.5J和5.5J的重型回彈儀，且提供了相應的測強曲線；后者只規定回彈強度檢測可使用重型回彈儀，未提供測強曲線；所以國內檢測采用前者居多，但前者并未提及在同一本規范中編入兩條不同測強曲線的原因以及在實際應用中如何選取的問題。

某高速公路C70先張法預制工字梁使用回彈法檢測梁體的強度，以判斷預制梁的放張時間及28 d強度是否滿足設計要求，檢測時發現同一片梁使用兩種高強回彈儀檢測出的結果相差較大，偏差達到十幾兆帕，使現場檢測人員難以判定結構物是否合格，為了解清楚兩種高強回彈儀對該種混凝土檢測的準確性，開展了相應的試驗研究。

1 項目概況

某高速公路項目，主線橋梁長度占路線總長的95%，多數為預制裝配式先張法預應力混凝土簡支工字梁，數量將近40 000片，設計強度為C70，采用整體放張工藝，設計圖紙要求梁體強度達到85%后方可放張，28 d梁體強度需滿足設計要求。為加快周轉效率，研發了自動控制熱模蒸汽養生模板系統，通常2～3 d即可放張出廠。

2 試驗方法

在預制梁澆筑施工現場，按《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》的要求制作了51塊（150×150×150）mm的C70混凝土標準抗壓試件，試件養護條件與預制梁保持一致，試件的抗壓強度齡期控制在 2～29 d，其中 2～7 d、14 d、28 d齡期的試件數量為2～7塊，其余齡期試件數量為1塊。

試驗前先將兩種高強回彈儀在高強鋼砧上率定，儀器滿足檢定要求后，將試件放在壓力機上，使一對側面朝向便于回彈測試的方向，然后加壓至60 kN左右，并保持此壓力，先使用4.5J高強回彈儀在兩個相對側面上各彈擊8個測點，共16個測點。測試完畢后卸荷，將試件旋轉90°重新放在壓力機上，使用5.5J高強回彈儀分別在另外兩個相對側面上各彈擊8個測點，共16個測點。測試完畢后卸荷，將試件的兩個側面放在上下承壓板之間，按《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》的要求均勻加荷至破壞，計算抗壓強度實測值[2]。

3 試驗結果統計與分析

3.1 兩種高強回彈儀的回彈代表值比較

從每個試件對應的2組16個測點的回彈值中，剔除3個最大值和3個最小值，取余下10個有效回彈值的平均值作為該試件兩種高強回彈儀的回彈代表值。4.5J和5.5J高強回彈儀的回彈代表值對比見圖1所示。

圖1 兩種高強回彈儀的回彈代表值散點圖

從圖1的對比可看出，4.5J高強回彈儀的各齡期回彈代表值比5.5J高強回彈值要高，這是因兩種高強回彈儀的錘重量、拉力彈簧的起始拉伸長度相同，而5.5J高強回彈儀拉力彈簧的剛度系數是4.5J高強回彈儀的1.22倍，在混凝土消耗勢能相同的情況下，5.5J高強回彈儀的回彈距離較短。

3.2 兩種高強回彈儀的回彈換算值與試件抗壓強度值比較

將4.5J和5.5J高強回彈儀的回彈代表值按照《高強混凝土強度檢測技術規程》附錄A和附錄B中的強度換算表得到不同齡期試件的強度換算值。4.5J和5.5J高強回彈儀的回彈換算值與試件抗壓強度值對比見圖2所示（相同齡期試件使用平均值）。

從圖2的對比可看出，兩種高強回彈儀的強度換算值比試件抗壓強度值低，兩種儀器的強度換算值均偏保守，可保證混凝土的實際強度高于回彈儀的檢測強度，確保了回彈強度合格，混凝土的實際強度必然合格，而要保證工字梁回彈強度檢測合格，必然要將混凝土的強度提升的更高，有利于混凝土的工程質量控制。但對于同一試件，5.5J比4.5J高強回彈儀的強度換算值要高一些，更接近于試件抗壓強度值。

圖2 兩種高強回彈儀的強度換算值與試件抗壓強度值隨齡期變化曲線圖

3.3 兩種高強回彈儀回彈強度換算值與試件抗壓強度值的差值比較

將4.5J和5.5J高強回彈儀同試件的回彈換算值與試件抗壓強度值相減的差值進行分析，兩種高強回彈儀的差值直方圖見圖3、圖4，差值統計表見表1。

圖3 4.5J高強回彈儀換算強度值與抗壓強度值差值直方圖

圖4 5.5J高強回彈儀換算強度值與抗壓強度值差值直方圖

表1 兩種回彈儀換算強度值與抗壓強度值差值統計表 MPa

從圖3、圖4、表1可看出，4.5J高強回彈儀的差值主要集中在10.3～26.2 MPa之間，平均值為17.4 MPa；而5.5J高強回彈儀的差值主要集中在0.2～12.5 MPa之間，平均值為6.82 MPa。4.5J高強回彈儀差值的平均值、最小值、最大值均遠超5.5J，表明5.5J高強回彈儀差值相對比較合理，既保證了一定的富余范圍，又不使檢測值過低難以代表結構物的實際強度。

3.4 兩種高強回彈儀回彈代表值與抗壓強度值散點圖同測強曲線的對比

兩種高強回彈儀回彈代表值、試件抗壓強度值與規范測強曲線計算值散點圖見圖5、圖6。

圖5 4.5J高強回彈儀強度代表值與抗壓強度值散點圖

圖6 5.5J高強回彈儀強度代表值與抗壓強度值散點圖

從圖5、圖6可看出，5.5J高強回彈儀的測強曲線基本沿著回彈代表值與試件抗壓強度值散點圖下緣，且與下緣散點的斜率基本相同，可在確保C70工字梁回彈強度數據合格，結構物就合格的前提下，富余量最小。而4.5J高強回彈儀的測強曲線富余量較大，容易造成回彈檢測結果偏低的情況。

3.5 兩種高強回彈儀在預制梁廠現場檢測對比

在預制梁廠使用兩種高強回彈儀對12片2～3 d齡期的工字梁進行回彈強度檢測，每片梁每種高強回彈儀各檢測10個測區，兩種高強回彈儀的回彈強度推定結果見圖7。

圖7 兩種高強回彈儀現場檢測強度推定值折線圖

從圖7中的對比可看出，5.5J和4.5J高強回彈儀的差距較大，差值在4.4～13.2 MPa之間，差值平均值是9.2 MPa，與室內試件上檢測的差值平均值9.5 MPa基本接近，且5.5J高強回彈儀與同片梁同養強度試件的抗壓強度值的差值僅在-3.0～3.6 MPa之間，也表明5.5J高強回彈儀更適合于現場檢測及強度判定。

4 結論

a）對于該依托項目的C70工字梁，使用《高強混凝土強度檢測技術規程》提供的測強曲線，5.5J高強回彈儀比4.5J高強回彈儀檢測出的強度換算值更為準確，且有合理的富余量，可確保C70工字梁在回彈強度數據合格，結構物就合格的前提下，富余量最小。

b）該C70混凝土隨著齡期的增長，試件強度基本上呈現上升的趨勢，28 d強度上升幅度約10 MPa，后期強度增長較慢。

c）通過該試驗研究，有效地解決了工程檢測人員的疑惑，為高強混凝土回彈強度檢測提供了依據。