回彈法檢測混凝土強度的準確性研究

黎忠祁，羅澤權，梁洪濤

（1.崇左市左江治旱工程管理中心，廣西 崇左 532200；2.長江水利委員會長江科學院，武漢 430010；3.廣西崇左水利投資有限公司，廣西 崇左 532200）

混凝土作為目前建筑工程行業中用量最大、用途最廣的一種建筑材料[1]，受其構成所需原材料和外加劑差異較大，澆筑、振搗、養護等工藝水平所限等因素的影響，混凝土的強度和性能也有所浮動，因此，準確檢測及確定混凝土強度，對于保證和提高工程質量具有十分重要的意義。目前工程上常用的混凝土強度檢測方法主要是：回彈法、鉆芯法、立方體試件抗壓強度試驗法。

混凝土標準立方體試塊是一種標準檢測方法，但容易受現場施工條件及監理方等主客觀因素的影響，且無法完全反應工程實體的強度。鉆芯法是比較直觀、準確、可靠的一種方法，可以較為真實地反映混凝土內部質量和強度；但鉆芯法屬半破損檢測方法，會對結構或構件造成局部損傷，破壞了原始建筑物受力情況。若取樣工作較多會使得工作量增大，檢測時間長，不經濟，這也限制了鉆芯法的使用。因此在鉆芯法前應首先利用簡單方便的方法對混凝土強度進行檢測，而回彈法簡單、快速和高效的特點剛好可以進行大批量的輔助檢測。

回彈法是在不破壞混凝土結構物的前提下，對硬化后混凝土結構物強度的快速評定，屬于無損檢測。它具有經濟、攜帶方便、操作簡單、使用靈活、適用范圍廣等優點，是目前我國工程質量驗收評定中最常用的一種方法。作為一種間接測量方法，回彈法測量混凝土強度容易受到原材料、外加劑、水泥用量、施工振搗方式及養護方式的影響，測量準確度飽受質疑。在利用回彈法進行混凝土強度測量時，應先對回彈法的準確度進行研究分析。

1 回彈儀工作原理

與鉆芯法和標準立方體試塊采用壓力機直接測量抗壓強度不同，回彈法通過測量混凝土的硬度來推求其抗壓強度。由于混凝土抗壓強度與其表面硬度存在一定的相關性，但材料的硬度和強度很難建立起相關的關系。而回彈法是表面硬度法的一種，利用測試出的回彈值大小來確定混凝土的表面硬度，故可以間接用回彈值來推定抗壓強度。如弱混凝土強度低，則塑性變形相對較大，在收到彈擊能量時，混凝土會吸收更多的能力，而反彈回去的能量變少，回彈值就小，即混凝土強度大小與回彈值大小在一定基礎上呈正比關系。工程上常用的是中型回彈儀。

回彈儀的彈擊能量由功能原理知：

式中：A1為使混凝土產生塑性變形的功；A2為使彈擊錘、彈擊桿及混凝土產生彈性變形的功；A3為彈擊錘和指針工作中因摩擦損耗的功；A4為彈擊錘和指針工作中克服空氣阻力的功；A5為混凝土產生塑性變形時增加自由表面所損耗的功；A6為混凝土構件的顫動和彈擊桿與混凝土表面移動而損耗的功。

當混凝土構件具有足夠的剛度且在回彈過程中回彈儀緊貼混凝土表面時，A3、A4、A5、A6所消耗的功對回彈值的影響基本可以忽略不計，而當混凝土構件不能保持緊貼狀態時，A6所消耗的功不能忽略。

2 試驗材料及方法

本文研究混凝土采用的是馱英水庫樞紐拌合站的混凝土，用于進行測試結果比對的立方體試塊抗壓強度與回彈法測量強度的混凝土都是同一批次進行制作的。立方體試塊抗壓強度的測量依據《水工混凝土試驗規程》(SL 352-2006)中的測試方法，采用浙江禮顯試驗儀器制造有限公司制造的YES-2000數顯壓力機（見圖1）進行的，試塊的回彈法強度是根據《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》(JGJ/T 23-2011)中的測量方法及國家統一的測強曲線采用北京海創高科科技有限公司生產的HT-225T 數顯式一體回彈儀（見圖2），試驗所用相關儀器均通過了計量檢定，且滿足精度要求。

圖1 壓力機

3 回彈法測定混凝土強度準確性研究

3.1 試驗預加應力的影響

圖2 數顯式回彈儀

考慮到回彈儀測量混凝土強度的工作原理主要是根據回彈儀彈擊前后的能量來決定，而我們進行回彈試驗是在標準試塊上進行，因此在進行回彈試驗之前對標準試塊進行預加壓力，防止出現回彈儀在彈擊混凝土表面時因混凝土試件發生震顫等造成能量損耗而引起測量不準。預加應力取值直接關系著測量結果，預加應力值過小，無法消除回彈過程中出現的能量損耗，應力值過大，則會因為結構壓應力的增加使得回彈值增加，合理地選取預加應力值是回彈測試結果準確的前提。中國建筑科學研究院在進行29 組不同強度等級的標準混凝土立方體試件進行試驗研究結果表明[2]，預加約束力對混凝土試件回彈值的測試產生了一定程度的影響，預加15%的極限荷載時測得的回彈值不再發生明顯的波動，預加力過大或者過小都會引起回彈值偏小。其他相關研究[3]表明，在進行不同強度等級混凝土進行分級加壓測定回彈值，混凝土試塊最小受壓荷載為0.25 kN/cm2時，回彈強值不再有大的波動，基本趨于穩定，通過換算可知，對于150 mm立方體標準試塊，必須施加56.25 kN以上壓力才可以有效防止回彈儀沖擊時產生的能量損失[4]。考慮到現場測量時，混凝土結構物處于不同的受壓狀態，因此在分析前，通過壓力機施加適當的預加壓力也可以有效避免回彈值由于實體結構壓應力狀態的增加而增加的影響。

本文混凝土制作了C15、C20、C25、C30、C40 五種強度等級的標準立方體試塊，養護到28 d時分級進行預加應力的加載，采用每級10 kN 作為加載單位，每塊混凝土試塊回彈4個面，每一組數據通過4個同批次制作的試塊測得。同時根據規范操作，測得的回彈值，經過數據處理，得到最終回彈值與荷載值的曲線圖（見圖3）。

圖3 回彈值與荷載值曲線圖

從圖3 可以看出，不同強度等級的混凝土試塊的回彈值隨著荷載等級的增加先增加后趨于穩定，個別出現小幅度的波動但不影響總的變化趨勢，且預加應力在超過60 kN后，回彈值基本不變化，這與前人研究[2,3]基本吻合，考慮到試驗過程應力控制的波動性，本文試驗采用60～80 kN的預加應力。

3.2 回彈法測量混凝土強度準確性分析

現場施工過程中，混凝土回彈值測量的準確性受混凝土等級、原材料配比、齡期、成型方法、養護條件、碳化深度等多種因素條件影響。同一工程原材料配比一般變化不大，回彈值測量值也根據規范按碳化深度值進行了修正，因此本文選取混凝土等級、齡期、養護條件、成型方法4個因素進行比對分析。

3.2.1 不同強度等級混凝土回彈值準確性分析

測定不同強度等級混凝土回彈值時依然采用每個試塊回彈4 個面，每一組數據通過4 個同批次制作并經標準養護28 d 的試塊測得，試驗檢測了3組試塊的回彈值，而以一組標準試塊的壓力機測得抗壓強度為標準值(見表1）。統計回彈測量的數據經修正后得到最終的回彈值。

強度等級C15 C20 C25 C30 C40回彈值/MPa 17.9 24.7 28.6 35.4 42.5標準值/MPa 20.8 27.5 31.2 36.8 44.8誤差/%13.9 10.2 8.3 3.8 5.1

由表1可知，當混凝土等級較低時，回彈值與標準值差值較大，但都在15%范圍內，整體差值能滿足測量要求；當混凝土等級較大時，兩者差值較小。因此，回彈法測量低等級混凝土時，應對檢測結果比較謹慎。

3.2.2 不同齡期下混凝土回彈值準確性分析

試驗選取了C25、C30 兩種馱英水庫用量較大的混凝土分別進行了7、14、28、60 和90 d 養護齡期下對比檢測，實驗結果見圖4。

圖4 回彈值隨齡期變化圖

由圖4 可以看出，總體而言回彈值與標準值差值均在可控范圍內。同時也可以看到，齡期為7 d和14 d時，兩種強度等級的混凝土回彈值與標準值差值都相對較大，而隨著齡期的增加，兩者差值變小。因此為了保證回彈測量準確度，檢測應盡量在混凝土養護28 d后進行。

3.2.3 不同養護條件下混凝土回彈值準確性分析

養護方法包括標準養護、自然養護和蒸壓養護，而根據規范，蒸壓養護不適用于回彈法檢測。因此本文試驗分別開展了標準養護、自然養護下的混凝土回彈值與標準值的比對分析試驗，試驗依然采用的是養護28 d、C30等級的混凝土（見表2）。

養護條件標準養護自然養護強度等級C25 C30 C25 C30回彈值/MPa 28.9 34.7 30.7 35.9標準值/MPa 31.6 36.9 33.2 38.3誤差/%8.5 6.0 7.5 6.3

由表2 可知，兩種強度的混凝土自然養護的強度高于標準養護，這與前人研究結果一致[5]。同時也能發現無論采用哪種養護形式，兩者之間的差值都較小，回彈法測量準確度較高。

3.2.4 不同成型方式下混凝土回彈值準確性分析

以往研究結果表明[6]，混凝土在齡期和強度等級完全相同的情況下，成型方法的不同，也會造成回彈法檢測結果的差異，本次研究采用C30混凝土，進行人工插搗和機械振搗（又分為適振、欠振、過振）4種振搗方式，振動以混凝土表面出漿時停止操作，然后采用采用28 d試塊進行標準值與回彈值檢測試驗（見表3）。

振搗方式人工插搗機械振搗適振欠振過振回彈值/MPa 34.5 36.8 33.7 37.9標準值/MPa 36.6 39.4 36.1 40.5誤差/%5.7 6.6 6.6 6.4

從表3可知，不同成型方式下，回彈值與標準值差值均較小，同時結合回彈法的測量原理可知，不管是人工插搗還是機械振搗，只要成型后的混凝土是密實的，回彈法檢測混凝土強度的結果是可取的。

4 結論

（1）回彈法測得混凝土強度普遍小于標準試塊抗壓強度值，且兩者之間差值受混凝土等級、混凝土齡期和養護條件、振搗方式的影響，最大相差13.9%，普遍差值較小，從保證工程質量的角度，回彈法作為一種輔助性測量手段，在工程中不同狀況下測量混凝土強度的結果具有較高的精確度。

（2）利用回彈法進行低等級混凝土強度測量時，容易造成誤判，應謹慎使用。

（3）混凝土齡期小于14 d 時，混凝土表面硬度還未完全形成，回彈值與標準值誤差較大，為保證準確度，在進行回彈法測強度時應盡量保證齡期在28 d以上。