頂面原位二次回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)研究

魏志文，韓春雷

（1.河北省混凝土質(zhì)量檢測技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 廊坊 065000；2.廊坊市陽光建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，河北 廊坊 065000）

0 引言

回彈法是目前國內(nèi)應用最為廣泛的現(xiàn)場混凝土強度檢測方法，現(xiàn)行行業(yè)標準 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》［1］規(guī)定：對非泵送混凝土澆筑頂面豎直向下回彈檢測需進行角度修正與澆筑面修正，由于混凝土澆筑上表面平整度差，回彈值離散較大，修正得到的強度換算值存在著較大誤差；對泵送混凝土則不能進行澆筑頂面向下回彈檢測。目前，國內(nèi)所應用的混凝土絕大多數(shù)為泵送混凝土，回彈法在其澆筑頂面檢測中無法得到應用，只能采用鉆芯法［2］、拔出法等破壞性方法進行檢測，這不僅會對混凝土結(jié)構(gòu)造成不同程度的傷害，而且檢測方法較繁瑣。

基于上述問題，本文針對混凝土澆筑頂面回彈法檢測技術(shù)進行了專項研究，并提出了原位二次回彈法檢測技術(shù)，其原理為：混凝土回彈儀裝配在專用裝置中，該裝置架設(shè)在混凝土澆筑表面，對同一測點首次彈擊后原位進行二次彈擊，測得兩次彈擊值。兩次彈擊差值與首次彈擊值之比作為擊實系數(shù)。以擊實系數(shù)和第二次彈擊值為自變量，以混凝土抗壓強度為因變量，據(jù)最小二乘法原理建立了具有足夠檢測精度的原位二次回彈法測強曲線。研究成果可供混凝土質(zhì)量控制參考。

1 試驗設(shè)計

1.1 混凝土試塊

采用本地區(qū)常用原材料、配合比配制 C15、C20、C30、C35、C40、C50、C60 共 7 個強度等級泵送混凝土，制作尺寸為 150 mm×150mm×150mm 的標準立方體試塊，制作方法符合 GB/T 50081－2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》［3］要求，澆筑上表面用塑料薄膜覆蓋，24 h 后拆模，進行編號后品字型碼放，每日兩次澆水養(yǎng)護，7 晝夜后自然養(yǎng)護，裸置備用［4］。試塊測試齡期及數(shù)量如表 1 所示。

表1 測試齡期及混凝土試塊數(shù)量

1.2 試驗方法

1.2.1 試塊固定裝置

圖 1 為采用高強度混凝土澆筑制作一個“N”型檢測平臺，內(nèi)配加強結(jié)構(gòu)鋼筋，澆筑時平臺上側(cè)預埋壓力裝置，混凝土試塊可置入該裝置內(nèi)并向上水平露出澆筑頂面，驅(qū)動壓力裝置可按規(guī)定要求壓緊試塊側(cè)面使其穩(wěn)固，以便對頂面進行回彈測試。

圖1 試塊固定裝置

1.2.2 回彈值測試系統(tǒng)

回彈值測試系統(tǒng)由標稱能量 2.207 J 中型回彈儀與回彈裝置組成，其中回彈裝置包含架設(shè)系統(tǒng)與滑動系統(tǒng)兩部分（見圖 2），架設(shè)系統(tǒng)底面為三腳支撐，可穩(wěn)定架設(shè)混凝土澆筑表面；滑動系統(tǒng)的滑道與三腳支撐面保持垂直，推動回彈儀可使其在滑道上穩(wěn)定滑動實現(xiàn)對混凝土澆筑表面的回彈測試，在不移動支架的前提下，再次推動回彈儀可在同一測點進行原位二次回彈。

圖2 回彈裝置示意圖

1.2.3 回彈值測量

每強度等級的每測試齡期時，對試塊上表面進行原位二次回彈測試，試驗步驟為：①將試塊置于檢測平臺試驗空間內(nèi)，澆筑表面水平向露出；②驅(qū)動壓力裝置對混凝土試塊側(cè)面施加壓力，壓力大小如表 2 所示；③將裝有回彈儀的裝置架設(shè)在混凝土試塊上方，回彈儀彈擊桿接觸在試塊澆筑表面，向下壓緊回彈支架使其與檢測平臺保持穩(wěn)固，推動回彈儀在試塊表面進行回彈（見圖 3）。同一測點回彈兩次，分別記錄其首次回彈值R1和二次回彈值R2，同一試塊表面回彈 9 個測點。

圖3 試塊頂面二次回彈試驗

表2 不同強度等級試塊施加壓力表

1.2.4 混凝土抗壓強度測試

回彈測試后，試塊置于微機控制壓力機中，按 GB/T 50081－2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》要求進行混凝土抗壓強度測試，測得每一試塊混凝土破型力值，經(jīng)計算得到混凝土抗壓強度。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 測區(qū)回彈測點數(shù)量確定

為確定同一測區(qū)最小回彈測點數(shù)量，對同一試塊表面依表 3 中的采集方案進行測試，以擊實系數(shù)進行排序和取舍，對回彈平均值與對應試塊抗壓強度值進行相關(guān)性分析，其各自對應的復相關(guān)系數(shù)R2散點圖如圖 4 所示。其中擊實系數(shù)為兩次彈擊差值與首次彈擊值之比，如式（1）所示。

表3 測點數(shù)量與混凝土抗壓強度相關(guān)關(guān)系

式中：Rr為同一測點的擊實系數(shù)；R2為同一測點的第二次回彈值；R1為同一測點的第一次回彈值。

由圖 4 知，隨著測點數(shù)的增加復相關(guān)系數(shù)R2也隨之增加，但當檢測點數(shù)到達 8 個以上時，R2趨于穩(wěn)定。鑒此，課題確定：每測區(qū)測點數(shù)為 9，按該測區(qū)各測點的擊實系數(shù)進行取舍，舍去率為 2/9，取剩余擊實系數(shù)及所對應的測點回彈值作為有效數(shù)據(jù)，求取二次回彈值平均值R2m及擊實系數(shù)平均值Rrm。

圖4 測區(qū)回彈測點數(shù)量與 R2 關(guān)系

2.2 測區(qū)回彈測點數(shù)量理論分析

通常同一測區(qū)混凝土回彈值的變異系數(shù)不應超過0.15，則測區(qū)回彈測點數(shù)量按式（2）計算結(jié)果為 9，這與2.1 節(jié)結(jié)果一致。

2.3 原位二次回彈法測強曲線建模

2.3.1 回歸參數(shù)與混凝土抗壓強度關(guān)系

圖 5 為二次回彈平均值與混凝土抗壓強度關(guān)系。由圖 5 知，二次回彈平均值與混凝土抗壓強度有良好相關(guān)性。

圖5 二次回彈平均值與抗壓強度對應關(guān)系

圖 6 為擊實系數(shù)與混凝土抗壓強度關(guān)系。由圖 6 知，擊實系數(shù)平均值與抗壓強度亦存在較好相關(guān)性。

圖6 擊實系數(shù)與抗壓強度關(guān)系圖

2.3.2 原位二次回彈法測強曲線

將立方體試塊抗壓強度做為因變量，二次回彈值平均值R2m及擊實系數(shù)平均值Rrm為自變量，采用最小二乘法原理回歸，擬合得到復合冪函數(shù)形式的原位二次回彈法專用測強曲線如式（3）所示，該式的相關(guān)系數(shù)為 0.940 9，平均相對誤差δ為 ±9.34 %，相對標準差er為 11.44 %。

2.4 工程驗證

選取某實體工程樓板構(gòu)件，對應制作同條件立方體試塊各 1 組，試塊與樓板澆筑表面均覆膜養(yǎng)護。90 d 齡期時，在樓板上表面進行原位二次回彈法試驗，每塊樓板回彈 10 個測區(qū)，每個測區(qū)均勻布置 9 個測點，據(jù)式（3）計算測區(qū)混凝土換算強度值，據(jù)式（4）計算樓板混凝土抗壓強度推定值，式中符號涵義同 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》；按 GB/T 50081－2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》對同條件立方體試塊進行抗壓強度試驗，得到該樓板同條件立方體試塊抗壓強度代表值［5］。原位二次回彈法驗證結(jié)果如表 4 所示。

由表 4 知，采用原位二次回彈法測強曲線計算得到的結(jié)構(gòu)實體構(gòu)件混凝土強度推定值與構(gòu)件對應同條件立方體試塊抗壓強度代表值的相對誤差均＜15 %，這表明本文所建立測強曲線（式 3）具有較高的檢測精度。

表4 工程實體驗證結(jié)果

3 結(jié)語

本文提出了對硬化混凝土澆筑表面的同一測點進行兩次回彈，以第二次回彈值作為自變量來推定混凝土強度的理念。

提出了回彈擊實系數(shù)的概念，并在數(shù)據(jù)回歸中加以應用，提高了原位二次回彈法擬合測強曲線檢測精度。

采用試驗數(shù)據(jù)驗證與理論統(tǒng)計的方法，確定了測區(qū)回彈值測點的最小測點數(shù)量為 9。

文中給出的原位二次回彈法專用測強曲線具有足夠檢測精度，適用于 C 20～C 60 強度等級現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土澆筑表面的回彈法無損檢測混凝土抗壓強度。Q