鉆芯修正回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的分析研究

徐平榮，繩欽柱，張建鵬，馮 謙

（1.五蓮縣建筑工程管理服務(wù)中心，山東 日照 262300；2.山東省建筑科學(xué)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250031；3.山東省建筑質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，山東 濟(jì)南 250031；4.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度是基于構(gòu)件表面硬度，并采用碳化深度進(jìn)行修正間接推定混凝土強(qiáng)度的一種方法，回彈法具有對(duì)結(jié)構(gòu)無(wú)損傷、簡(jiǎn)單、高效的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)際，當(dāng)混凝土內(nèi)外質(zhì)量差異較大時(shí)，此時(shí)表面浮漿過(guò)多，回彈較低，表面質(zhì)量代表不了內(nèi)部質(zhì)量，其測(cè)強(qiáng)結(jié)果誤差較大。鉆芯法是直接從結(jié)構(gòu)實(shí)體上鉆取試驗(yàn)芯樣來(lái)測(cè)其抗壓強(qiáng)度，具有直接、準(zhǔn)確、可靠的優(yōu)點(diǎn)，但鉆芯法對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)體具有一定損傷，影響結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量，對(duì)工程具有一定破壞性，因此，工程實(shí)例中一般情況下不應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)鉆取過(guò)多的芯樣。鉆芯修正回彈法是采用回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土回彈的均勻性實(shí)際情況，在部分對(duì)應(yīng)區(qū)域采取鉆芯法鉆取一定混凝土芯樣，最終通過(guò)混凝土芯樣樣本抗壓強(qiáng)度值對(duì)應(yīng)修正回彈法混凝土推定值的一種方法。

工程實(shí)際中，對(duì)同一批或同一個(gè)混凝土構(gòu)件，當(dāng)僅采用回彈法這一種測(cè)強(qiáng)方法，最終得到的混凝土強(qiáng)度推定值往往不滿足原設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的要求。當(dāng)采取鉆芯測(cè)強(qiáng)方法時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度雖然會(huì)高于回彈測(cè)強(qiáng)方法 30 % 甚至以上，且符合設(shè)計(jì)要求，然而大批量進(jìn)行取芯，對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)體有較大的損壞。在實(shí)際工程中，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，又應(yīng)盡量減少對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)體的破壞；另一方面，還需消除三方的疑慮和猜測(cè)。本文結(jié)合山東地區(qū)工程實(shí)況對(duì)鉆芯修正法進(jìn)行介紹，并對(duì)鉆芯法和回彈法測(cè)強(qiáng)產(chǎn)生差異的原因進(jìn)行了總結(jié)闡述，為施工單位控制工程質(zhì)量提供參考。

1 同一混凝土構(gòu)件對(duì)比

本文以山東某一住宅工程為例，該工程設(shè)計(jì)為-2層，地上 16 層剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)。混凝土強(qiáng)度等級(jí)：基礎(chǔ)墊層為 C15，基礎(chǔ)為 C30，-2 層～1 層墻、柱為 C35，2 層及以上墻、柱均為 C30，主體結(jié)構(gòu)梁板均為 C30，目前主體結(jié)構(gòu)已施工完成。

由于建設(shè)單位懷疑-1 層剪力墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)不到原設(shè)計(jì)強(qiáng)度 C35 要求，現(xiàn)場(chǎng)委托第三方對(duì)該工程 -1 層剪力墻混凝土強(qiáng)度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)并采集數(shù)據(jù)，其中隨機(jī)抽取 8 個(gè)構(gòu)件，共有 7 個(gè)構(gòu)件不滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，實(shí)測(cè)回彈強(qiáng)度推定值為 29.7～36.0 MPa，實(shí)測(cè)鉆芯法強(qiáng)度為 35.7～39.9 MPa［1，2］（具體詳見(jiàn)表 1 及圖 1），芯樣樣本強(qiáng)度平均值為 38.4 MPa，鉆芯法測(cè)強(qiáng)結(jié)果均比回彈法測(cè)強(qiáng)結(jié)果高，提高百分比在 8.5 %～45.1 %，且均高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

表1 鉆芯法與回彈法檢測(cè)測(cè)強(qiáng)結(jié)果對(duì)比（同一構(gòu)件對(duì)應(yīng)測(cè)區(qū)）

圖1 鉆芯法與回彈法對(duì)應(yīng)測(cè)區(qū)對(duì)比圖

2 回彈法和鉆芯法測(cè)強(qiáng)強(qiáng)度存在異同原因分析

基于實(shí)際工程中，對(duì)于同一混凝土構(gòu)件，當(dāng)采用回彈法和鉆芯法兩種檢測(cè)方法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度時(shí)，強(qiáng)度推定值會(huì)存在一定差異，具體原因分析如下。

1）各方為了趕工期，各類混凝土構(gòu)件澆筑不到 24 h

就拆模，且未及時(shí)養(yǎng)護(hù)，構(gòu)件表面水分散失過(guò)快，水泥膠凝材料來(lái)不及充分反應(yīng)，此時(shí)內(nèi)外質(zhì)量相差較大，現(xiàn)場(chǎng)回彈值較低。

2）工程中采用的混凝土模板大部分為膠合板，過(guò)程中周轉(zhuǎn)頻率較高，表面存在不同程度損傷，模板表面未及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，最終導(dǎo)致澆筑的混凝土表面質(zhì)量差，回彈強(qiáng)度偏低。

3）部分泵送混凝土施工過(guò)程中隨意加過(guò)量的水，導(dǎo)致混凝土坍落度較大，僅靠自身流淌即可充滿模板，這樣會(huì)導(dǎo)致混凝土表面浮漿過(guò)多，碳化深度普遍較大，回彈值普遍偏低，表面普遍不密實(shí)。

4）部分泵送混凝土添加過(guò)多粉煤灰、礦粉等摻加料，導(dǎo)致混凝土前期強(qiáng)度較低，回彈值偏低。

3 鉆芯法和回彈法對(duì)比分析

回彈法為間接測(cè)強(qiáng)方法，簡(jiǎn)單快捷，雖然測(cè)強(qiáng)結(jié)果與真實(shí)值有一定偏差，但適合混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)批普查，且具有一定可靠性。鉆芯法為直接檢測(cè)內(nèi)部質(zhì)量，能真實(shí)反映混凝土強(qiáng)度的方法，但對(duì)結(jié)構(gòu)有一定局部損傷，且需要很大的勞動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)回彈法檢測(cè)強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求時(shí)，可采用鉆芯修正的方法，采取兩種方法進(jìn)行互補(bǔ)，這樣既能達(dá)到普查混凝土強(qiáng)度的目的，又能提高混凝土強(qiáng)度的準(zhǔn)確度。對(duì)比結(jié)果具體如表 2 所示。

表2 回彈法與鉆芯法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

4 鉆芯修正法適用情況

1）當(dāng)采用回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，對(duì)其結(jié)果存在懷疑時(shí)。

2）當(dāng)混凝土表面存在經(jīng)受火災(zāi)、凍融或其他化學(xué)腐蝕，不能反應(yīng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部真實(shí)質(zhì)量的情況下。

3）建設(shè)年代比較久遠(yuǎn)，整體強(qiáng)度較大，需要對(duì)建筑物材料有個(gè)全面真實(shí)的掌握時(shí)。

4）當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)混凝土為大批量澆筑、流動(dòng)性較大時(shí)。

5）當(dāng)齡期超過(guò)回彈規(guī)范所允許的檢測(cè)齡期時(shí)。

5 鉆芯修正回彈法介紹［3］

通過(guò)對(duì)比以上兩種檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，充分利用兩者的優(yōu)點(diǎn)，補(bǔ)充另外一種方法的不足和缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高混凝土強(qiáng)度測(cè)強(qiáng)的精度和效率，這就是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)中所用鉆芯修正法的原理，其中鉆芯修正回彈法主要包括修正量法和修正系數(shù)法兩種形式。

5.1 修正量法

修正量法是采用芯樣樣本強(qiáng)度和回彈樣本強(qiáng)度之差，修正后混凝土推定強(qiáng)度等于回彈樣本的檢測(cè)強(qiáng)度加上修正量。具體修正公式見(jiàn)式（1）：

5.2 修正系數(shù)法

修正系數(shù)法是采用芯樣樣本參數(shù)與回彈樣本參數(shù)的比值而得到的修正系數(shù)，修正系數(shù)乘以回彈樣本檢測(cè)強(qiáng)度等于修正后混凝土強(qiáng)度。具體修正公式見(jiàn)式（2）：

5.3 修正量法和修正系數(shù)法對(duì)比分析

從數(shù)學(xué)方面來(lái)講，兩種修正方法區(qū)別在于，修正量法是對(duì)回彈強(qiáng)度測(cè)強(qiáng)曲線截距進(jìn)行修正，曲線斜率未改變。修正系數(shù)法不僅對(duì)截距進(jìn)行修正，測(cè)強(qiáng)曲線斜率也隨之改變。實(shí)際工程中，宜采用修正量法，修正過(guò)程中，鉆芯法并未對(duì)檢測(cè)樣本標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行檢驗(yàn)，僅對(duì)平均值進(jìn)行了對(duì)比修正，所以修正也僅針對(duì)平均值，但總體修正量法有限制，修正方法的選用與所取芯樣換算強(qiáng)度樣本平均值有關(guān)，當(dāng)采用總體修正量法時(shí)，芯樣抗壓強(qiáng)度均值應(yīng)滿足式（1）～（2）推定區(qū)間，推定區(qū)間置信度為 0.90（錯(cuò)判、漏判率均為 0.05），且推定區(qū)間上下限值差不宜大于相鄰混凝土等級(jí)差值和推定區(qū)間上下限值平均值的 10 % 兩值中較大值［4］。

式中：m為芯樣抗壓強(qiáng)度樣本平均值，精確至 0.1 MPa；k為推定系數(shù)；s為樣本標(biāo)準(zhǔn)差，精確至 0.1 MPa；μ1、μ2為均值（0.5 分位值）μ推定區(qū)間上下限值。

對(duì)比各種修正方法中，宜優(yōu)先選用總體修正量法進(jìn)行修正，總體修正量法具體公式見(jiàn)式（5）、式（6）：

依據(jù) GB/T 50344－2019《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》有關(guān)規(guī)定，當(dāng)鉆芯修正法不能滿足總體修正量的方法時(shí)，可采取修正系數(shù)法進(jìn)行修正，此時(shí)，所取直徑為 100 mm 的混凝土芯樣數(shù)量不少于 6 個(gè)，當(dāng)工程實(shí)際中鉆取直徑為 100 mm 的混凝土芯樣較為困難時(shí)，可鉆取直徑≥70 mm 芯樣樣本，且數(shù)量不應(yīng)少于 9 個(gè)。修正系數(shù)法具體公式見(jiàn)式（7）：

6 實(shí)例計(jì)算

以表 1 所列工程為例，采用修正量法和修正系數(shù)法進(jìn)行模擬鉆芯修正回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度。

6.1 修正量法

芯樣樣本抗壓強(qiáng)度平均值m為 38.4 MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為1.25 MPa。

μ1=m+ks=38.4+0.67×1.25=38.4（MPa）

μ2=m-ks=38.4-0.67×1.25=37.6（MPa）

μ1-μ2=38.4-37.6=0.8（MPa）

0.8 M Pa＜5 M Pa，0.8 M Pa＜38.4 M Pa×0.1=3.84 MPa，因此，此工程適合總體修正量法。

修正量 Δtot=f ccor，m-f ccor，m0=38.4-29.9=8.5（MPa），經(jīng)計(jì)算，該工程修正后混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度 C35 的要求，具體混凝土強(qiáng)度換算值如表 3、表 4 所示。

表3 修正量法測(cè)區(qū)換算強(qiáng)度值

表4 修正量法檢驗(yàn)批混凝土強(qiáng)度

6.2 修正系數(shù)法

每個(gè)構(gòu)件選擇兩個(gè)區(qū)，并在這兩對(duì)應(yīng)回彈區(qū)域進(jìn)行鉆取芯樣樣本，測(cè)區(qū)強(qiáng)度推定値應(yīng)乘以修正系數(shù)，經(jīng)計(jì)算，該工程修正系數(shù)為 1.21，修正后混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度 C35 的設(shè)計(jì)要求。修正系數(shù)、測(cè)區(qū)強(qiáng)度推定値、檢驗(yàn)批混凝土強(qiáng)度如表 5～表 7 所示。

表5 修正系數(shù)計(jì)算

表6 修正系數(shù)法測(cè)區(qū)換算強(qiáng)度值

表7 修正系數(shù)法檢驗(yàn)批混凝土強(qiáng)度

7 結(jié)語(yǔ)

本文首先介紹了回彈法和鉆芯法兩種檢測(cè)混凝土強(qiáng)度方法，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行闡述，然后引出鉆芯修正回彈法，著重介紹鉆芯修正回彈法的兩種方法，并對(duì)計(jì)算程序進(jìn)行了闡述。最后通過(guò)工程實(shí)例，采用修正量法和修正系數(shù)法對(duì)同一批混凝土強(qiáng)度進(jìn)行修正對(duì)比，可以得出，兩種修正方法修正后強(qiáng)度平均值及推定值基本接近，兩種方法修正后的混凝土強(qiáng)度均值與芯樣樣本均值不相同，但修正量法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差無(wú)影響，這表明鉆芯修正回彈法既保留了回彈法反映混凝土檢驗(yàn)批質(zhì)量均勻情況，又掌握了混凝土實(shí)際強(qiáng)度。修正系數(shù)法改變了標(biāo)準(zhǔn)差，在實(shí)際工程中，建議優(yōu)先使用修正量法，當(dāng)修正量法不適用時(shí)可再考慮使用修正系數(shù)法。鉆芯修正回彈法結(jié)合了回彈法和鉆芯法的優(yōu)勢(shì)，既利用了回彈法大量測(cè)量而不損傷結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，又利用了測(cè)區(qū)直接取芯提高檢測(cè)精度的特點(diǎn)，為工程實(shí)際提供了參考。Q