回彈儀型號對檢測水工全級配混凝土抗壓強度影響研究

于桓飛，武利強，葉 飛，錢 虹

(1.浙江省水利河口研究院(浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計研究院)，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，浙江 杭州 310020；3.浙江省水利水電工程質(zhì)量與安全管理中心，浙江 杭州 310017；4. 浙江錢塘江海塘物業(yè)管理有限公司，浙江 杭州 310051)

0 引 言

回彈法是檢測混凝土抗壓強度的一種無損檢測方法，20世紀60年代引入我國，第1部回彈法規(guī)范為JGJ 23—1985《回彈法評定混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》，至今已進行了3次修訂，最新版本為JGJ/T 23—2011《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》[1]。另外，JGJ/T 294—2013《高強混凝土強度檢測技術(shù)規(guī)程》[2]及各種地區(qū)、專用測強曲線[3-5]陸續(xù)出臺，大大增強了回彈法的應(yīng)用范圍和檢測精度。然而，上述成果多為中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主持編制或修訂，主要針對房建、市政、交通等混凝土結(jié)構(gòu)，水工混凝土(尤其是全級配大壩混凝土)方面的研究成果較少，SL/T 352—2020《水工混凝土試驗規(guī)程》[6]規(guī)定：“對于混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件厚度<600 mm，宜選中型回彈儀；對于混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件厚度≥600 mm或骨料粒徑≥40 mm，宜選重型回彈儀”。“宜”字非強制，而是推薦，因此不同人員采用的回彈儀型號可能也不同，但不同型號的回彈儀檢測結(jié)果差異如何，目前尚未有相關(guān)研究成果。本文以在建的2個混凝土壩為研究對象，分別采用中型回彈儀和重型回彈儀進行大壩混凝土回彈試驗，分析回彈儀型號對混凝土抗壓強度檢測結(jié)果的影響，為工程檢測人員提供參考。

1 回彈儀技術(shù)參數(shù)

SL/T 352—2020《水工混凝土試驗規(guī)程》中的回彈儀型號有2種，分別為中型回彈儀和重型回彈儀，2種回彈儀的實物見圖1，參數(shù)見表1。

表1 不同型號回彈儀參數(shù)

2 回彈法檢測混凝土強度原理

回彈法檢測混凝土抗壓強度的基本原理為通過測定混凝土表面硬度，結(jié)合測強曲線(即抗壓強度與硬度之間的換算關(guān)系)，考慮抗壓強度保證率后，推定出混凝土抗壓強度，具體原理及檢測流程見圖2。

2種回彈儀的測強曲線公式分別為

(1)

重型回彈儀fccN0=7.7e0.04mN

(2)

式中，fccN0為測區(qū)混凝土抗壓強度，MPa；mN為測區(qū)平均回彈值。

3 回彈結(jié)果分析

3.1 回彈值比較

同時采用中型回彈儀和重型回彈儀對大壩同一部位混凝土進行回彈檢測，回彈部位示意見圖3，回彈點保持一定距離，避免相互干擾，現(xiàn)場試驗見圖4，共進行6組回彈試驗，每個測區(qū)不同型號回彈儀的平均回彈值對比見圖5。圖5中的虛線為中型回彈儀和重型回彈儀的回彈值相等的臨界線，由圖5可知，中型回彈儀的回彈值要大于重型回彈儀的回彈值。

3.2 測區(qū)換算強度比較

將每個測區(qū)平均回彈值分別代入式(1)、式(2)即可得到測區(qū)的混凝土抗壓強度，見圖6。由圖6可知，當抗壓強度較低時，重型回彈儀得到的抗壓強度值高于中型回彈儀；當抗壓強度較高時，規(guī)律反之。圖7給出了兩種回彈儀對應(yīng)的測強曲線，2種回彈儀的測強曲線出現(xiàn)交點，令式(1)=式(2)，則對應(yīng)的回彈值為34，相應(yīng)的抗壓強度為30 MPa。當混凝土抗壓強度<30 MPa時，同一回彈值，重型回彈儀得到的抗壓強度高于中型回彈儀；當混凝土抗壓強度>30 MPa時，重型回彈儀得到的抗壓強度則小于中型回彈儀，這就解釋了圖6中不同混凝土抗壓強度大小規(guī)律不同的現(xiàn)象。

3.3 抗壓強度平均值、標準差及變異系數(shù)比較

抗壓強度平均值、標準差及變異系數(shù)計算結(jié)果見表2，不同型號回彈儀對比見圖8。由圖8a可知，當混凝土抗壓強度<30 MPa時，中型回彈儀和重型回彈儀測得的構(gòu)件抗壓強度平均值差別較小，范圍在-0.4%～7.6%之間；當混凝土抗壓強度>30 MPa時，中型回彈儀測得的構(gòu)件抗壓強度平均值要遠大于重型回彈儀，差別分別為26.7%和29.0%，2個工程的混凝土設(shè)計強度均為C20，可以推測中型回彈儀的結(jié)果高估了混凝土的實際強度。圖8b和圖8c分別給出了2種回彈儀測得的標準差和變異系數(shù)對比結(jié)果，由圖8b、8c可知，總體上，中型回彈儀測得的標準差和變異系數(shù)要大于重型回彈儀，這可能和回彈儀型號有關(guān)。重型回彈儀標稱動能遠大于中型回彈儀，因此能夠反映更厚深度內(nèi)的混凝土抗壓強度情況，相比之下，中型回彈儀能量小，僅能反映表層混凝土抗壓強度，因此混凝土表觀質(zhì)量好壞對檢測結(jié)果有較大影響，氣孔、骨料、小缺陷等均可能引起較大的離散性，從而使標準差和變異系數(shù)增大。

表2 不同型號回彈儀檢測大壩混凝土抗壓強度的計算結(jié)果

3.4 構(gòu)件混凝土抗壓強度推定值比較

對于10個測區(qū)的構(gòu)件，混凝土抗壓強度推定值與平均值、標準差和強度保證率有關(guān)，當測區(qū)小于10個時，構(gòu)件抗壓強度推定值取測區(qū)強度最小值，構(gòu)件抗壓強度推定值計算結(jié)果見表2，中型回彈儀和重型回彈儀檢測結(jié)果對比見圖9。總體上，和圖8a中抗壓強度平均值的規(guī)律是相似的，即混凝土抗壓強度<30 MPa時，二者差別較小，混凝土抗壓強度>30 MPa時，中型回彈儀檢測結(jié)果要遠大于重型回彈儀。

4 結(jié) 論

(1)對于同一部位，重型回彈儀的回彈值要小于中型回彈儀。從測強曲線看，同一回彈值，當混凝土抗壓強度<30 MPa時，重型回彈儀測定的抗壓強度要大于中型回彈儀；當混凝土抗壓強度>30 MPa時，重型回彈儀測定的抗壓強度小于中型回彈儀。

(2)重型回彈儀測得的抗壓強度標準差和變異系數(shù)小于中型回彈儀，這可能和重型回彈儀標稱動能大，彈擊深度深，混凝土表面的氣孔、骨料、小缺陷對其影響較小有關(guān)，從這個角度看，重型回彈儀檢測結(jié)果代表性更好。

(3)對于混凝土抗壓強度<30 MPa的情況，同一混凝土結(jié)構(gòu)部位，重型回彈儀的回彈值小于中型回彈儀，但同一回彈值換算的抗壓強度則大于中型回彈儀，因此，這兩種效應(yīng)會一定程度抵消，最終的抗壓強度值二者差別較小；對于混凝土抗壓強度>30 MPa時，重型回彈儀回彈值小于中型回彈儀，同一回彈值換算的強度也小于中型回彈儀，因此兩種效應(yīng)疊加，導(dǎo)致最終的抗壓強度值差別較大。

(4)SL/T 352—2020《水工混凝土試驗規(guī)程》建議，當混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件厚度≥600mm或骨料粒徑≥40mm時，宜選重型回彈儀，但沒有禁止采用中型回彈儀。本文研究表明，當混凝土抗壓強度較低(<30MPa)時，采用2種型號回彈儀檢測結(jié)果差別不大，但當混凝土抗壓強度較高時，二者檢測結(jié)果將有較大差異，應(yīng)引起工程人員重視。