基于回彈法的水利工程混凝土檢測方法

王 靜，魏玉升，趙 晉

（山東省水利工程試驗中心有限公司,山東 濟南 250220）

0 引言

混凝土作為一種常見材料大量應用于水利工程中[1]。由于混凝土表面硬度較高,抗壓能力較強,一般方法對于混凝土的抗壓評價指標的檢測能力比較片面[2]。而回彈法檢測混凝土質量強度時,具有輕便快捷、成本較小、檢測全面等優勢,逐漸成為混凝土檢測中最廣泛的檢測方法。因此,本文提出基于回彈法的水利工程混凝土檢測方法,確保混凝土的表面干度在合適范圍之內。與其他方法相比,此方法可以在不破壞混凝土內部構造的同時,將檢測精度最大化。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

采用150 mm×150 mm×150 mm 的立方體混凝土試塊,表面積較大,強度等級在C15～C60 的范圍內,實際強度在25 MPa～98.5 MPa 范圍內,根據水利工程的實際應用情況,將混凝土強度的富余系數控制在0.1 之內,初始坍落度范圍為150 mm～210 mm,其中攪拌物含水量不能超過5%[3]。水泥、細骨料、外加劑、摻合料、水等材料均符合國家相關標準,部分材料指標見表1。

表1 部分材料指標

如表1 所示,混凝土試塊的強度在C15～C60 范圍內,水泥型號為PO52.5 等級；粗骨料為石子,粒徑為5 mm～25 mm,細骨料為砂徑小于2.5 mm 的碎石；將水與膠混合形成水膠混合物即為水膠比；選用礦粉、硅粉作為本次試驗的摻合料；添加減水劑和某地采集的飲用水作為試驗的其他材料[4]。

1.2 試件制作

根據回彈法檢測方法的相關規定,水泥的性能指標見表2。

表2 水泥性能指標

如表2 所示,本次試驗用的水泥細度、初-終凝結時間、抗壓強度、抗折強度均在標準范圍內。細骨料的中砂表面密度ρ為2.700 kg/m3,設置標準Wc為70%,將細度模數設置為3.0,此時,Wc即轉化為Wc1,在標準范圍內。石子的表面密度ρ為2.719 kg/m3,堆積密度ρ為1.63 kg/m3,空隙為0.4,Wc為30%,Wc1為10%,壓碎值為10.8%[5]。摻合料中的礦粉指標見表3。

表3 礦粉指標

如表3 所示,礦粉指標實測值均在標準值的范圍內,通過以上指標,制作出150 mm 的正方體標準混凝土試塊共336塊,試件制作見表4。

表4 試件制作表 單位：塊

如表4 所示,強度相同的混凝土試件采用同一種混凝土制作方式,在模板中裝勻并振動成形,混凝土試件制作見圖1。

圖1 混凝土試件

如圖1 所示,成形的試塊與水利工程現場施工、養護條件一致,對試塊作出標號,標養拆模后,試塊的底面朝下,4個側面均暴露在空氣中,但是要采取一定措施,防止暴曬或雨淋,在自然養護14 天后試壓[6]。

1.3 試驗方法

首先,利用回彈儀對混凝土的回彈值進行測定。首先,對回彈儀進行率定試驗,將鋼砧放在混凝土表面,保證混凝土的表面干凈,避免表面油污、灰塵對強度檢測產生影響,測點應避開氣孔或外露粗骨料,彈擊時,回彈儀的軸線應垂直于結構或構件的混凝土表面,緩慢均勻施壓,不宜用力過猛或突然沖擊；記錄回彈儀的穩定回彈值時,對試塊進行預應力控制,使壓力載荷控制為120 kN～160 kN[7]。此外,混凝土試塊的兩個側面也需要測定,每個側面布置8 個測試點,共16 個回彈值, 各個測試點到混凝土試塊邊緣的距離在30 mm 左右,在布設測試點時,避開混凝土骨料氣泡處,防止氣泡對回彈值產生影響[8]。此時,計算回彈平均值,從測區的16 個回彈值中去除3 個最大和3 個最小值,對剩余10 個回彈值進行平均計算,計算公式如下：

式中：Qm為平均回彈值；Qi為第i 個測試點的回彈值。

其次,測試試件的抗壓強度。在測試過程中,液壓式試驗機除了要滿足施壓機的常規要求以外,混凝土試件的破壞載荷在測力量程的20%～80%范圍內[9]。試塊的抗壓強度計算公式為：

式中：fu為試件的抗壓強度；F 為試件的破壞載荷；A 為混凝土試件的承受力。

在壓力測試后,得出混凝土試件的抗壓強度,進而利用酚酞指示劑深度測試混凝土的碳化程度[10]。回彈值測量完畢后,應在有代表性的測區上測量碳化深度值,測點數不應少于構件測區數的30%,應取其平均值作為該構件每個測區的碳化深度值。當碳化深度值極差大于2.0 mm 時,應在每一測區分別測量碳化深度值。采用工具在測區表面形成直徑約為15 mm 的孔洞,其深度應大于混凝土的碳化深度；清除孔洞中的粉末和碎屑,且不得用水擦洗；采用濃度為1%～2%的酚酞酒精溶液滴在孔洞內壁的邊緣處,當已碳化與未碳化界線清晰時,采用碳化深度測量儀測量已碳化與未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距離,并測量3 次,每次讀數精確至0.25 mm。并取三次測量的平均值作為檢測結果,并精確至0.5 mm。

最后,通過測定混凝土試件的回彈值、抗壓強度、碳化值,得出試驗數據見表5。

表5 試驗數據

如表5 所示,回彈值Qm的范圍在20 MPa～70 MPa,抗壓強度fu的范圍為＞60 MPa,同一批混凝土試件的抗壓強度與回彈值不是一個定值,經過多次試驗,回彈值與抗壓強度屬于正態分布[11]。由于此檢測方法中,觀察數值或記錄方面可能會存在誤差,導致與實際數值相差較大,本文將存在誤差的數值消除,消除后的回彈區間與強度區間見表6。

表6 消除離群值后的回彈區間與強度區間分布 單位：MPa

如表6 所示,誤差值也就是離群值,將離群值剔除后,剩余有效試件的回彈區間為28.2 MPa～68.5 MPa,強度區間為

13.0 MPa～84.0 MPa。

2 試驗結果

基于回彈法的水利工程混凝土檢測方法,在檢測過程中往往會因為觀察數值、記錄數值,以及計算數值的失誤而導致最終結果的偏差,除消除離群值的方法以外,回歸分析法是操作更加便捷的消除誤差方法,回歸分析法是根據統計的相關原理,在檢測混凝土時,設計自變量與因變量,在此基礎上,對統計到的數據進行數學處理,回歸方程的建立是回歸分析法的基本原理,不僅可以消除誤差值,還可以對其中某項指標進行預測,本文根據兩種型號（HT266、HT1111）回彈儀對試驗中不同強度等級的混凝土試件作回彈測試,將所得數據進行回歸分析,通過建立線性模型,計算混凝土試件測試的平均誤差,公式如下：

式中：δ為抗壓強度平均誤差；為i 個試件的抗壓強度；n 為混凝土試件數；er為抗壓強度標準差。此時得出的兩種型號回歸方程式及誤差關系見表7。

表7 兩種型號的誤差關系

如表7 所示, Q、μ均為回歸方程中的相關系數,得出的型號HT266 的混凝土試件平均誤差δ為±7.7,抗壓強度標準差er為±10.9；型號為HT1111 的混凝土試件平均誤差δ為±5.2,抗壓強度標準差er為±7.2。本文對誤差結果進行擬合回歸,得出相關系數Q為0.0482 Qm1.8485；μ為0.1526 Qm1.5726。此時,本文設計的方法中抗壓強度實測值見表8。

表8 抗壓強度實測值

如表8 所示,本文設計的檢測方法實測值與計算標準值相差±0.001,誤差較小,符合本文研究目的。

3 結論

針對常規檢測方法中檢測效果比較片面的問題,提出基于回彈法的水利工程混凝土檢測方法,利用現場實驗的實測數據,得出如下結論：

（1）基于回彈法的水利工程混凝土檢測方法精度較高,與計算標準值僅有0.001 的差距,實用價值較高。

（2）此方法操作簡單,輕便,檢測角度等原因對檢測效果的影響較小,可以對現場檢測環境提供幫助。