鉆芯修正回彈法在混凝土強度檢測中的應用研究

摘 要：針對回彈法檢測混凝土強度的局限性，本文提出鉆芯修正回彈法強度檢測方法，對控制混凝土質量具有現實意義。以某高層建筑為例，簡要闡述鉆芯修正回彈法在混凝土強度檢測的流程，從現場檢測、強度偏差分析、修正法分析、修正測強曲線、離群值檢驗5個方面出發，提出鉆芯修正法檢測技術應用措施，并開展混凝土修正強度曲線驗證，以期為相關工作者提供參考。

關鍵詞：混凝土；強度檢測；鉆芯修正回彈法

中圖分類號：TU 502 文獻標志碼：A

混凝土作為重要建筑材料，廣泛用于構筑物、建筑物工程中，實現建筑工程產品化。但是，混凝土施工中受到材料質量、離心、張拉、養護等工藝影響，出現混凝土破碎、斷裂等情況，影響施工質量。以往混凝土強度檢測多采用回彈法，利用回彈儀測定其表面硬度，推算混凝土強度，具有方法簡單、成本低廉、無損的優點。但是，回彈法存在局限，部分混凝土假性碳化、表面粗糙，內外質量不一，數據容易產生偏差。因此，混凝土強度檢測中，可采用鉆芯法修正回彈法結果，獲得準確強度數據。

1 鉆芯修正回彈法在混凝土強度檢測項目中的概況

以某高層建筑為例，由地下1層和地上26層構成，主體高度96m，裙房高4層，總建筑面積6.4萬m2，結構為框架—剪力墻，澆筑構件使用混凝土，設計50a使用年限。為掌握項目實體混凝土強度，按照《鉆芯法檢測混凝土強度技術規程（CECS 03—2007）》與《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程（JGJ/T 23—2011）》對混凝土構件進行抽樣檢測[1]。當采用回彈法檢測混凝固體時，為避免結果不準確，根據混凝土設計強度與生產工藝等級，將養護條件、原料、配合比基本一致、齡期接近分為一批檢測批，對混凝土構件進行合理分類，隨機抽樣編號。每批檢測構建嚴格按照標準要求，結合抽中構件表面確定回彈區，現場完成回彈檢測，測得構件回彈值、碳化深度比。并結合回彈數據開展鉆芯取樣，鉆芯要求具備代表性，選取測區內進行鉆芯，每個鉆芯僅加工為1個試件，打磨芯樣并進行抗壓試驗。鉆芯構件抗壓試驗后，采用對比回彈法測試強度數值，選擇修正方法，確定修正系數，推定混凝土強度。

2 鉆芯修正回彈法在混凝土強度檢測中的應用

2.1 現場檢測技術

回彈檢測中，根據砼強度與表面硬度存在表面硬度大、砼強度高、回彈值高的關系，利用回彈儀彈擊砼表面，構建抗壓強度與回彈值校準關系，以回彈值推算抗壓強度。根據JGJ/T 23—2011規定，抽樣待檢構件需要滿足相同混凝土強度最小抽樣數量，且分布均勻，柱邊長≥300mm，梁高度≥300mm，板以板底為回彈面。抽中待檢構件后，測區處于澆筑混凝土側面，每個構件選擇2個對稱側面，設置5個測區，面積均是0.2m×0.2m，布置16個測點開展回彈檢測，以梁構件為例，測點布置如圖1所示。

板構件底部回彈，僅選擇1個側面，測區、測點及相應面積按梁構件布置；PTC管樁測量混凝土表面，利用大量回彈數據，保證結果可靠[2]。而在檢測中，保證混凝土表面是原漿面，平整清潔，禁止有浮漿、疏松層、油垢、蜂窩麻面及涂層等，將回彈儀軸線垂直于檢測面，緩慢施壓、讀數，迅速復位，精準讀數至1，測點間距＜20mm。而鉆芯檢測中，同等級混凝土強度修正，芯樣數量≥6個，按照CECS 03—2007規定，芯樣鉆取直徑70mm，尺寸是3倍混凝土骨料粒徑，試件高度、直徑比值為0.95～1.05，按現行行業標準加工，切割打磨。再用鼓風機清除碎屑、粉末，利用1.5%酚酞酒精滴入孔洞內壁，以游標卡尺（精度0.02mm）測量顏色變化舉例，取平均值確定混凝土碳化值，獲得最終芯樣[3]。該檢測中，芯樣編號與回彈編號對應，便于數據回歸與建立模型，開展抗壓強度試驗。

2.2 測強曲線適應性

在混凝土施工中，多數采取泵送混凝土方法，利用壓力泵、管帶直接澆筑混凝土，具有改善施工性能、施工速度快的特點。該項目回彈法檢測中，結合非泵送與泵送強度換算值，如圖2所示。

相同碳化深度值與回彈值下，泵送混凝土強度推定高于非泵送，主要是泵送混凝土質量及穩定性高，性能保持良好。回彈法測強中，符合條件混凝土可采取全國規程（f=0.034488Rm1.940010-0.0173dm）測強曲線計算，要求控制強度誤差在±15%以內，相對標準差＜18.0%。該工程測強中，針對預留試塊開展鉆芯法、回彈法抗壓強度檢測，對比全國測強曲線強度值換算，見表1。

根據表1可知，統一測強曲線換算中，對比實測數據相對標準差＞18%，平均相對誤差＞±15%，強度誤差值較大，反應全國測強曲線在項目所在地適用存在局限性，特別是高強混凝土測強缺乏可行性，無法真實反映混凝土情況，即使經過檢測也不能直接得出結論，需要多方面判斷員工操作、材質特殊性等因素。可見，混凝土強度檢測需要采取鉆芯回彈法進行修正，得到準確強度檢測結果。

2.3 修正檢測方法

在混凝土強度檢測中，鉆芯修正有修正量法與修正系數法[4]。修正量法是利用芯樣樣本與回彈樣本強度差對強度進行修正，將回彈樣本強度與修正強度相加，確定混凝土強度。該方法多用于測量場景，不限于坐標增量、角度、高差測量等，需要綜合考慮實測值、儀器誤差、測量方法等方面的影響，校正誤差，提高數據可靠性。而修正系數法則利用芯樣樣本與回彈樣本強度比值來獲得修正系數，與回彈樣本強度相乘獲得混凝土強度，通過修正標準立方體抗壓強度獲得準確強度指標。以數學為例，修正量法是修正回彈法測強曲線截距，未改變曲線斜率；修正系數法則修正截距與測強曲線斜率，精準度更高。該工程在混凝土強度檢測中采取修正系數法。

2.4 修正測強曲線

修正測強曲線通過常規材料試驗與標準方法得出，能夠反映混凝土試塊與強度讀數之間的關系，利用修正趨勢線，編制混凝土強度推定值。混凝土構件強度檢測中，考慮鉆芯與回彈值差異，根據試驗結果統計測強曲線，對回彈檢測進行修正，對有疑慮的混凝土強度均采取鉆芯修正系數。該項目中，采取一元二次函數回歸方程，以構件強度數據即最小二乘法，獲得回歸方程如下：y=-0.055x2+8.2928x-206.92，對其進行顯著性檢驗，P＜0.05（P為方程整體顯著性），線形關系顯著。將鉆芯取樣結果代入回歸測強曲線，得出取樣強度比值，見表2。

取50個構件強度參數，比值相對平均值為1.072，相對標準差為0.1696，平均相對誤差為0.11904。而相對平均值是鉆芯混凝土強度與回歸強度比值的平均值。由此可知，以一元二次回歸曲線，對混凝土強度推定相比鉆芯法強度低7.2%，根據比值相對平均值1.072確定修正系數為1.072，則修正測強曲線可將其與回歸方程相關聯，如公式（1）所示。

y=1.072（-0.055x2+8.2928x-206.92）

=-0.0616x2+8.8898x-221.82 （1）

將回彈檢測值代入修正測強曲線，獲得強度換算值，比較芯樣數值見表3。

根據表2數據可知，相對平均值為1，兩者強度平均相等；相對標準差為14.3%，平均相對誤差為10.6%。混凝土強度修正后，相對標準差、平均相對誤差減小，相對平均值接近1，均在規定測強曲線指標相對標準差≤17%、平均相對誤差≤±14%內，符合混凝土強度檢測要求。

2.5 離群值檢驗技術

該工程混凝土強度檢測鉆芯修正中，由于鉆芯法與回彈法存在較大差異，因襲修正個別數據偏差存疑，需要開展離群值檢驗[5]。工程采取格拉布斯檢驗法，判定混凝土檢測離群值，計算中假定n個芯樣試件，單個芯樣檢測強度與測區混凝土強度偏差δi排列，即（δ1，δ2，δ3，…，δn-1，δn），計算樣本標準差、平均值及最小/最大可疑值，如公式（2）～公式（5）所示。

（2）

（3）

Gn=（δn-Δ）/ΔS （4）

Gn'=（Δ-δ1）/ΔS （5）

式中：ΔS為標準偏差；Δ為平均值；Gn為最大可疑值；Gn'為最小可疑值。

設定檢出水平為5%，剔除水平為1%，根據雙側檢驗，檢出水平臨界值G0.975，剔除水平臨界值G0.995，結合格拉布斯臨界值表，確定n個芯樣試驗情況。當Gn＞Gn'，GnG0.975，判定離群值為δn，反之，無離群值；當Gn'＞Gn，Gn'G0.975，判定離群值為δ1相反，無離群值；當Gn＞Gn'，GnG0.995，判定統計離群值是δn，考慮剔除；當Gn'＞Gn，Gn'G0.995，判定統計離群值是δ1，考慮剔除，以此保證數據科學性與客觀性。

3 鉆芯修正回彈法在混凝土強度檢測中的應用結果分析

3.1 結果驗證

該工程以PTC管樁為例，以獲得修正系數、測強曲線驗證PTC管樁強度，結果見表4。以此計算，修正前相對平均值為1.175，平均相對誤差為0.183，相對標準差為0.215；修正后相對平均值為1.096，平均相對誤差為0.116，相對標準差為0.151。修正后數據相對標準差與相對誤差大幅度減小，修正平均值接近1，修正測強曲線可提高混凝土強度檢測準確度。

3.2 技術建議

該工程中，相同混凝土構件采取鉆芯法與回彈法檢測混凝土強度，產生離群值，原因在于項目趕工期，澆筑混凝土構件拆模較快，未能有效養護，表面散失水分過快，水泥膠等材料反應不充分，導致內外質量較大差異，回彈數值較低[6]。部分泵送混凝土用水量不均，增大混凝土坍落度，僅依賴自身流淌充滿模板，增加了混凝土表面浮漿，加大碳化深度值，降低回彈值，表面密實度不足。

工程混凝土模板以膠合板為主，周轉頻率較高，受到多種損傷，未能及時維護模板表面，降低混凝土澆筑質量，回彈值偏低[7]。泵送混凝土礦粉、粉煤灰摻合料添加過多，前期混凝土強度低，回彈值小。而以鉆芯法修正回彈法能夠將混凝土強度真實反映出來，應當結合實際情況合理應用該檢測方法，并提出以下建議。1）在混凝土構件強度檢測中，應保證構件質地均勻、表面平整，如果表層存在異物，且硬度較高，需要將其清理干凈后再進行檢測。2）鉆芯修正回彈法前期以回彈法測量，要求每位操作人員掌握操作技巧、儀器使用方法等，具備較強責任感與嚴謹態度。后期結合回彈值推定混凝土強度，需要嚴格限制數據離散性，保證數據可靠、真實、有效。3）碳化深度對混凝土表層硬度存在影響，回彈檢測中，結合回彈值對混凝固體強度進行推定，應當綜合考慮混凝土碳化影響，優化修正系數，保證碳化深度測量準確性。4）鉆芯修正中，保證鉆芯取芯部位是根據混凝土構件回彈測區確定的，選擇回彈最小平均值測區，按照規范處理樣芯，兩端打磨平整，以免減少受壓面積，盲目得出結論，需要綜合考量判斷強度，確保結果準確有效。5）強度檢測修正結果需要多次驗證，選用工程不同混凝土部件開展檢測，確定修正平均值約為1。

4 結語

綜上所述，混凝土強度檢測回彈法存在局限性，容易受到施工工藝、原材料等影響，無法保證檢測結果準確性，需要以鉆芯法修正，為混凝土施工提供指導。通過分析某高層建筑混凝土強度檢測方法，應明確鉆芯修正回彈法需要根據實際工程情況制定檢測流程，嚴格按照流程操作，做好現場檢測與離群值檢驗，結合工程選擇恰當修正方法，確定修正測強曲線。以此開展修正強度曲線驗證，表明修正后數據相對標準差與相對誤差大幅度減小，修正平均值接近1，修正測強曲線可提高混凝土強度檢測準確度。

參考文獻

[1]楊仁海.建筑混凝土材料強度檢測的技術分析[J].中國新技術新產品，2022（9）：128-130.

[2]趙銀栓，楊全兵，張宗盛，等.基于回彈法檢測混凝土多孔磚抗壓強度換算值修正方法的研究[J].建筑結構，2023，53（21）：118-121.

[3]施鵬.超聲回彈綜合法及鉆芯修正在混凝土強度檢測中的應用[J].科學技術創新，2023（10）：122-125.

[4]文潔.憎水涂層混凝土對冰附著強度測試及性能研究[J].中國新技術新產品，2023（18）：100-102.

[5]賴林峰.關于回彈法檢測批量構件混凝土抗壓強度過程中鉆芯修正方法的討論[J].福建建設科技，2023（2）：65-66，84.

[6]畢琛琛，丁昕.纖維種類和長度對混凝土力學強度和耐久性能的影響研究[J].中國新技術新產品，2023（9）：81-83.

[7]宋慧敏，何先治，聶洪遠.回彈法檢測混凝土強度專用測強曲線試驗分析[J].人民黃河，2022，44（增刊1）：218-219.