回彈法檢測技術(shù)在混凝土強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用分析

閆冬冬

（中鐵建大橋工程局集團(tuán)第五工程有限公司，四川 成都 610500）

0 引言

混凝土強(qiáng)度作為建筑工程結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基礎(chǔ)，屬于工程中涉及安全的重點控制指標(biāo)，是工程建設(shè)過程中需要多次、反復(fù)檢測的內(nèi)容。在實際工程中，混凝土強(qiáng)度檢測方法多樣，最常用的是回彈法和鉆芯法。鉆芯法具有一定的破壞性，操作也相對復(fù)雜，需要對特定位置進(jìn)行有限數(shù)量的抽樣，屬于建設(shè)單位工程驗收或重點項目的驗收方法，其優(yōu)勢是檢測直觀、精確度高。而回彈法的優(yōu)勢和缺陷與鉆芯法恰恰相反，如操作便捷、速度快，適合于大面積普遍性的檢驗，但檢測準(zhǔn)確度稍差。在施工現(xiàn)場，施工單位多采用回彈法。對回彈法的研究，重點是圍繞提高其檢測數(shù)據(jù)的精確度控制和數(shù)據(jù)應(yīng)用問題。本文從分析回彈法檢測技術(shù)原理及適用范圍出發(fā)，結(jié)合某地鐵車站主體結(jié)構(gòu)施工，探討回彈法檢測技術(shù)在混凝土強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用及效果。

1 回彈法檢測原理及適用范圍

1.1 檢測原理

回彈法檢測混凝土強(qiáng)度的基本原理是以剛性體敲擊混凝土表面，形成回彈距離，通過回彈距離與混凝土硬度之間的關(guān)系推算出混凝土強(qiáng)度，實際過程是以回彈儀反復(fù)敲擊，以及通過回彈距離公式計算實現(xiàn)。

在實際運用中，其原理計算見公式（1）：

式中，左邊的E代表彈擊桿敲擊的能量，對混凝土檢測試塊做功后，其能量反應(yīng)在式右的幾項中，包括混凝土塑性變形做功E1，彈性變形做功E2，儀器操作中指針、敲擊摩擦做功E3，敲擊錘運動過程中受空氣阻力做功E4，塑性變形自然回落損耗做功E5，混凝土試件顫動消耗做功E6。

一般情況下，E3～E6可忽略不計，在混凝土性質(zhì)不變的條件下，彈性變形做功E2為固定值。為此，只考慮塑性變形做功E1即可。而塑性變形的結(jié)果就是以塑性變形吸收做功，導(dǎo)致回彈距離的減小。為此，設(shè)敲擊距離為L，反彈距離為L′，推出公式（2）[1]：

式中，R為回彈值，其值與反彈距離L′成正比。因此，在敲擊錘反復(fù)敲擊之下，如果混凝土強(qiáng)度較低，則塑性變形較大，其做功E1較大，則彈性變形距離L′較小，回彈值R也就較小，意味著混凝土強(qiáng)度較低。

1.2 適用范圍

由回彈法的原理可知，回彈儀通過敲擊混凝土試塊形成回彈值，進(jìn)而得到強(qiáng)度。顯然，該強(qiáng)度代表的是混凝土表面強(qiáng)度。但在工程實際中，要求混凝土強(qiáng)度數(shù)據(jù)是指試塊的內(nèi)部強(qiáng)度，或者是整體強(qiáng)度。因此，回彈法測試表面強(qiáng)度，要能表征混凝土的整體強(qiáng)度。

一般而言，對于較長期暴露的混凝土，其強(qiáng)度測試不適合用回彈法。例如，老舊建筑物的混凝土強(qiáng)度檢測，由于混凝土表面受環(huán)境影響老化十分嚴(yán)重，其強(qiáng)度更多地體現(xiàn)在內(nèi)部。因此，回彈法難以準(zhǔn)確測試。對于混凝土養(yǎng)護(hù)時間不足的情況，其內(nèi)部和外部強(qiáng)度正在發(fā)展中，化合作用均勻度有可能不一致，回彈法同樣不夠準(zhǔn)確。所以，回彈法只能適用于達(dá)到固定養(yǎng)護(hù)周期的混凝土構(gòu)件。

在施工現(xiàn)場，施工單位應(yīng)用回彈法主要是驗證性檢測，即主體結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)完畢后進(jìn)行檢測，同時，也是驗證商砼質(zhì)量優(yōu)劣的方法。

2 提高回彈法檢測結(jié)果準(zhǔn)確度的措施

從回彈法的使用原理和適用范圍來看，提高其測量結(jié)果的準(zhǔn)確度是關(guān)鍵，其實現(xiàn)途徑包括：確保混凝土試塊內(nèi)部和表面強(qiáng)度的一致性，確保整體強(qiáng)度的均勻性。這必須從被測試混凝土施工工藝和強(qiáng)度檢測操作技術(shù)兩方面著手。

2.1 被測試混凝土的施工工藝控制

2.1.1 混凝土預(yù)制

混凝土攪拌、振搗是保證混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其作用主要是保證混凝土拌合的均勻性和密實度，從而確保混凝土內(nèi)、外部或各處的強(qiáng)度的一致性。通過有關(guān)試驗數(shù)據(jù)資料，對于相同牌號的混凝土，機(jī)械拌合與人工拌合其強(qiáng)度相差較大，顯然機(jī)械攪拌更加均勻，尤其是大體量澆筑。而振搗方面，則與成型要求有關(guān)，薄層混凝土使用平板搗振器，深層混凝土則使用棒式搗振器。在保證搗振充分的情況下，搗振方式對強(qiáng)度影響不大[2]。基于上述研究，為了保證混凝土構(gòu)件各處強(qiáng)度的均勻性，應(yīng)該采取機(jī)械攪拌，并采取適當(dāng)?shù)膿v振操作形式。

2.1.2 混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)是混凝土結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量的關(guān)鍵，同時對混凝土的強(qiáng)度均勻性有很大影響。一方面，是養(yǎng)護(hù)期的脫模過程，由于脫模劑使用過量或脫模劑質(zhì)量不過關(guān)，與混凝土表面形成稀釋作用，造成混凝土表面呈堿性，進(jìn)而碳化值過高；另一方面，養(yǎng)護(hù)期養(yǎng)護(hù)工藝質(zhì)量差，使得混凝土表面存在粉化、泡漿、麻面等情況，造成強(qiáng)度質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。不同的養(yǎng)護(hù)方法對混凝土強(qiáng)度同樣有影響。例如，自然養(yǎng)護(hù)較灑水養(yǎng)護(hù)，其強(qiáng)度檢測更適用于回彈法檢測，而蒸壓養(yǎng)護(hù)則不適用于回彈法檢測。這是因為，潮濕程度更大的蒸壓養(yǎng)護(hù)會使得混凝土強(qiáng)度較正常情況更低，而自然養(yǎng)護(hù)則更加符合混凝土內(nèi)部水化反應(yīng)過程，不僅使得混凝土成型質(zhì)量好，而且其強(qiáng)度和均勻性更高。

2.2 回彈法檢測操作控制

2.2.1 檢測環(huán)境控制

使用回彈法對混凝土試件進(jìn)行強(qiáng)度檢測，必須按照有關(guān)規(guī)程規(guī)定，溫度在-4～38℃之間，且不應(yīng)有較大的粉塵等。試驗表明，在-10℃和40℃環(huán)境中分別進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測[3]，其數(shù)據(jù)存在一定的差異性，且無效數(shù)據(jù)增多。這不僅是溫度對儀器操作所產(chǎn)生的影響，對混凝土表面的性狀也產(chǎn)生了一定的影響。為此，要選擇適宜的環(huán)境進(jìn)行回彈法強(qiáng)度檢測。

2.2.2 碳化深度檢測

碳化是混凝土的一種化學(xué)腐蝕作用，由于混凝土在制備、養(yǎng)護(hù)全過程中其水泥主要成分碳酸鹽會參與水化反應(yīng)。而通過混凝土外部孔隙，或振搗、攪拌時的拌合作用，會有少量的CO2吸入與之發(fā)生反應(yīng)，俗稱碳化。碳化對不同混凝土的作用優(yōu)劣不一，但對于混凝土的表面強(qiáng)度有影響，會造成內(nèi)外部強(qiáng)度的不一致。為此，在檢測時，要測量碳化深度，從而將其代入最終的強(qiáng)度計算之中。為此，一方面要嚴(yán)格執(zhí)行操作標(biāo)準(zhǔn)，確保混凝土試塊表面深度及清理工作，另一方面加強(qiáng)檢測技術(shù)人員的業(yè)務(wù)能力，對試驗過程和原料制備嚴(yán)格要求。

2.2.3 檢測操作控制

檢測操作過程直接影響到檢測數(shù)據(jù)的誤差。主要是對試品準(zhǔn)備、儀器設(shè)備、操作方法等方面的控制。

試品準(zhǔn)備。一方面要做好混凝土試塊的表面清理，由于混凝土表面不平整情況會導(dǎo)致回彈數(shù)據(jù)發(fā)生較大偏差，需要使用磨刀石或其他工具將混凝土表面磨平，對于表面存在蜂窩、麻面情況的，則判定為廢棄試品[4]；另一方面對潮濕混凝土必須進(jìn)行干燥處理，由于潮濕環(huán)境會對混凝土表面的硬度產(chǎn)生一定的影響，使得內(nèi)外部強(qiáng)度不一致，所以，對于潮濕混凝土試塊，要先烘干，并保持均勻性，方可進(jìn)行檢測試驗。

儀器設(shè)備。回彈儀型號眾多，作為一種測量儀器，其本身必須要求在準(zhǔn)確度檢定范圍內(nèi)，并具備檢定合格證書。條件允許的情況下，應(yīng)對其率定值進(jìn)行測試。例如：以鋼砧HRC60進(jìn)行測定，其率定值要控制在80±2為宜。

操作方法。一方面，使用回彈儀檢測，測點應(yīng)均勻分布，并考慮水平回彈的方向布置，使得試塊側(cè)面為檢測面。當(dāng)檢測面為澆筑面時，必須考慮引入回彈的平均值和修正值，防止檢測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。另一方面，檢測數(shù)據(jù)的分析記錄必須準(zhǔn)確，對于結(jié)果的驗算，在大型工程中，可通過鉆芯法進(jìn)行局部驗證。

3 回彈法檢測技術(shù)在混凝土強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用分析

3.1 工程概況

西安地鐵四號線雁南四路站（含）～大唐芙蓉園站（含），兩站一區(qū)間土建工程施工，由國內(nèi)某知名建筑施工單位總承包。其中，雁南四路站采用蓋挖法，主體結(jié)構(gòu)工程包含地下2層，換乘點3層；底板厚900/1000mm，中板厚400mm，頂板厚800mm，側(cè)墻厚700/800/900mm；鋼筋為HPB300、HRB400。

為確保施工質(zhì)量，工程質(zhì)量保證措施中，列明對混凝土采用回彈法進(jìn)行檢測，并配備壓力試驗機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證。

3.2 檢測過程

3.2.1 檢測準(zhǔn)備

（1）混凝土型號：主體結(jié)構(gòu)頂板、底板、內(nèi)襯墻、頂縱梁、底縱梁采用C40P8防水混凝土，其中換乘節(jié)點處底板及負(fù)三層側(cè)墻采用C40P10防水混凝土，中板、中板梁采用C40混凝土，柱采用C50混凝土。

（2）試驗儀器：壓力試驗機(jī)、混凝土抗?jié)B儀、坍落度筒、溫度計、回彈儀。

（3）制作試塊：混凝土運到現(xiàn)場時，控制溫度和時間，保證混凝土不發(fā)生離析，以及保證入模溫度適宜。現(xiàn)場使用坍落度筒進(jìn)行檢測，確保坍落度與型號報告一致，允許1～2cm誤差，超過者立即通知攪拌站調(diào)整，嚴(yán)禁在現(xiàn)場任意加水。按規(guī)定在現(xiàn)場制作試件，試件組數(shù)按合同文件中的《通用技術(shù)條件》和有關(guān)規(guī)范執(zhí)行，試件養(yǎng)護(hù)必須在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)池中進(jìn)行，分為C40/C50共計2組12塊，尺寸為150mm×150mm×150mm。

3.2.2 檢測步驟

（1）回彈值測量。

首先，將試塊置于壓力機(jī)承板上，并在80～90kN之間加壓。保持試塊壓力情況下，使用回彈儀進(jìn)行測量。其次，使用回彈儀撞擊試塊，分別在試塊水平方向相對兩面各敲擊8次，各次位置分布應(yīng)確保測點均勻（見圖1所示）。測量時，要保持沖擊線與試塊撞擊面相垂直。最后，讀取的16次回彈值中，要排除偶然因素，分別剔除偏差較大的3個最大值和3個最小值，取余下10個回彈值做平均數(shù)，即為該試塊平均回彈值R。

圖1 回彈法敲擊位置分布示意圖

（2）抗壓強(qiáng)度測量。

回彈值測量后，需測試混凝土試塊實際強(qiáng)度，以驗證回彈測試的準(zhǔn)確性。壓力機(jī)持續(xù)加壓直至試塊破裂，得到試塊的抗壓強(qiáng)度值f。

（3）碳化深度測量。

回彈值和抗壓強(qiáng)度測試完畢后，取破裂試塊，使用沖擊鉆對試塊沖擊面進(jìn)行鉆孔，深度5～10mm，直徑15mm。使用毛刷清理孔洞內(nèi)的碎屑和粉末。使用試管蘸取質(zhì)量比為1%～2%酚酞酒精溶液滴于孔洞內(nèi)壁并靠近邊緣處。稍許可見到碳化與非碳化區(qū)域分界線，采用深度尺測量分界線至孔洞邊緣距離，應(yīng)測試不少于3次，取平均值，即為碳化深度d。

3.3 檢測數(shù)據(jù)分析

通過對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，得到2組混凝土試塊強(qiáng)度測量值（見表1所示）。

表1 混凝土試塊強(qiáng)度測量值

按照12塊混凝土試塊的實測值，采用最小二乘法計算，并進(jìn)行曲線擬合，得出回歸方程：y=0.0406x1.9282。計算回歸方程中的強(qiáng)度平均誤差為±4.3%；相對標(biāo)準(zhǔn)差為5.6%。滿足《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的“專用測強(qiáng)曲線平均相對誤差不應(yīng)大于±12.0%，相對標(biāo)準(zhǔn)差不應(yīng)大于14.0%”的要求。

4 結(jié)束語

混凝土強(qiáng)度是建筑工程結(jié)構(gòu)安全性的基礎(chǔ)，其強(qiáng)度檢測必須具有較高的準(zhǔn)確性。文章通過西安地鐵四號線雁南四路站主體工程混凝土試塊檢測，驗證其結(jié)果的準(zhǔn)確性。在檢測過程中，回彈撞擊測點的平均分布，試塊的碳化深度值極低，以及數(shù)據(jù)回歸方程的閉合計算，充分反映出回彈法測試的準(zhǔn)確性是基于對混凝土試塊和檢測過程的標(biāo)準(zhǔn)和工藝控制。