長(zhǎng)齡期混凝土構(gòu)件強(qiáng)度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)研究

摘 要：【目的】由于受到荷載和環(huán)境因素的影響，服役時(shí)間較長(zhǎng)的混凝土結(jié)構(gòu)劣化現(xiàn)象嚴(yán)重。在不破壞結(jié)構(gòu)且不影響其使用的前提下，及時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定混凝土強(qiáng)度對(duì)評(píng)價(jià)橋梁的安全性至關(guān)重要。【方法】本研究采用回彈法、超聲回彈綜合法、后錨固法、鉆芯法等4種檢測(cè)方法，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)9個(gè)長(zhǎng)齡期混凝土構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度，并做對(duì)比分析。【結(jié)果】回彈法（國家測(cè)強(qiáng)曲線）、回彈法（地方測(cè)強(qiáng)曲線）、超聲回彈綜合法（國家測(cè)強(qiáng)曲線）、超聲回彈綜合法（地方測(cè)強(qiáng)曲線）、后錨固法與鉆芯法的平均誤差分別-6.69%、+29.65%、+10.65%、+46.81%、+7.53%。【結(jié)論】研究發(fā)現(xiàn)，通過采用回彈法與超聲回彈綜合法得出地方曲線的強(qiáng)度換算值均高于國家曲線的強(qiáng)度換算值。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)齡期混凝土；抗壓強(qiáng)度；無損檢測(cè)；對(duì)比試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TU443" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號(hào)：1003-5168（2024）13-0055-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.13.011

Long-Term Concrete Structural Strength Field Comparison Test Study

KANG Peng1 CHEN Shunchao1 LIU Jie1 SONG Shuai1 NIE Liangpeng2 YOU Pengsheng2

（1.Southwest Forestry University， Kunming 650224，China;

2.Yunnan Thorounghfare Engineering Testing Co.， Ltd.， Kunming 650200，China）

Abstract： [Purposes] Concrete structures in service for a long period of time suffer serious deterioration due to loads and environmental factors. Without destroying the structure and affecting its use， timely and accurate determination of concrete strength is crucial for evaluating the safety of bridges. [Methods] In this study， four testing methods， namely， rebound method， ultrasonic rebound synthesis method， post-anchorage method， and core drilling method， were used to test the concrete strength of nine long-service concrete members in the field and make comparative analysis. [Findings] The average errors of the rebound method （national strength curve）， rebound method （local strength curve）， ultrasonic rebound synthesized method （national strength curve）， ultrasonic rebound synthesized method （local strength curve）， post-anchorage method and core drilling method were -6.69%， +29.65%， +10.65%， +46.81% and +7.53% respectively.[Conclusions] It was found that the strength conversion values of the local curves derived by using the rebound method and the ultrasonic rebound synthesis method were higher than those of the national curves.

Keywords： long-term concrete; compressive strength; non-destructive testing; comparative testing

0 引言

對(duì)于長(zhǎng)期服役的混凝土建筑物或結(jié)構(gòu)物，確保其滿足足夠的強(qiáng)度和承重要求尤為重要。近年來，一些關(guān)于長(zhǎng)齡期混凝土強(qiáng)度無損檢測(cè)的方法被提出和分析。張?zhí)K杭［1］利用回彈法對(duì)自然養(yǎng)護(hù)條件下的長(zhǎng)齡期混凝土進(jìn)行了測(cè)試，建立了回彈法測(cè)強(qiáng)曲線，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。朱淑霞等［2］提出了回彈法與超聲-回彈法的適用條件。劉殿忠等［3］對(duì)已有的長(zhǎng)齡期混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法進(jìn)行了研究分析，并總結(jié)了各種測(cè)強(qiáng)方法的基本操作程序、理論依據(jù)及優(yōu)缺點(diǎn)。此外，對(duì)于新的測(cè)強(qiáng)方法如后裝錨固法的研究也比較多。

然而，關(guān)于對(duì)不同檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比研究的文獻(xiàn)較少。從現(xiàn)有的文獻(xiàn)和資料可以看出，國內(nèi)對(duì)于長(zhǎng)齡期混凝土強(qiáng)度無損檢測(cè)的研究越來越重視。一種普遍的做法是以鉆芯法檢測(cè)出的強(qiáng)度作為基準(zhǔn)，并與其他非損檢測(cè)或綜合檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比，或者使用鉆芯法來修正其他檢測(cè)方法的結(jié)果。

本研究采用了回彈法、超聲回彈綜合法、后錨固法和鉆芯法等4種常用的混凝土強(qiáng)度無損檢測(cè)方法來檢測(cè)現(xiàn)有的長(zhǎng)齡期混凝土構(gòu)件。首先，對(duì)比了回彈法和超聲回彈綜合法在使用國家強(qiáng)度曲線和地方強(qiáng)度曲線換算值時(shí)的結(jié)果。其次，將以鉆芯法為基準(zhǔn)的強(qiáng)度換算值與回彈法、超聲回彈綜合法和后裝錨固法等3種方法進(jìn)行比較，以評(píng)估每個(gè)構(gòu)件的強(qiáng)度換算值。最后，得出4種方法的適用條件和誤差范圍，并研究了在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)長(zhǎng)齡期混凝土?xí)r，回彈法和超聲回彈綜合法采用不同測(cè)強(qiáng)曲線換算值的誤差范圍，以及鉆芯法與其他方法之間的誤差范圍。根據(jù)所用的4種混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)方法、測(cè)試量和不同的換算原理，可以按照表1進(jìn)行分類。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

隨著無損檢測(cè)方法的不斷增加，為了保持代表性和簡(jiǎn)潔性原則，本研究選取9個(gè)長(zhǎng)齡期混凝土構(gòu)件，具體參數(shù)見表2。混凝土構(gòu)件實(shí)物如圖1所示。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，使用鋼筋探測(cè)儀檢測(cè)鋼筋布置，并采用回彈法（非破壞法）、超聲回彈綜合法（綜合法）、后錨固法（微破損法）、鉆芯法（微破損法）等4種強(qiáng)度檢測(cè)方法對(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。通過對(duì)比不同方法的檢測(cè)結(jié)果，得出結(jié)論。

1.2 回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度

回彈法的原理是通過彈簧驅(qū)動(dòng)的彈擊桿使重錘彈擊混凝土表面，測(cè)出回彈值。該方法屬于表面硬度法的一種。在回彈法中，由于混凝土的塑性變形及檢測(cè)過程中的自身振動(dòng)，回彈儀會(huì)產(chǎn)生一定程度的能量損失，還有回彈儀自身內(nèi)部的摩擦等消耗的能量損失。因此，回彈儀在使用前應(yīng)進(jìn)行標(biāo)定。通過建立測(cè)強(qiáng)曲線方程式可以得出混凝土強(qiáng)度值。在回彈法檢測(cè)過程中需要考慮混凝土表面碳化作用導(dǎo)致的誤差值。

1.2.1 計(jì)算強(qiáng)度。回彈平均值的測(cè)量：對(duì)于回彈儀在非水平方向且測(cè)試面為混凝土非澆筑側(cè)面的情況，需要先對(duì)回彈值進(jìn)行角度修正，并對(duì)修正后的回彈值進(jìn)行澆筑面的修正，然后計(jì)算碳化值的平均值。

測(cè)區(qū)強(qiáng)度值的計(jì)算采用與國家強(qiáng)度曲線和地方（昆明）強(qiáng)度曲線相對(duì)應(yīng)的冪函數(shù)曲線方程來計(jì)算強(qiáng)度值。

①國家強(qiáng)度曲線對(duì)應(yīng)的冪函數(shù)曲線方程見式（1）。

[fccu=0.034 488×R1.9410?0.017 3dm]（粗骨料為碎石）" " （1）

②地方（昆明）強(qiáng)度曲線對(duì)應(yīng)的冪函數(shù)曲線方程見式（2）。

[fccu=（0.002 2R2m+1.497 8Rm?15.65）10?0.017 3dm]（粗骨料為碎石） （2）

1.2.2 回彈法檢測(cè)長(zhǎng)齡期混凝土強(qiáng)度。現(xiàn)場(chǎng)采集的回彈值用《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（DBJ 53/T-52—2013）［4］中的計(jì)算方法得出強(qiáng)度換算值，國家曲線也可以通過查《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（DGD/T—2011）［5］中附錄A可得。

1.3 超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度

超聲回彈綜合法通過分析回彈值和超聲參數(shù)綜合判定混凝土質(zhì)量，具有單一回彈法和超聲波法不具備的準(zhǔn)確度和數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)。測(cè)試時(shí)首先測(cè)量回彈值，選擇干凈平整的測(cè)試面，使用回彈儀前進(jìn)行鋼砧校準(zhǔn)。回彈儀垂直測(cè)試混凝土面得出的結(jié)果可直接使用，非垂直狀態(tài)下應(yīng)修正回彈值。超聲聲速應(yīng)用符合要求且經(jīng)驗(yàn)證的超聲波檢測(cè)儀器測(cè)量和計(jì)算，布置與回彈測(cè)區(qū)一致的超聲測(cè)點(diǎn)。測(cè)試中使用凡士林、油泥等耦合劑，根據(jù)測(cè)區(qū)選擇檢測(cè)方式。換能器應(yīng)保持同一軸線，測(cè)試后取平均值計(jì)算聲速測(cè)定值。

1.3.1 計(jì)算。計(jì)算回彈平均值時(shí)，在回彈儀為非水平方向且測(cè)試面為混凝土非澆筑側(cè)面的情況下，需要先對(duì)回彈值進(jìn)行角度修正，并對(duì)修正后的回彈值進(jìn)行澆筑面的修正。然后計(jì)算碳化值的平均值和聲速代表值。計(jì)算強(qiáng)度值時(shí)，使用國家強(qiáng)度曲線和地方（昆明）強(qiáng)度曲線對(duì)應(yīng)的冪函數(shù)曲線方程分別計(jì)算混凝土的抗壓強(qiáng)度值。

①國家強(qiáng)度曲線對(duì)應(yīng)的冪函數(shù)曲線方程見式（3）。

[fccu=0.016 2V1.656aiR1.41ai（碎石）] （3）

②地方（昆明）強(qiáng)度曲線對(duì)應(yīng)的冪函數(shù)曲線方程見式（4）。

[fccu=0.115 V0.635miR1.357 1mi] （4）

1.3.2 超聲回彈綜合法檢測(cè)現(xiàn)有長(zhǎng)齡期混凝土強(qiáng)度。現(xiàn)場(chǎng)采集的聲速值和回彈值，由《超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（T∕CECS 02—2020）［6］中的計(jì)算方法或查附錄A可得出強(qiáng)度換算值國家曲線。

1.4 后錨固法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度

后錨固法是一種常用于混凝土強(qiáng)度檢測(cè)的方法。通過在混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的表面鉆孔，然后在孔內(nèi)灌注高強(qiáng)度錨固材料，使其與周圍混凝土緊密黏結(jié)，形成一個(gè)錨固區(qū)域。通過施加拉伸或剪切力來測(cè)試錨固區(qū)域的強(qiáng)度，并根據(jù)錨固區(qū)域的破壞模式來間接評(píng)估混凝土的強(qiáng)度。用經(jīng)過校核的拔出儀連續(xù)均勻地向拉桿施加拉拔力，其速度為0.5～1.0 kN/s，直至拔出儀測(cè)力計(jì)讀數(shù)不再增加為止。試驗(yàn)以混凝土完整破壞為準(zhǔn)，具體如圖2所示。

1.4.1 計(jì)算。混凝土強(qiáng)度換算值的計(jì)算見式（5）。

[fccu，i=2.166 7Pi+1.828 8]" （5）

式中：[fccu，i] 為混凝土強(qiáng)度換算值，MPa，精確至0.1 MPa； [Pi] 為拔出力，kN，精確至0.1 kN。

1.4.2 后錨固法檢測(cè)現(xiàn)有長(zhǎng)齡期混凝土強(qiáng)度。現(xiàn)場(chǎng)采集的力值，根據(jù)《后錨固法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJT 208—2010）［7］計(jì)算得出，具體見表3。

1.5 鉆芯法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度

1.5.1 計(jì)算。鉆芯法利用專門的鉆芯機(jī)直接從結(jié)構(gòu)上鉆取芯樣，并根據(jù)芯樣的抗壓強(qiáng)度推定結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度，屬于半破損檢測(cè)方法。由于試樣直接來自實(shí)際結(jié)構(gòu)，其試驗(yàn)結(jié)果能較好地反映結(jié)構(gòu)混凝土實(shí)際強(qiáng)度性能指標(biāo)，誤差約10%，且不受混凝土齡期限制，是一種較直觀可靠的方法。

①試件直徑的計(jì)算式見（6）。

[d=d1+d22] （6）

式中：[d]為試件直徑，mm ，精確至0.l mm；[d1、d2]為試件兩個(gè)垂直方向的直徑，mm。

②抗壓強(qiáng)度的計(jì)算見式（7）。

[fcc=a4Fπd2]" （7）

式中：[fcc]為混凝土的抗壓強(qiáng)度，MPa，計(jì)算精確至 0.1 MPa；[F]為試件破壞荷載，N；[d]為試件直徑，mm ；[a]為不同高徑比芯樣試件混凝土抗壓強(qiáng)度的修正系數(shù)。

1.5.2 鉆芯法檢測(cè)現(xiàn)有長(zhǎng)齡期混凝土強(qiáng)度。按照《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJT 384—2016）［8］中芯樣用抗壓試驗(yàn)得到的壓力值，并按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081—2002）［9］中圓柱體試件抗壓強(qiáng)度計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)得出抗壓強(qiáng)度值，見表4。

2 試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及處理

數(shù)據(jù)分析在研究中旨在識(shí)別試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的異常值，并采取相應(yīng)的處理措施。本文的研究目標(biāo)是對(duì)長(zhǎng)齡期現(xiàn)場(chǎng)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。然而在實(shí)際情況下，由于檢測(cè)儀器、檢測(cè)方法、操作水平等諸多因素的影響，在測(cè)試過程中會(huì)出現(xiàn)許多異常數(shù)據(jù)。因此，測(cè)試所得的原始數(shù)據(jù)不能直接用來建立混凝土測(cè)強(qiáng)曲線，應(yīng)通過有效的方法來判斷原始數(shù)據(jù)中不符合常規(guī)的異常值，并進(jìn)行相應(yīng)的剔除，避免異常值對(duì)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線參數(shù)選取的影響。對(duì)異常值進(jìn)行合理剔除，能保證建立的曲線具有較高的精度，應(yīng)用于實(shí)際工程時(shí)不會(huì)造成過大的誤差［10］。

2.2 回彈法、超聲回彈綜合法不同測(cè)強(qiáng)曲線比較

回彈法不同測(cè)強(qiáng)曲線換算值見表5。由表5可知：①在各個(gè)測(cè)試構(gòu)件中，標(biāo)準(zhǔn)差都在5以內(nèi)（在B3構(gòu)件的實(shí)測(cè)過程中，由于設(shè)備方面的限制，實(shí)測(cè)到了一些數(shù)據(jù)的偏差）。針對(duì)長(zhǎng)齡期混凝土的研究，采用了長(zhǎng)齡期混凝土的地方測(cè)強(qiáng)曲線與國家測(cè)強(qiáng)曲線進(jìn)行強(qiáng)度值的換算。對(duì)于這兩種不同的測(cè)強(qiáng)曲線，其結(jié)果存在8～13 MPa的差異。回彈法不同測(cè)強(qiáng)曲線換算值對(duì)比如圖3所示。由圖3可知，地方測(cè)強(qiáng)曲線的強(qiáng)度換算值高于國家測(cè)強(qiáng)曲線的強(qiáng)度換算值。②對(duì)于各個(gè)測(cè)試構(gòu)件采用超聲回彈綜合法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，兩種不同的測(cè)強(qiáng)曲線結(jié)果存在8～14 MPa的差異。超聲回彈綜合法不同測(cè)強(qiáng)曲線換算值對(duì)比如圖4所示。由圖4可知，地方曲線的強(qiáng)度換算值高于國家曲線。

2.3 鉆芯法與其他3種方法的比較

不同方法強(qiáng)度換算值對(duì)比見表6，具體情況如圖5至圖9所示。

由圖5至圖9可知，采用回彈法和超聲回彈法，使用短齡期的地方測(cè)強(qiáng)曲線計(jì)算的強(qiáng)度換算值要高于鉆芯法計(jì)算的強(qiáng)度換算值。對(duì)于回彈法使用短齡期的國家測(cè)強(qiáng)曲線計(jì)算的強(qiáng)度換算值，與大多數(shù)鉆芯法計(jì)算的強(qiáng)度換算值之間存在較大差異。而超聲回彈法使用短齡期的國家測(cè)強(qiáng)曲線計(jì)算的強(qiáng)度換算值與大多數(shù)鉆芯法計(jì)算的強(qiáng)度換算值相比較接近。另外，后錨固法計(jì)算的強(qiáng)度換算值與鉆芯法計(jì)算的強(qiáng)度換算值也比較接近。

通過計(jì)算得出的結(jié)果顯示，回彈法（國家測(cè)強(qiáng)曲線）、回彈法（地方測(cè)強(qiáng)曲線）、超聲回彈綜合法（國家測(cè)強(qiáng)曲線）、超聲回彈綜合法（地方測(cè)強(qiáng)曲線）和后錨固法與鉆芯法相比的平均誤差分別為-6.69%、+29.65%、+10.65%、+46.81%和+7.53%。

3 結(jié)論

①采用回彈法進(jìn)行長(zhǎng)齡期混凝土的現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)，兩種不同的短齡期測(cè)強(qiáng)曲線結(jié)果相差8～13 MPa，其中地方測(cè)強(qiáng)曲線的強(qiáng)度換算值高于國家測(cè)強(qiáng)曲線強(qiáng)度換算值。同樣地，采用超聲回彈綜合法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，兩種不同的短齡期測(cè)強(qiáng)曲線結(jié)果相差8～14 MPa，并且地方測(cè)強(qiáng)曲線的強(qiáng)度換算值也高于國家測(cè)強(qiáng)曲線強(qiáng)度換算值。

②回彈法（國家測(cè)強(qiáng)曲線）、回彈法（地方測(cè)強(qiáng)曲線）、超聲回彈綜合法（國家測(cè)強(qiáng)曲線）、超聲回彈綜合法（地方測(cè)強(qiáng)曲線）和后錨固法與鉆芯法相比的平均誤差分別為-6.69%、+29.65%、+10.65%、+46.81%和+7.53%。

③當(dāng)誤差控制在+20%以內(nèi)時(shí)，回彈法、超聲回彈綜合法、后錨固法和鉆芯法可以用于長(zhǎng)齡期混凝土的強(qiáng)度檢測(cè)。然而，鉆芯法不適用于密集鋼筋的混凝土構(gòu)件，而后錨固法的缺點(diǎn)在于相對(duì)較大的表面破壞。

④超聲回彈綜合法具有操作簡(jiǎn)便、快速、低成本等優(yōu)勢(shì)，并且在非破壞性檢測(cè)長(zhǎng)齡期混凝土中具有較高的精度。因此，超聲回彈綜合法適合作為未來長(zhǎng)齡期混凝土現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的主要方法。

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