回彈-鉆芯法在混凝土抗壓強度檢測中的應用研究

摘要：在混凝土抗壓強度檢測中，由于傳統方法會對混凝土結構造成破壞，特別是在鋼筋密集的部位，容易形成芯樣碎裂，導致損傷程度高。因此，以某高層公寓施工項目為研究對象，提出了回彈-鉆芯法用于檢測混凝土抗壓強度。首先對混凝土表面回彈值進行測定，然后根據混凝土表面回彈值，對混凝土表面碳化深度進行評定，并計算混凝土抗壓強度推定值修正系數，最后測量混凝土的抗壓強度，從而實現回彈-鉆芯法在混凝土抗壓強度中的檢測。設計對比實驗，結果證明該方法的損傷程度較低，在混凝土抗壓強度檢測方面有顯著效果。因此，該方法在實際工程中的應用將具有重要意義。

關鍵詞：鉆芯法；混凝土；抗壓強度；檢測；硬度

中圖分類號：TU375"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：2096-2118（2024）06-0036-05

Application of Rebound-Drill Core Method in Compressive

Strength Detection of Concrete

SUN Xuelong

（Jiangxi Zhongchang Testing Co.，Ltd.，Nanchang Jiangxi 330000，China）

Abstract：In the compressive testing of concrete strength，because the traditional method will cause damage to the concrete structure，especially in the dense parts of the reinforcement，it is easy to form core fragmentation，resulting in a high degree of damage.Therefore，taking the construction project of a high-rise apartment building as the research object，the rebound-drill core method is proposed to detect the compressive strength of concrete.First，the rebound value of the concrete surface is measured，and then the carbonization depth of the concrete surface is assessed according to the rebound value of the concrete surface，and the correction coefficient of the presumed compressive strength of the concrete is calculated，and finally the compressive strength of the concrete is measured so as to realize the detection of the rebound-drilling core method in the compressive strength of the concrete.The experimental results show that the damage degree of this method is low and it is effective in measuring the compressive strength of concrete.Therefore，the application of this method in practical engineering will be important.

Keywords：core drilling method；concrete；compressive strength；test；hardness

0 引言

近年來，回彈-鉆芯法在混凝土抗壓強度的評估中得到了廣泛應用。回彈-鉆芯法即通過獲取混凝土中心位置的巖芯樣品并進行實驗分析，如此既能提供具體的抗壓強度數值，又能還原混凝土內部的結構特征[1]。因此，回彈-鉆芯法在混凝土工程和科學研究領域具有重要意義。回彈-鉆芯法作為一種常用的非破壞性檢測方法，在混凝土抗壓強度的評估中具有獨特的優勢。相較于傳統的破壞性實驗方法，回彈-鉆芯法不僅無需拆除實際工程結構，而且能夠準確獲取混凝土內部的力學性能信息。此外，回彈-鉆芯法還可以用于評估混凝土結構的質量和耐久性，為結構的維護和加固提供科學依據。然而，回彈-鉆芯法在混凝土抗壓強度檢測中仍然存在一些問題。例如，鋼筋的干擾、孔洞對取樣的影響以及巖芯樣品的表面處理等問題都需要進一步解決[2]。因此，在回彈-鉆芯法的應用過程中，對相關因素進行準確把握和合理控制至關重要。在此背景下，本次選取某高層公寓施工工程，完成回彈-鉆芯法在混凝土抗壓強度檢測中的應用研究，以期進一步促進回彈-鉆芯法與其他混凝土檢測方法的結合，提高混凝土結構評估的準確性和可靠性，為混凝土工程領域的研究和實踐提供參考。

1 工程概況

本次研究選擇青島市某高層公寓工程作為研究對象。該公寓采用框架剪力墻結構，包含地上26層和地下2層，其中地下部分包括人防工程和車庫。地上部分建筑高度為78.85 m，建筑面積為23 597.50 m2。地下部分建筑面積為2 397.72 m2，設計使用年限為50年。1～15層的混凝土設計強度等級為C40。為了確保工程的順利進行和施工質量，建設方決定對1～4層的結構構件柱和剪力墻混凝土強度進行無損檢測。基于此，開展混凝土抗壓強度檢測研究。

2 混凝土抗壓強度檢測設計

2.1 混凝土表面回彈值測定

根據工程概況，設計回彈-鉆芯法檢測方案，首先需要計算回彈值，這是評定混凝土表面硬度等級的基礎。在完成一系列準備工作后，開啟回彈-鉆芯儀裝置，進行回彈-鉆芯法檢測實驗。將檢測裝置依次放置在檢測區域上，驅動壓力裝置，使回彈-鉆芯儀檢測裝置中的重錘按照特定參數對混凝土進行撞擊[3]。在撞擊過程中，混凝土會接收到來自回彈-鉆芯儀所傳遞的動能，這部分動能會促使混凝土產生形變，而這種形變的大小與混凝土的彈性性能密切相關。當重錘撞擊后，混凝土的形變會迅速恢復，而恢復的程度與混凝土的硬度等級有直接關系。具體的能量值計算公式如下：

E=×m×v×sinθ×（1+ε）（1）

式（1）中：E為混凝土接收到的動能，J；m為回彈儀的質量，kg；v為回彈儀的速度，m/s；θ為撞擊角度，（°）；ε為混凝土的動彈性模量與密度之比。根據上述內容，當混凝土構件表面受到重錘的作用后[4]，會立即產生一個瞬時的彈力變化。當混凝土逐漸恢復到原始狀態的過程中，會形成一個反彈力矩，使得重錘反彈回去。在這個過程中，由重錘所產生并傳遞出去的動力能量數值A的計算公式如下：

A=εL（2）

式（2）中：L為回彈儀重錘彈回時到達的位置。在回彈儀重錘下落撞擊到反彈位置的過程中，由于重錘與混凝土表面之間的摩擦力、空氣阻力以及混凝土的內部阻尼等原因會消耗一部分能量，這部分消耗的能量為ΔA，其計算公式為：

ΔA=A1-

（3）

式（3）中：c為摩擦力，N。

根據上述內容，利用能量守恒定律計算回彈儀重錘作用下混凝土的回彈值，具體公式如下：

B=×ΔA（4）

式（4）中：B為回彈值，mm；d1為回彈儀重錘回彈的距離，mm；d為回彈儀重錘與彈擊桿后側平面的距離，mm。

在測定混凝土抗壓強度時，一般采用16個測點。為了更準確地反映該測試區域的混凝土性能，可以在每一組測區的16個回彈值結果中分別去除3組最高數值和3組最低數值，然后對剩下的10組回彈值進行均值計算。這樣做的目的是消除異常值對最終結果的影響，使得最終的回彈值更具有代表性。在計算最終的平均回彈值時，計算結果需要精確到0.1。計算公式如下：

B=（5）

式（5）中：B1為回彈儀重錘作用下橋面構件混凝土平均回彈值，mm；Br為回彈儀重錘作用下混凝土的第r組回彈值，mm。其中，混凝土抗壓強度的測定值與回彈儀重錘在運動過程中的回彈距離存在相關性，具體表現為回彈儀的回彈距離增大時，混凝土被錘擊時發生的塑性形變也隨之增加，從而導致混凝土的抗壓強度值降低。綜上所述，完成混凝土表面回彈值測定。

2.2 混凝土表面碳化深度評定

混凝土碳化后，其表層的硬化程度增加，其測試結果也將產生較大的回彈值。為了得到更準確的混凝土強度評估，需要計算混凝土的強度換算值。根據 《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》JGJ/T 23—2011附錄B，求出碳化深度的平均值t，從而得出該數值。混凝土碳化深度測量步驟如下。

1） 在開始混凝土碳化深度的測量之前，首先需要準備所需的工具和材料。準備濃度為1%的酚酞酒精溶液，這種溶液可以用酚酞指示劑溶解在酒精中制備而成[5]。具體來說，可按照酚酞指示劑與酒精以1：9的比例進行混合，搖動均勻后即可得到所需溶液。

2） 選擇測試區域，并在每個測試區域的混凝土表面用小錘鑿出一個直徑約15 mm、深度約5 mm的孔洞，操作時應注意保證孔洞的表面平整，以避免影響測量結果的準確性。

3） 將配制好的酚酞醇溶液噴到小孔的內壁上，觀察不變顏色和紅區之間的界線。酚酞酒精溶液是一種酸堿指示劑，當遇到堿性物質時，溶液會由酸性變為堿性，從而引起顏色的變化。在混凝土中，未碳化的部分呈酸性，而碳化的部分呈堿性，因此可以觀察到一條明顯的分界線。

4） 在每一個孔中，用測深儀測定了已經碳化的與未碳化的混凝土界面之間的豎直距離。這樣可以得到頂板混凝土的碳化深度t，其平均值為0.5 mm。注意在測量過程中要保持測量工具的垂直，并盡量減少誤差，以保證測量結果的準確性。

根據平均碳化深度值d，進一步測試混凝土的強度換算值，具體結果見表1。

根據表1，可以將測量區域的混凝土強度換算值進行同類量相除，然后按照《混凝土碳化狀況評定標準》JTG/TH 21—2011中的相關標準評定混凝土碳化深度。在這個過程中，需要先確定同類量。根據混凝土強度換算值，可以計算出試件的碳化深度，并按照相同類型進行分類。隨后，將每個測量區域的同類量相除。最后，根據表2中的標準來評定混凝土碳化深度。

根據表2中的評定標度，可以得出本次混凝土碳化深度的評定標度值為優秀，至此完成混凝土表面碳化深度評定。

2.3 計算混凝土抗壓強度推定值修正系數

為計算混凝土抗壓強度推定值修正系數，可以利用回彈值和碳化深度來進行計算。

1） 需要根據回彈值和碳化深度來計算芯樣試件混凝土強度換算值P[6]，計算公式如下：

P=δ-πDcos-1t（6）

式（6）中：P為芯樣試件混凝土強度換算值，MPa；δ為試件混凝土強度換算系數；D為芯樣試件的平均直徑，mm。

2） 根據上述公式，計算修正系數，修正系數計算公式如下：

W=f×B（7）

式（7）中：W為修正系數；n為樣本數量；f為鉆芯法強度，MPa。

綜上所述，通過上述步驟能夠完成混凝土抗壓強度推定值修正系數的計算。這個修正系數可以更準確地評估混凝土的抗壓強度，從而為混凝土結構的維護和管理提供更可靠的依據[7]。

2.4 測量混凝土的抗壓強度

在得到混凝土抗壓強度推定值修正系數后，可以用來確定彈性模數，由此可對混凝土的抗壓強度進行測試。這是由于水泥砂漿具有彈性模量，當水泥砂漿具有較大的彈模量時[8]，其抗壓強度也隨之增大。在此基礎上，給出了砂漿模量的計算公式：

Q=1 057×g×w（8）

式（8）中：Q為砂漿模量，MPa；g為砂漿的平均本構系數，根據實際情況獲取砂漿的本構系數，然后將其代入式（8）中計算得到彈性模量的值[9]，w為修正系數。得到彈性模量的值后，可進一步計算混凝土的軸心抗壓強度平均值。混凝土軸心抗壓強度平均值的計算公式為：

y=k（9）

式（9）中：k為強度系數，一般取值為0.15。在得到混凝土軸心抗壓強度平均值后，可以進一步計算混凝土攪拌延齒縫彎曲抗壓強度平均值。混凝土攪拌延齒縫彎曲抗壓強度平均計算公式為：

y=k×y（10）

混凝土的抗壓強度平均計算公式如下：

R=Q×ζ（11）

式（11）中：ζ為常數。通過上述公式，即可完成混凝土的抗壓強度的計算，實現抗壓強度檢測[10]，從而完成基于回彈-鉆芯法的混凝土抗壓強度檢測方法。這種方法能夠綜合考慮混凝土的多種特性，如彈性模量、抗壓強度等，從而提供一種全面準確的混凝土性能評估方法。

3 實驗論證

通過上述過程，完成了對回彈-鉆芯法對混凝土抗壓強度檢測方法的設計。為了驗證該方法的有效性，利用ARRUED環境模擬軟件設計了一種實驗環境。在此實驗環境中，設置了完全相同的3個混凝土試塊，其中1個采用本文設計的抗壓強度檢測方法進行測試，作為實驗組；另外2個采用傳統抗壓強度檢測方法1和方法2進行測試，作為對比組，驗證所提出方法的實際應用結果。

3.1 實驗準備

為進行實驗，設置了完全相同的3個混凝土試塊。在配制混凝土試樣時，全部使用普通硅酸鹽水泥；同時，對水膠比、骨料級配等進行研究。經過仔細計算，得出對應的配合比狀況，具體見表3。

在確定混凝土材料的配比之后，可按照預定步驟進行混凝土的攪拌、成型。做樣品時，使用一個堅固的鐵鑄模，管徑、長度與混凝土試件設計尺寸相符，其直徑為15 cm、高為30 cm。將拌好的混凝土放入鐵模前必須保證在模子的內側有一層脫模劑，以防止澆注后的混凝土和鐵模粘在一起。準備期間，混凝土必須一次灌注，一次灌注厚約12 cm。在灌注混凝土的過程中，要用振動棒慢慢地將其振動均勻，并用橡皮錘在模子的側面輕敲，以保證灌注的混凝土緊實度。完成混凝土的灌注后，混凝土試件必須在2 d之內完成脫模，并將試件置于合適的環境下進行養護，以保證試件的水化作用完全發揮，使混凝土的強度得以充分發揮。在保濕28 d后，混凝土試樣成品即可完成。最后，將使用能夠施加一定負荷的萬能試驗機作為動力源來進行加載設備的操作，這種設備能夠準確測量混凝土試樣的抗壓強度，從而驗證新型檢測方法的準確性和優越性。萬能試驗機的參數見表4。

為更全面地評估3種不同抗壓強度檢測方法的性能，根據上述內容，進行以下實驗。實驗中，在該工程中選取3個混凝土試塊，分別采用文獻[1]方法、文獻[2]方法以及本文設計的抗壓強度檢測方法在相同的實驗環境下進行測試，以避免外界因素對結果的影響。對每種方法的損傷程度進行了詳細記錄，從而完成3種檢測方法性能的對比。

3.2 實驗結果分析與結論

在不同抗壓強度檢測方法下，對應的損傷程度情況如圖1所示。

通過觀察圖1的對比結果，可以明確得知3種不同抗壓強度檢測方法在各種情況下的性能表現。當抗壓強度逐漸提升時，本文設計的抗壓強度檢測方法的損傷程度明顯低于文獻[1]方法和文獻[2]方法。具體而言，本文設計的方法所導致的損傷程度最高值僅達到5 mm左右，并且在所有測試中，其損傷程度均沒有超過這個閾值。然而，文獻[1]方法和文獻[2]方法在相同條件下的損傷程度最高值均達到了8 mm左右，這兩種方法的損傷程度都明顯高于本文設計的方法。因此，本文設計的抗壓強度檢測方法在保持較低的損傷程度的同時，能夠有效地進行抗壓強度檢測，表現出了更高的實際應用價值。即使在抗壓強度持續增大的情況下，本文設計的方法也能維持較低的損傷程度，確保獲得最優的檢測效果。

4 結語

在土木工程和建筑領域中，混凝土的抗壓強度檢測是一項至關重要的工作，不僅涉及結構的安全性，也與建筑物的持久性和耐久性息息相關。因此，尋找一種準確、可靠的檢測方法，一直是一個備受關注的問題。回彈-鉆芯法作為一種常用的無損檢測技術，具有較高的準確性和可重復性，受到了廣泛的關注和研究。本文通過對回彈-鉆芯法在混凝土抗壓強度檢測中的應用研究，揭示了其基本原理、操作流程和數據處理方法。通過實驗分析，發現回彈-鉆芯法能夠有效地反映出混凝土的內部結構和抗壓性能，為工程實踐提供了有力的支持。

參 考 文 獻

[1]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.

[2]張強.蒸壓粉煤灰加氣混凝土砌塊抗壓強度檢測方法研究[J].磚瓦，2023（6）：46-49.

[3]谷慧，姚繼濤，劉嘉興，等.50 mm直徑超小芯樣檢測混凝土抗壓強度的分析建議[J].工業建筑，2023，53（S1）：708-712.

[4]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.

[5]李晨星.一種直接鉆取芯樣對建筑混凝土材料的密實回彈抗壓強度測試方法[J].粘接，2023，50（3）：90-93.

[6]楊慶，葉子明.基于沖擊彈性波法的混凝土抗壓強度新型檢測方法探索[J].產業與科技論壇，2023，22（5）：39-40.

[7]楊林，唐曉玲，李友彬，等.大粒徑堆石混凝土超聲回彈綜合測強曲線的試驗研究[J].水力發電，2021，47（7）：116-120.

[8]黃林青，文杰，廖新雪，等.灌漿料的抗壓強度與其回彈值的相關性研究[J].重慶建筑，2021，20（4）：30-31.

[9]潘劍云，楊英武，章偉，等.基于表面回彈法檢測水泥基灌漿料抗壓強度的修正分析[J].建筑技術，2020，51（6）：746-749.

[10]卜良桃，張琦.高性能混凝土抗壓強度現場檢測方法[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版） ，2019，35（5）：787-795.

編輯：楊 洋