陳偉

(寧波清源工程檢測試驗(yàn)有限公司，浙江寧波，315010)

引言

在水利工程實(shí)踐中，當(dāng)工程主體混凝土已經(jīng)澆筑完成并形成實(shí)體后，為保證工程質(zhì)量，需對(duì)其混凝土強(qiáng)度進(jìn)行現(xiàn)場檢測，判斷其是否滿足設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)。此時(shí)，傳統(tǒng)的混凝土試塊檢測方法已不滿足使用條件，因此，較多地采用回彈法[1-3]、超聲回彈綜合法[4-6]、鉆孔取芯法[7]等方法。其中，鉆孔取芯法是指在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件上鉆孔，取出芯樣后，測試其抗壓強(qiáng)度。該方法檢測結(jié)果較為準(zhǔn)確可靠，但會(huì)對(duì)構(gòu)件造成損傷，無法在重要構(gòu)件檢測或大范圍檢測中應(yīng)用。因此，回彈法和超聲回彈綜合法得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

當(dāng)前，基于回彈法和超聲回彈綜合法的適用情況、應(yīng)用過程以及應(yīng)用效果等有一定的相似性[8-9]，這給工程檢測人員在選擇混凝土強(qiáng)度測定方法時(shí)帶來不少的困惑。為此，本文系統(tǒng)性地介紹了回彈法和超聲回彈綜合法的基本原理、使用步驟以及工程中的適用性等內(nèi)容，再結(jié)合某具體水利建設(shè)工程的混凝土強(qiáng)度檢測數(shù)據(jù)，分析上述兩種檢測方法的檢測精度情況，通過數(shù)據(jù)總結(jié)與偏差分析，從而更好地指導(dǎo)工程實(shí)踐中混凝土強(qiáng)度檢測方法的選用。

1 基于回彈法的混凝土強(qiáng)度測定

從1948年瑞士人施密特創(chuàng)造了回彈儀以來，混凝土強(qiáng)度檢測的回彈法在建設(shè)工程中得到了廣泛的運(yùn)用，大大地促進(jìn)了建設(shè)工程質(zhì)量檢測行業(yè)的發(fā)展。與此同時(shí)，我國也對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了大力的推廣和應(yīng)用，與此相關(guān)的《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50344-2004)、《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度規(guī)范》(JGJ/T23-2011)、《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL352-2020)、《高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T294-2013)以及《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50784-2013)等規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺(tái)。

1.1 回彈法檢測的原理

在混凝土結(jié)構(gòu)中，混凝土的表面硬度與抗壓強(qiáng)度之間存在一定的定量關(guān)系，借助這個(gè)關(guān)系，通過測定混凝土表面硬度，即可推測得到混凝土的抗壓強(qiáng)度?；貜椃ㄕ腔谠撛?，利用回彈儀這個(gè)儀器間接測得混凝土的抗壓強(qiáng)度，具體原理為：利用回彈儀給予小錘一定的動(dòng)能，使之擊打混凝土結(jié)構(gòu)的表面，其中一部分動(dòng)能被結(jié)構(gòu)所吸收，另一部分動(dòng)能則返回給儀器，通過測定返回儀器的動(dòng)能便能得知被結(jié)構(gòu)吸收掉了的動(dòng)能，而吸收多少動(dòng)能則由混凝土的表面硬度決定，由此可進(jìn)一步得知混凝土的表面硬度，繼而推斷出混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度值。

1.2 回彈法應(yīng)用步驟

1.2.1檢測前準(zhǔn)備

檢測之前，應(yīng)對(duì)檢測儀器和鑒定資料等進(jìn)行核實(shí)檢查，保證儀器處于鑒定后的可靠狀態(tài)，避免因回彈儀的先天誤差影響后續(xù)的強(qiáng)度檢測數(shù)值。

1.2.2回彈值測定

選定相應(yīng)的混凝土表面測區(qū)，用回彈儀讀取16個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)值，數(shù)據(jù)精度為1°。每兩次測量點(diǎn)之間的距離不得少于20mm，且測點(diǎn)距離構(gòu)件邊緣以及外露的鋼筋已埋件等不得少于30mm，測點(diǎn)在測區(qū)內(nèi)的分布應(yīng)均勻。每一測點(diǎn)處用回彈儀彈測一次，不得反復(fù)彈測多次，并避免彈測在氣孔、石子等表面缺陷處。測定過程中，回彈儀的軸線應(yīng)保持與被測構(gòu)件的表面垂直，緩慢試測，讀數(shù)應(yīng)做到快、準(zhǔn)，讀取后即將儀器復(fù)位。

1.2.3構(gòu)件碳化深度測定

混凝土碳化后將出現(xiàn)收縮、脹裂、表面松散等情況，在回彈測試時(shí)將吸收部分彈擊能量，從而使混凝土回彈推定值大幅下降。因此，測定回彈值時(shí)須考慮碳化深度的影響，其對(duì)應(yīng)關(guān)系可參見圖1。

圖1 碳化深度值與混凝土回彈值的關(guān)系(C40混凝土，取平均值)

用鐵錘和螺絲刀在混凝土相應(yīng)的檢測處鑿孔，孔徑約為20mm，孔深約為15mm，且應(yīng)比碳化深度更深。鑿出圓孔后清理碎渣，但忌用清水沖洗。之后再馬上滴入濃度約為1%的酚酞酒精液體，使其充分浸潤圓孔內(nèi)壁。當(dāng)混凝土圓孔內(nèi)壁的顏色變得穩(wěn)定后，再用量尺測出變色部分和未變色部分的深度。其中，變色部分為沒有碳化的混凝土，而未變色部分則為已經(jīng)碳化的混凝土。碳化深度量測三次并取平均值，精度為0.5mm。

1.2.4回彈值修正

為盡可能消除不必要的誤差因素，應(yīng)根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度規(guī)范》(JGJ/T23-2011)，對(duì)測量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

(1)測區(qū)平均回彈值求解。將回彈儀探測所得的16個(gè)回彈值，分別去掉最大和最小的三個(gè)數(shù)據(jù)，將剩下的10個(gè)數(shù)據(jù)求平均值，作為該構(gòu)件的回彈值。

(2)回彈儀角度修正。根據(jù)儀器軸線與水平線之間的夾角，對(duì)照相關(guān)規(guī)范附件可得相應(yīng)的修正值，對(duì)上述的回彈值進(jìn)一步進(jìn)行修正，得出修正值。

(3)構(gòu)件表面修正。利用回彈儀測試構(gòu)件表面，根據(jù)測試數(shù)據(jù)繼續(xù)對(duì)修正值進(jìn)行修正。

(4)抗壓強(qiáng)度推算。對(duì)照當(dāng)?shù)氐牡胤綔y強(qiáng)曲線，根據(jù)上述的回彈修正值和碳化深度，算得相應(yīng)的混凝土強(qiáng)度值。

1.3 特點(diǎn)分析

回彈法操作簡單、便捷，費(fèi)用較低，且可較快速地測出混凝土構(gòu)件的相應(yīng)強(qiáng)度，通過隨機(jī)檢測不同的混凝土位置，可全面了解構(gòu)件的整體強(qiáng)度分布情況，同時(shí)不會(huì)對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生破壞，屬于無損檢測，因此應(yīng)用較為便利。但回彈儀測得的是回彈值，需要對(duì)照當(dāng)?shù)氐臏y強(qiáng)曲線，并聯(lián)系碳化深度，才能求算得強(qiáng)度值，其間存在一定的誤差，精確度較差。同時(shí)，當(dāng)混凝土經(jīng)歷過火災(zāi)、極端天氣凍融以及化學(xué)腐蝕等情況時(shí)，其表面和內(nèi)部強(qiáng)度差異較大，此時(shí)的回彈法檢測效果將大打折扣。

2 基于超聲回彈綜合法的混凝土強(qiáng)度測定

2.1 超聲回彈綜合法的原理

在原理方面，超聲法和回彈法較為類似，都是基于混凝土強(qiáng)度與混凝土某種特性之間的關(guān)系，先通過測得與混凝土強(qiáng)度有特定關(guān)聯(lián)的某一物理量，再間接推算求得強(qiáng)度值。兩者不同之處在于，超聲法借助的是超聲波在介質(zhì)中的傳播速度與其強(qiáng)度之間的關(guān)系，根據(jù)彈性波動(dòng)理論可知，超聲波的傳播速度與混凝土彈性模量、密度等有關(guān)；回彈法則是基于混凝土表面硬度與抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系。超聲回彈綜合法，顧名思義，即是超聲法和回彈法的結(jié)合應(yīng)用，以此求得混凝土的抗壓強(qiáng)度。其基本思路為：對(duì)同一混凝土構(gòu)件分別采用回彈法和超聲法，測得相應(yīng)的回彈值和超聲波聲速，再將數(shù)據(jù)代入相關(guān)公式求得混凝土強(qiáng)度。所述公式具體如下：

(1)

2.2 超聲回彈綜合法的應(yīng)用步驟

(1)對(duì)混凝土構(gòu)件的某一測區(qū)，采用回彈儀進(jìn)行回彈測試，求得相應(yīng)的回彈值及其修正值，具體的回彈修正值求法與1.2節(jié)相同，不再贅述。

(2)在回彈法測試的同一測區(qū)，采用低頻超聲波檢測儀進(jìn)行超聲測試。

測試時(shí)，在測區(qū)表面設(shè)置3個(gè)點(diǎn)位，再將超聲波發(fā)射器與接收器的軸線對(duì)準(zhǔn)在同一軸線上，測得的三次聲速值均保留兩位小數(shù)。測試結(jié)束后，根據(jù)式(2)求解出超聲波聲速的代表值v。

v=3L/(t1+t2+t3)

(2)

在式(2)中，L為超聲測距，t1、t2、t3分別為3個(gè)測試點(diǎn)位的聲時(shí)值。

(3)對(duì)于上述兩個(gè)步驟，值得注意的是要對(duì)同一測區(qū)先進(jìn)行回彈測試、再進(jìn)行超聲測試，同時(shí)注意區(qū)分兩個(gè)不同測試類別的測試數(shù)據(jù)，不可混淆。在求得聲速代表值后，對(duì)于檢測面是混凝土澆筑面的情況，應(yīng)對(duì)聲速代表值進(jìn)行相應(yīng)修正，具體修正方法如式(3)所示：

Va=βv

(3)

在式(3)中，Va為修正后的聲速代表值，β為修正系數(shù)，當(dāng)檢測面是混凝土澆筑面時(shí)一般取1.034。

2.3 特點(diǎn)分析

相較于單一的回彈法或超聲法，超聲回彈綜合法取長補(bǔ)短，盡可能多地考慮到了更多的物理參數(shù)，較為全面地體現(xiàn)了混凝土強(qiáng)度的各類影響因素，檢測誤差更小，精確度更高，可更加可靠地反映混凝土構(gòu)件的整體強(qiáng)度以及質(zhì)量情況。同時(shí)，超聲回彈綜合法在混凝土構(gòu)件澆筑7d后即可開展檢測，因此能較及時(shí)快速地判斷混凝土強(qiáng)度發(fā)展情況是否符合設(shè)計(jì)要求。

3 水利工程混凝土強(qiáng)度檢測分析

為進(jìn)一步指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)際中混凝土強(qiáng)度檢測方法的選擇，分別采用回彈法和超聲回彈綜合法對(duì)某大型水利建設(shè)工程項(xiàng)目中的某C35混凝土構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度檢測，檢測時(shí)間均為混凝土澆筑后7至15天之間，同時(shí)在澆筑混凝土?xí)r現(xiàn)場留置了相應(yīng)數(shù)量的試塊。經(jīng)數(shù)據(jù)初步分析，發(fā)現(xiàn)超聲回彈綜合法與回彈法的檢測數(shù)據(jù)之間有較大的誤差，為此，進(jìn)一步對(duì)照了留置試塊的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)值，將三種檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而得出了一定的規(guī)律性。回彈法檢測數(shù)據(jù)、超聲回彈綜合法檢測數(shù)據(jù)以及現(xiàn)場留置的同條件養(yǎng)護(hù)試塊檢測數(shù)據(jù)匯總列于表1。

表1 不同的混凝土強(qiáng)度檢測方法所測得的數(shù)據(jù)對(duì)比

由表1中的數(shù)據(jù)可知，對(duì)于本次水利工程中的C35混凝土構(gòu)件而言，回彈法檢測混凝土強(qiáng)度的數(shù)值總體偏大，比同條件試塊強(qiáng)度值大約26.4%～34.5%，而超聲回彈綜合法的混凝土強(qiáng)度檢測數(shù)值雖然部分偏大、部分偏小，但總體偏差均不大，且與試塊檢測值基本吻合，最大偏差約為5.5%。相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和規(guī)律亦符合文獻(xiàn)[9]中所得出的對(duì)比結(jié)論，即對(duì)于C20～C40之間的混凝土(本工程為C35)，超聲回彈綜合法的檢測結(jié)果準(zhǔn)確度較高，而回彈法均偏大。在實(shí)際工程應(yīng)用中，此結(jié)論具有一定的參考價(jià)值，但需結(jié)合地方工程的實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮。需要說明的是，本次試驗(yàn)的試塊樣品數(shù)量還不夠大，所統(tǒng)計(jì)規(guī)律的精確性程度有待進(jìn)一步提高。同時(shí)，回彈法檢測強(qiáng)度偏大與混凝土強(qiáng)度等級(jí)之間關(guān)系的微觀機(jī)理也有待進(jìn)一步研究，以期能從理論依據(jù)和實(shí)踐數(shù)據(jù)兩方面得出更有參考性的結(jié)論。

4 結(jié)語

在水利工程中，混凝土材料具有非常廣泛的應(yīng)用情形，其關(guān)鍵性指標(biāo)——抗壓強(qiáng)度直接影響著項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量以及后期的使用安全，對(duì)混凝土實(shí)體強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，判斷其是否符合設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在目前的混凝土強(qiáng)度檢測方法中，無損檢測因操作簡單、不影響構(gòu)件質(zhì)量等優(yōu)勢得到了青睞，其中回彈法和超聲回彈綜合法是主要的檢測手段。在具體實(shí)踐操作中，檢測人員對(duì)回彈法和超聲回彈綜合法的應(yīng)用場合往往難以準(zhǔn)確判斷，繼而影響最終的混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果，并給工程質(zhì)量的準(zhǔn)確判斷帶來潛在隱患。因此，本文在系統(tǒng)介紹回彈法和超聲回彈綜合法的基本原理、操作步驟以及應(yīng)用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以水利建設(shè)工程中的具體混凝土檢測數(shù)據(jù)為依托，通過對(duì)比分析兩種混凝土強(qiáng)度檢測方法的準(zhǔn)確性和偏差值，以期更好地指導(dǎo)檢測人員針對(duì)回彈法和超聲回彈綜合法的綜合選擇，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工程建設(shè)質(zhì)量的準(zhǔn)確判斷。