韋 志，王 震，郭清春，賀慶燁，黨玉棟，林 帆

（1.云南建筑工程質(zhì)量檢驗(yàn)站有限公司，云南 昆明 650223；2.云南省建筑科學(xué)研究院有限公司云南省建筑結(jié)構(gòu)與新材料企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650223；3.云南大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院，云南 昆明 650500）

0 引言

回彈法由于其操作簡便、測試快捷、對(duì)結(jié)構(gòu)無損傷且技術(shù)成熟，是混凝土實(shí)體強(qiáng)度現(xiàn)場檢測最廣泛的方式之一［1，2］。國家規(guī)程及地方標(biāo)準(zhǔn)中，普通回彈儀僅適用于 C60 以下強(qiáng)度的混凝土，C60 及其以上強(qiáng)度的高強(qiáng)混凝土則不適用，必須要用高強(qiáng)回彈儀進(jìn)行測試［3-5］。試驗(yàn)選用云南某高速公路用原材料及配合比，按照 JGJ/23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》規(guī)范制定地方或?qū)Ｓ们€的要求［6］，同時(shí)使用普通回彈儀（沖擊動(dòng)能為 2.207 J）和高強(qiáng)回彈儀（沖擊動(dòng)能為 4.5 J）對(duì)強(qiáng)度為 C30～C55 的混凝土試塊進(jìn)行檢測［7］，通過回歸擬合與誤差分析，比較了這兩種回彈儀的測試精度。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)回彈儀為普通回彈儀（HT225-B 型，沖擊動(dòng)能為 2.207 J）和高強(qiáng)混凝土回彈儀（HT450-A 型，沖擊動(dòng)能為 4.5 J）。所用回彈儀符合 JGJ/23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》，試驗(yàn)前后均進(jìn)行率定，滿足規(guī)程，以保障測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

1.2 試驗(yàn)用混凝土試件制備

本實(shí)驗(yàn)按照云南某高速公路實(shí)際原材料和配合比，制作強(qiáng)度等級(jí)為 C30～C55 的混凝土試塊，試塊邊長為 150 mm，共 252 組，756 塊。試塊制作完畢后，進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)，分 7、14、28、60、90、180、360 d 這 7 個(gè)齡期進(jìn)行測試。成型混凝土試塊的原材料采用云南某高速公路實(shí)際材料，水泥有 P·O 42.5 和 P·O 52.5 普通硅酸鹽水泥。其中 P·O 42.5 水泥產(chǎn)自云南宜良紅獅水泥有限公司，P·O 52.5 水泥產(chǎn)自昆鋼嘉華水泥有限公司。粉煤灰和礦粉產(chǎn)自安寧展華建材有限公司，外加劑產(chǎn)自昆明興磊工貿(mào)有限公司。細(xì)骨料采用當(dāng)?shù)氐臋C(jī)制砂與河沙，粗骨料采用石灰?guī)r，水為普通自來水。配合比情況如表1、表2 所示。其中，表1 中水泥為 P·O 42.5 水泥，配合比中，礦物摻合料包含粉煤灰、礦粉，砂既有河砂也有機(jī)制砂，組合方式有：純水泥+河砂、純水泥+機(jī)制砂、（水泥+礦粉）+河砂、（水泥+礦粉）+機(jī)制砂、（水泥+粉煤灰）+河砂及（水泥+粉煤灰）+機(jī)制砂共 6 種。表2 中砂有河砂、機(jī)制砂和混合砂，混合砂為機(jī)制砂與河砂各摻 50 %。組合方式有：P·O 42.5+機(jī)制砂、P·O 42.5+河砂、P·O 42.5+混合砂、P·O 52.5+機(jī)制砂、P·O 52.5+河砂、P·O 52.5+混合砂共 6 種。

表1 C30～C45 配合比 kg/m3

表2 C50、C55 配合比 kg/m3

1.3 試驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)采集

試塊同條件養(yǎng)護(hù)到對(duì)應(yīng)齡期后，將試塊成型面與底面放置在壓力試驗(yàn)機(jī)承壓板之間，然后加壓至 60～80 kN，并保持此壓力。如圖1 所示，選擇一對(duì)相對(duì)側(cè)面用普通回彈儀彈擊 16 個(gè)回彈測試點(diǎn)，再用高強(qiáng)混凝土回彈儀彈擊剩下一對(duì)側(cè)面 16 個(gè)回彈測試點(diǎn)，記錄回彈值R，精確至 1?；貜棿碇礡m為 16 個(gè)回彈值，剔除三個(gè)最大值和三個(gè)最小值后剩下 10 個(gè)回彈值的平均值。

圖1 回彈測點(diǎn)分布圖

回彈值數(shù)據(jù)采集完畢后，應(yīng)在有代表性的測區(qū)測量碳化深度值，每個(gè)試塊選取 5 個(gè)測點(diǎn)測量碳化深度，在測點(diǎn)表面形成直徑約 15 mm 的孔洞，深度大于混凝土碳化深度，采用濃度為 1 %～2 % 的酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁邊緣，當(dāng)碳化與為碳化界限清晰時(shí)，測出已碳化與未碳化交界面到混凝土表面的垂直距離d，并取 5 個(gè)測點(diǎn)碳化深度平均值作為該試塊的碳化深度值dm。

碳化深度測完后，將試塊側(cè)面放置壓力試驗(yàn)機(jī)上下承壓板之間，連續(xù)均勻加載直至試件壞，記錄試塊極限破壞荷載，將其除以受壓面積，得到混凝土立方體抗壓強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

對(duì)所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，試驗(yàn)分析結(jié)果如表3、表4 所示。

表3 普通回彈儀對(duì)全部數(shù)據(jù)回歸分析表

表4 高強(qiáng)回彈儀對(duì)全部數(shù)據(jù)回歸分析表

利用所獲得的數(shù)據(jù)，借助 Excel 中 LINEST 工具，采用線性函數(shù)、冪函數(shù)等不同數(shù)學(xué)模型對(duì)兩種回彈儀測試結(jié)果進(jìn)行擬合，可得到擬合分析結(jié)果，如表3、表4 所示。

同時(shí)，根據(jù) JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》，測強(qiáng)曲線的精度要用平均相對(duì)誤差和平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差兩個(gè)指標(biāo)。平均相對(duì)誤差、平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式見式（1）、式（2）。

由于擬合的曲線相關(guān)系數(shù)越大，說明推定強(qiáng)度與實(shí)際強(qiáng)度相關(guān)性越高，選擇普通回彈儀數(shù)學(xué)回歸方程見式（3），相關(guān)系數(shù)為 0.763；高強(qiáng)混凝土回彈儀的數(shù)學(xué)回歸方程見式（4），相關(guān)系數(shù)為0.648。

圖2、3 分別為兩種回彈儀回彈曲線示意圖。

圖2 普通回彈儀檢測混凝土回彈曲線

圖3 高強(qiáng)回彈儀檢測混凝土回彈曲線

由表3、表4 可知，兩種回彈儀建立的曲線均滿足 JGJ/23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》要求的平均誤差≤±14.0 %，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差≤±17.0 %，但普通回彈儀的這兩項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于高強(qiáng)混凝土回彈儀。

另外，為更直觀表現(xiàn)每個(gè)強(qiáng)度區(qū)間推算強(qiáng)度與實(shí)測強(qiáng)度的誤差大小，按照實(shí)測強(qiáng)度分為 30～40 MPa、40～50 MPa、50～60 MPa、60～70 MPa 四個(gè)區(qū)間，對(duì)每個(gè)區(qū)間內(nèi)的實(shí)測強(qiáng)度與推算強(qiáng)度做差取值絕對(duì)值后再計(jì)算平均值，結(jié)果如圖4 所示。圖中可以看出，用普通回彈儀建立的曲線，實(shí)測強(qiáng)度＞50 MPa 時(shí)，推測強(qiáng)度往往和實(shí)測值相差較大。用高強(qiáng)回彈儀建立的曲線，實(shí)測強(qiáng)度＜40 MPa 時(shí)，推測強(qiáng)度與實(shí)測強(qiáng)度差值的平均值高達(dá) 11 MPa，如圖4 所示。

圖4 實(shí)測強(qiáng)度與推算強(qiáng)度差值的平均值

為了得到精度更高的回歸曲線，故對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)實(shí)測抗壓強(qiáng) 30～50 MPa 與 50～70 MPa 分開進(jìn)行回歸，試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表5、表6 所示。

表5 普通回彈儀對(duì)實(shí)際抗壓強(qiáng)度＜50 MPa 數(shù)據(jù)回歸分析表

表6 高強(qiáng)回彈儀對(duì)實(shí)際抗壓強(qiáng)度＞50 MPa 數(shù)據(jù)回歸分析表

通過對(duì)表5、6 回歸數(shù)據(jù)中δ、er比較，普通回彈儀對(duì) 30～50 MPa 回歸的數(shù)學(xué)模型見式（5）。

高強(qiáng)回彈儀對(duì) 50～70 MPa 回歸的數(shù)學(xué)模型見式（6）。

通過對(duì)比表3、表4、表5 與表6，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)實(shí)際抗壓 30～50 MPa 用普通回彈儀數(shù)據(jù)回歸，50～70 MPa 用高強(qiáng)回彈儀數(shù)據(jù)回歸，所得到的回歸曲線平均相對(duì)誤差分別從±8.45 %、±10.61 % 降低到±6.57 %、±5.68 %，平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差從±11.09 %、±13.24 % 降低到±9.26 %、±6.94 %。說明回歸曲線更加精確。至于相關(guān)系數(shù)降低，可能是與拆開分析后，樣本數(shù)量下降有關(guān)。

同樣對(duì)每個(gè)區(qū)間內(nèi)的實(shí)測強(qiáng)度與推算強(qiáng)度做差取值絕對(duì)值后再計(jì)算平均值，如圖5 所示，其中 30～40 MPa、40～50 MPa 用的是普通高回彈儀，50～60 MPa、60～70 MPa 用的是高強(qiáng)回彈儀。實(shí)測抗壓強(qiáng)度 30～50 MPa 與 50～70 MPa 分開進(jìn)行回歸后，推測強(qiáng)度與實(shí)測強(qiáng)度差值的平均值顯著降低，30～40 MPa 僅 1.5 MPa，最大值出現(xiàn)在 C60～C70 ，也僅 5.2 MPa。

圖5 實(shí)測強(qiáng)度與推算強(qiáng)度差值的平均值

3 結(jié)論

在利用設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為 C30～C55 混凝土建立回彈測強(qiáng)曲線時(shí)，發(fā)現(xiàn)不管是用普通回彈儀還是高強(qiáng)回彈儀，回歸曲線的精度都能滿足規(guī)范 JGJ/T 23－2011《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》要求的平均誤差≤±14.0 %，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差≤±17.0 %，但普通回彈儀的這兩項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于高強(qiáng)混凝土回彈儀。

普通回彈儀在測高強(qiáng)混凝土及高強(qiáng)混凝土回彈儀在測低強(qiáng)度混凝土?xí)r誤差往往會(huì)更大的現(xiàn)象。當(dāng)使用普通回彈儀回歸曲線時(shí)，實(shí)際抗壓強(qiáng)度在 60～70 MPa 時(shí)，推算與實(shí)測抗壓強(qiáng)度差值的平均值為 7.6 MPa。當(dāng)使用高強(qiáng)混凝土回彈儀回歸曲線時(shí)，實(shí)際抗壓強(qiáng)度在 30～40 MPa 時(shí)，推算強(qiáng)度與實(shí)測抗壓強(qiáng)度差值的平均值高達(dá) 11.2 MPa。

針對(duì)實(shí)測強(qiáng)度 30～50 MPa 的試塊用普通回彈儀，50 MPa 以上的試塊用高強(qiáng)混凝土回彈儀分別進(jìn)行回歸分析，所得回歸曲線的平均相對(duì)誤差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差均優(yōu)于組合在一起時(shí)用的普通回彈儀或高強(qiáng)回彈儀的回歸的測強(qiáng)曲線。所以普通回彈儀適用于強(qiáng)度在 50 MPa 以下的混凝土，而高強(qiáng)混凝土回彈儀更適用于強(qiáng)度高于 50 MPa 以上的混凝土。Q