閆冬冬

（中鐵建大橋工程局集團第五工程有限公司，四川 成都 610500）

0 引言

混凝土強度作為建筑工程結(jié)構(gòu)強度的基礎(chǔ)，屬于工程中涉及安全的重點控制指標，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，進而得到強度。顯然，該強度代表的是混凝土表面強度。但在工程實際中，要求混凝土強度數(shù)據(jù)是指試塊的內(nèi)部強度，或者是整體強度。因此，回彈法測試表面強度，要能表征混凝土的整體強度。

一般而言，對于較長期暴露的混凝土，其強度測試不適合用回彈法。例如，老舊建筑物的混凝土強度檢測，由于混凝土表面受環(huán)境影響老化十分嚴重，其強度更多地體現(xiàn)在內(nèi)部。因此，回彈法難以準確測試。對于混凝土養(yǎng)護時間不足的情況，其內(nèi)部和外部強度正在發(fā)展中，化合作用均勻度有可能不一致，回彈法同樣不夠準確。所以，回彈法只能適用于達到固定養(yǎng)護周期的混凝土構(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)護完畢后進行檢測，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)果的準確度是關(guān)鍵，其實現(xiàn)途徑包括：確?；炷猎噳K內(nèi)部和表面強度的一致性，確保整體強度的均勻性。這必須從被測試混凝土施工工藝和強度檢測操作技術(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?；炷羶?nèi)、外部或各處的強度的一致性。通過有關(guān)試驗數(shù)據(jù)資料，對于相同牌號的混凝土，機械拌合與人工拌合其強度相差較大，顯然機械攪拌更加均勻，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，搗振方式對強度影響不大[2]?；谏鲜鲅芯?，為了保證混凝土構(gòu)件各處強度的均勻性，應(yīng)該采取機械攪拌，并采取適當?shù)膿v振操作形式。

2.1.2 混凝土養(yǎng)護

混凝土養(yǎng)護是混凝土結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量的關(guān)鍵，同時對混凝土的強度均勻性有很大影響。一方面，是養(yǎng)護期的脫模過程，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，進而碳化值過高；另一方面，養(yǎng)護期養(yǎng)護工藝質(zhì)量差，使得混凝土表面存在粉化、泡漿、麻面等情況，造成強度質(zhì)量不達標。不同的養(yǎng)護方法對混凝土強度同樣有影響。例如，自然養(yǎng)護較灑水養(yǎng)護，其強度檢測更適用于回彈法檢測，而蒸壓養(yǎng)護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)護會使得混凝土強度較正常情況更低，而自然養(yǎng)護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行強度檢測，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)境中分別進行混凝土強度檢測[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)境進行回彈法強度檢測。

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度有影響，會造成內(nèi)外部強度的不一致。為此，在檢測時，要測量碳化深度，從而將其代入最終的強度計算之中。為此，一方面要嚴格執(zhí)行操作標準，確保混凝土試塊表面深度及清理工作，另一方面加強檢測技術(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。主要是對試品準備、儀器設(shè)備、操作方法等方面的控制。

試品準備。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，方可進行檢測試驗。

儀器設(shè)備?；貜梼x型號眾多，作為一種測量儀器，其本身必須要求在準確度檢定范圍內(nèi)，并具備檢定合格證書。條件允許的情況下，應(yīng)對其率定值進行測試。例如：以鋼砧HRC60進行測定，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)不準確。另一方面，檢測數(shù)據(jù)的分析記錄必須準確，對于結(jié)果的驗算，在大型工程中，可通過鉆芯法進行局部驗證。

3 回彈法檢測技術(shù)在混凝土強度檢測中的應(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行檢測，并配備壓力試驗機對數(shù)據(jù)進行驗證。

3.2 檢測過程

3.2.1 檢測準備

（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、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)護必須在標準養(yǎng)護池中進行，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）抗壓強度測量。

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

（3）碳化深度測量。

回彈值和抗壓強度測試完畢后，取破裂試塊，使用沖擊鉆對試塊沖擊面進行鉆孔，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)進行收集整理，得到2組混凝土試塊強度測量值（見表1所示）。

表1 混凝土試塊強度測量值

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

4 結(jié)束語

混凝土強度是建筑工程結(jié)構(gòu)安全性的基礎(chǔ)，其強度檢測必須具有較高的準確性。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確性是基于對混凝土試塊和檢測過程的標準和工藝控制。