回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度
2006-10-08 00:00
摘要：介紹了回彈儀檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的儀器、原理和方法，以及影響檢測(cè)強(qiáng)度值的因素，提供了無(wú)損檢測(cè)最廣泛、最簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的測(cè)定混凝土強(qiáng)度的方法。
關(guān)鍵詞：碳化深度；回彈值；抗壓強(qiáng)度；混凝土
現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)方法很多，如鉆芯法、拔出法、壓痕法、射擊法、回彈法、超聲法、回彈超聲綜合法、超聲衰減綜合法，射線法落球法等，其中回彈法、超聲回彈綜合法是應(yīng)用最廣的無(wú)損檢測(cè)方法，混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度與無(wú)損檢測(cè)的參數(shù)（ 超聲聲速值、回彈值、拔出力等）之間建立起來(lái)的關(guān)系曲線稱為測(cè)強(qiáng)曲線，它是無(wú)損檢測(cè)推定混凝土強(qiáng)度的基礎(chǔ)。測(cè)強(qiáng)曲線根據(jù)材料來(lái)源，分為統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線、地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線和專用（ 率定）測(cè)強(qiáng)曲線三類。
利用回彈儀（ 一種直射錘擊式儀器）檢測(cè)普通混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗壓強(qiáng)度的方法簡(jiǎn)稱回彈法。下面著重介紹回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度。
1 檢測(cè)原理及特點(diǎn)
1.1 原理
由于混凝土的抗壓強(qiáng)度與其表面硬度之間存在某種相關(guān)關(guān)系，而回彈儀的彈擊錘被一定的彈力打擊在混凝土表面上，其回彈高度（ 通過(guò)回彈儀讀得回彈值）與混凝土表面硬度成一定的比例關(guān)系。因此以回彈值反映混凝土表面硬度，根據(jù)表面硬度則可推求混凝土的抗壓強(qiáng)度。
1.2 特點(diǎn)
用回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度，雖然檢測(cè)精度不高，但是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)試迅速，以及檢測(cè)費(fèi)用低廉，且不破壞混凝土的正常使用，故在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定中使用較多。
影響回彈法準(zhǔn)確度的因素較多，如操作方法、儀器性能、氣候條件等。為此，必須掌握正確的操作方法，注意回彈儀的保養(yǎng)和校正。
《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（ JG J/T23-2001）中規(guī)定：回彈法檢測(cè)混凝土的齡期為7 d～1 000 d，不適用于表層及內(nèi)部質(zhì)量有明顯差異或內(nèi)部存在缺陷的混凝土構(gòu)件和特種成型工藝制作的混凝土的檢測(cè)，這大大限制了回彈法的檢測(cè)范圍。
另外，由于高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度基數(shù)較大，即使只有15% 的相對(duì)誤差，其絕對(duì)誤差也會(huì)很大而使檢測(cè)結(jié)果失去意義。
2 儀器
測(cè)量回彈值使用的儀器為回彈儀?；貜梼x的質(zhì)量及其穩(wěn)定性是保證回彈法檢測(cè)精度的技術(shù)關(guān)鍵。
2.1 類型
國(guó)內(nèi)回彈儀的構(gòu)造及零部件和裝配質(zhì)量必須符合《混凝土回彈儀》（ JJG 817-93）的要求?；貜梼x按回彈沖擊能量大小分為重型、中型和輕型。普通混凝土抗壓強(qiáng)度不大于C50 時(shí)，通常采用中型回彈儀；混凝土抗壓強(qiáng)度不小于C60 時(shí)，宜采用重型回彈儀。
傳統(tǒng)的回彈儀是通過(guò)直接讀取回彈儀指針?biāo)谖恢米x數(shù)來(lái)測(cè)取數(shù)據(jù)的，為一直讀式。目前已有的新產(chǎn)品有自記式、帶微型工控機(jī)的自動(dòng)記錄及處理數(shù)據(jù)等功能的回彈儀。
2.2 影響檢測(cè)性能的因素
影響回彈儀檢測(cè)性能的主要因素有：① 回彈儀機(jī)芯主要零件的裝配尺寸，包括彈擊拉簧的工作長(zhǎng)度、彈擊錘的沖擊長(zhǎng)度以及彈擊錘的起跳位置等。② 主要零件的質(zhì)量，包括拉簧剛度、彈擊桿前端的球面半徑、指針長(zhǎng)度和摩擦力、影響彈擊錘起跳的有關(guān)零件。③ 機(jī)芯裝配質(zhì)量，如調(diào)零螺釘、固定彈擊拉簧和機(jī)芯同軸度等。
2.3 鋼砧率定作用
我國(guó)傳統(tǒng)的回彈儀率定方法是：在符合標(biāo)準(zhǔn)的鋼砧上，將儀器垂直向下率定。
由上述影響回彈儀檢測(cè)性能的主要因素可知，僅以鋼砧率作為檢驗(yàn)合格與否往往是欠妥的。只有在儀器３個(gè)裝配尺寸和主要零件質(zhì)量合格的前提下，鋼砧率定值才能夠作為檢驗(yàn)合格與否的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。
3 檢測(cè)強(qiáng)度值的影響因素
回彈法是根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)表面約6 m m 厚度范圍的彈塑性能，間接推定混凝土的表面強(qiáng)度，并把構(gòu)件豎向側(cè)面的混凝土表面強(qiáng)度與內(nèi)部看作一致。因此，混凝土構(gòu)件的表面狀態(tài)直接影響推定值的準(zhǔn)確性和合理性。
3.1 原材料
3.1.1 水泥
水泥品種對(duì)回彈法測(cè)強(qiáng)的影響，還存在爭(zhēng)議。一種觀點(diǎn)認(rèn)為，只要考慮了碳化深度的影響，可以不考慮水泥品種的影響。
3.1.2 集料
已有的研究表明，只要普通混凝土用細(xì)集料的品種和粒徑符合《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》（ JG J52）的規(guī)定，對(duì)回彈法測(cè)強(qiáng)的影響不顯著。
3.1.3 粗集料
目前，人們對(duì)粗集料品種的影響還沒(méi)有一致的認(rèn)識(shí)。一般在制訂地方測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，結(jié)合具體情況予以考慮。
3.2 外加劑
在普通混凝土中，外加劑對(duì)回彈法測(cè)強(qiáng)的影響不顯著。摻有外加劑的混凝土測(cè)強(qiáng)曲線比不摻者的強(qiáng)度偏高1.5 M Pa～5 M Pa。這對(duì)于采用統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線進(jìn)行的回彈法檢測(cè)，所得混凝土強(qiáng)度的安全性是可以接受的。
3.3 成型方法
總體上，不同強(qiáng)度等級(jí)、不同用途的混凝土混合物，應(yīng)有各自相應(yīng)的最佳成型工藝。但是只要混凝土密實(shí)，其影響一般較小。噴射混凝土和表面通過(guò)特殊物理方法、化學(xué)方法成型的混凝土，統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線的應(yīng)用要慎重。
3.4 養(yǎng)護(hù)方法及濕度
混凝土在潮濕的環(huán)境或水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，由于水化作用較好，早期和后期強(qiáng)度均比在干燥條件下養(yǎng)護(hù)得高，但表面硬度由于被水軟化而降低。不同的養(yǎng)護(hù)方法產(chǎn)生不同的濕度對(duì)混凝土強(qiáng)度及回彈值都有很大的影響。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)與自然養(yǎng)護(hù)的混凝土含水率不同，右強(qiáng)度發(fā)展不同，則表面強(qiáng)度也不同。在早期，這種差異更明顯。濕度對(duì)強(qiáng)度的混凝土的影響較大，但隨強(qiáng)度的增加，濕度的影響逐漸減小。
3.5 碳化及齡期
水泥一經(jīng)水化游離出大約35% 的氫氧化鈣，它對(duì)混凝土的硬化起了重大的作用。已經(jīng)硬化的混凝土表面受到二氧化碳的作用，使氫氧化鈣逐漸變化，生成硬度較高的碳酸鈣，即發(fā)生混凝土的碳化現(xiàn)象，它對(duì)回彈法測(cè)強(qiáng)有顯著的影響。
碳化使混凝土表面硬度增加，回彈值增大，但對(duì)混凝土強(qiáng)度影響不大，從而影響混凝土強(qiáng)度與回彈值的相關(guān)關(guān)系。不同的碳化深度對(duì)其影響不一樣。對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，同一碳化深度的影響也有差異。
國(guó)外消除碳化影響的做法是磨去混凝土碳化層或不允許對(duì)齡期較長(zhǎng)的混凝土進(jìn)行測(cè)試。我國(guó)是用碳化深度作為一個(gè)測(cè)強(qiáng)參數(shù)來(lái)反映碳化的影響。雖然回彈值隨碳化深度的增加而增大，但碳化深度達(dá)到6 m m ，這種影響基本不再增長(zhǎng)。
3.6 泵送混凝土
根據(jù)福建建筑研究院的試驗(yàn)研究，對(duì)于泵送混凝土用測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算得出的換算強(qiáng)度值普遍低于混凝土的實(shí)際抗壓強(qiáng)度（ 試件強(qiáng)度）值。換算強(qiáng)度值越低，誤差越大，且正偏差居多。
當(dāng)換算強(qiáng)度值在50 M Pa 以上時(shí)影響減小。誤差修正可以按表1執(zhí)行。
3.7 混凝土表面缺陷
根據(jù)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)件混凝土局部表面偶爾出現(xiàn)異常狀態(tài)，強(qiáng)度異常低，在分析排除施工或材料異常的情況下，應(yīng)考慮存在混凝土表面與內(nèi)部強(qiáng)度差異較大的可能。造成表面強(qiáng)度局部異常的常見(jiàn)原因有施工振搗過(guò)甚，表面離析，砂漿層太厚，局部混凝土表面潮濕軟化，構(gòu)件表面粗糙，檢測(cè)前未按要求認(rèn)真打磨等操作失誤或測(cè)區(qū)劃分錯(cuò)誤?；炷帘韺訌?qiáng)度幾乎不影響構(gòu)件的承載力和剛度，因此若仍按規(guī)程以測(cè)區(qū)強(qiáng)度最小值來(lái)推定，必然過(guò)于保守，可能導(dǎo)致錯(cuò)誤決策，故有必要先進(jìn)行異常值的判斷，當(dāng)判定屬于數(shù)據(jù)異常時(shí)，有條件的可采取鉆芯法進(jìn)一步檢測(cè)。
3.8 混凝土結(jié)構(gòu)中表層鋼筋對(duì)回彈值的影響
采用回彈儀所測(cè)得的回彈值只代表混凝土表面層2 cm ～3 cm的質(zhì)量。因此，在實(shí)際工作中，鋼筋對(duì)回彈值的影響要視鋼筋混凝土保護(hù)層厚度、鋼筋直徑及疏密程度而定。如果在工程施工中，按規(guī)定混凝土中鋼筋保護(hù)層厚度普遍大于20 m m ，用回彈儀進(jìn)行對(duì)比回彈，混凝土回彈值波動(dòng)幅度不大，可視為沒(méi)有影響。在通常的情況下，混凝土保護(hù)層厚度基本大于規(guī)范規(guī)定值，在回彈檢測(cè)混凝土強(qiáng)度過(guò)程中，對(duì)鋼筋的影響可忽略不計(jì)。
4 檢測(cè)方法
4.1 數(shù)據(jù)采集
4.1.1 工程資料
用回彈法檢測(cè)前，應(yīng)全面、正確了解被測(cè)結(jié)構(gòu)的情況，如混凝土設(shè)計(jì)參數(shù)、混凝土實(shí)際所用混合物材料、結(jié)構(gòu)名稱、結(jié)構(gòu)形式等。
4.1.2 測(cè)區(qū)回彈值
測(cè)區(qū)的選定采用抽檢的方法，在0.2 m ×0.2 m 范圍內(nèi)測(cè)點(diǎn)均勻分布。所選測(cè)區(qū)相對(duì)平整和清潔，不存在蜂窩和麻面，也沒(méi)有裂縫、裂紋、剝落，層裂等現(xiàn)象。按照利用回彈儀進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的規(guī)范， 即根據(jù)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)范》（ JG J/T23-2001）的規(guī)定，在每一個(gè)檢測(cè)區(qū)測(cè)取16 個(gè)回彈值。每一讀數(shù)都精確到1。測(cè)點(diǎn)間距不小于20 m m ，測(cè)點(diǎn)距構(gòu)件邊緣不小于30 m m 。在檢測(cè)時(shí)，回彈儀的軸線始終垂直于被檢測(cè)區(qū)的測(cè)點(diǎn)所在面。
4.1.3 碳化深度
在有代表性的測(cè)區(qū)進(jìn)行碳化深度測(cè)定。當(dāng)碳化深度大于2.0 m m 時(shí)，應(yīng)在每個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行碳化深度測(cè)定。
4.2 強(qiáng)度計(jì)算
4.2.1 回彈值計(jì)算
從每一個(gè)測(cè)區(qū)所得的16 個(gè)回彈值中，剔除3 個(gè)最大值和3個(gè)最小值后，將余下的10 個(gè)回彈值按下列公式計(jì)算平均值：
式中，Rm 為測(cè)區(qū)平均回彈值，精確至0.1；Ri為第i 個(gè)測(cè)點(diǎn)的回彈值。
4.2.2 回彈值修正
① 對(duì)于回彈儀非水平方向檢測(cè)混凝土澆筑側(cè)面時(shí)，回彈值按下式校正。
Rm=Rm α+Raα
式中，Rm α 為非水平方向檢測(cè)時(shí)測(cè)區(qū)的平均回彈值，精確至0.1；Raα 為非水平方向檢測(cè)時(shí)測(cè)區(qū)的平均回彈值的修正值，按表2 取值。
?、?將回彈儀水平方向檢測(cè)混凝土澆筑表面時(shí)得的回彈值，或相當(dāng)于水平方向檢測(cè)混凝土澆筑面時(shí)的回彈值，按下式修正：
Rm=Rmt＋Rat， Rm=Rmb＋Rab.
式中，Rmt，Rmb 為水平方向（ 或相當(dāng)于水平方向）檢測(cè)混凝土澆筑表面、底面，測(cè)區(qū)的平均回彈值，精確至0.1；Rat，Rab 為混凝土澆筑表面、底面回彈值的修正值，按表3 取值。
4.2.3 碳化深度計(jì)算
對(duì)于抽檢碳化深度的計(jì)算，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算，以平均值作為測(cè)區(qū)碳化深度。
4.2.4 測(cè)強(qiáng)曲線應(yīng)用
對(duì)于沒(méi)有可以利用的地區(qū)和專用混凝土回彈測(cè)強(qiáng)曲線，測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度的求取，可以按規(guī)范附錄中所提供的“ 測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算表”換算。
4.3 異常數(shù)據(jù)分析
混凝土強(qiáng)度不是定值，它服從正態(tài)分布?；炷翉?qiáng)度無(wú)損檢測(cè)屬于多次測(cè)量的試驗(yàn)，可能會(huì)遇到個(gè)別誤差不合理的可疑數(shù)據(jù)，應(yīng)予以剔除。根據(jù)統(tǒng)計(jì)理論，絕對(duì)值越大的誤差，出現(xiàn)的概率越小，當(dāng)劃定了超越概率或保證率時(shí)，其數(shù)據(jù)合理范圍也相應(yīng)確定。因此，可以選擇一個(gè)“ 判定值”去和測(cè)量數(shù)據(jù)比較，超出判定值者則認(rèn)為包含過(guò)失誤差而應(yīng)剔除。
4.4 強(qiáng)度推定
按批量檢測(cè)，其混凝土強(qiáng)度推定值由下式計(jì)算：
式中，Rm ，m ine 為該批構(gòu)件中最小的測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的平均值（ M Pa），精確至0.1 M Pa。
該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定值取上述公式中（ Rm 或R2）較大值。
對(duì)于按批量檢測(cè)的構(gòu)件，當(dāng)該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，則該批構(gòu)件應(yīng)該全部按單個(gè)構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)：① 當(dāng)該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度平均值小于25 M Pa 時(shí)，S 大于4.5 M Pa。② 當(dāng)該批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度平均值不小于25 M Pa時(shí)，S 大于5.5 M Pa。
當(dāng)按單個(gè)構(gòu)件計(jì)算時(shí)以最小值為該構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值：
R=Rm ，m ine .
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