回彈法在南水北調(diào)中線工程混凝土檢測中的應(yīng)用

宋云濤，李春強

（1．南水北調(diào)中線建管局 河北直管建管部，河北 石家莊 050000；2．河北省水利工程局 第八工程處，河北 石家莊 050000）

0 引言

在南水北調(diào)工程中，檢測建筑物混凝土抗壓強度是一項常規(guī)且重要的任務(wù)?；貜椃ㄊ菣z查混凝土抗壓強度的一種重要手段，其原理是通過彈擊被測物表面獲得回彈值，以回彈值推定被測物的抗壓強度［1］。該方法適用于抗壓強度10～60 MPa的混凝土，基本上能夠滿足南水北調(diào)工程中大部分混凝土結(jié)構(gòu)檢測的需要。

數(shù)字回彈儀能夠直接記錄回彈數(shù)據(jù)、自動計算強度，可以現(xiàn)場直接得出檢測結(jié)果，迅速判斷工程實體質(zhì)量，找出薄弱環(huán)節(jié)。南水北調(diào)中線工程配備的回彈儀是HT225W全自動數(shù)字式，其使用的環(huán)境溫度為－4℃～40℃［2］，適用厚度不大于 60 cm 或骨料最大粒徑不大于40 mm的混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件［3］。筆者分析了該數(shù)字回彈儀檢測混凝土強度的方法及注意事項。

1 石門河倒虹吸工程概況

南水北調(diào)中線一期工程石門河渠道倒虹吸施工標(biāo)段位于河南省輝縣市趙固鄉(xiāng)大砂窩村西北1．5 km處，總長1 550 m，其中建筑物倒虹吸管身段水平投影長1 015 m，進口漸變段、閘室段長68 m，出口閘室、漸變段長93 m。該倒虹吸結(jié)構(gòu)形式為箱式，三孔一聯(lián)，單孔寬 6．9 m、高 6．9 m，總共 69 個管節(jié)，混凝土澆筑量12．6萬m3。為了控制混凝土工程質(zhì)量，該標(biāo)段采用了回彈法對混凝土強度進行抽測。

2 回彈儀的檢定、率定及保養(yǎng)

2．1 回彈儀的檢定

回彈儀檢定周期為半年［1］。回彈儀具有下列情況之一時，應(yīng)送到法定計量檢定機構(gòu)，按照國家現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《回彈儀》（JJG817）對回彈儀進行檢定。（1）新回彈儀啟用前。（2）超過檢定有效期限（有效期為半年）。（3）數(shù)字式回彈儀顯示的回彈值與指針直讀示值相差大于 1［1］。（4）經(jīng)常規(guī)保養(yǎng)后，鋼砧率定值不合格。將回彈儀在洛氏硬度HRC為60±2的鋼砧上，回彈儀的率定值應(yīng)為 80±2［1］。 （5）遭受嚴(yán)重撞擊或其他損害。

當(dāng)回彈儀不符合標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時，不得用于工程檢測。本次使用的回彈儀為北京康科瑞工程檢測技術(shù)有限公司生產(chǎn)的HT225W型全自動數(shù)字式回彈儀。該回彈儀具有國家批準(zhǔn)使用的生產(chǎn)許可證和出廠合格證，回彈儀的檢定在有效期內(nèi)。

2．2 回彈儀的率定

在工程檢測前后，回彈儀應(yīng)在鋼砧上作率定試驗。率定試驗宜在室溫為5℃～35℃的干燥條件下進行，所用的砧鐵應(yīng)每2年送到授權(quán)的計量檢定機構(gòu)進行檢定或校準(zhǔn)［2］。進行回彈儀率定試驗時，鋼砧表面應(yīng)干燥、清潔，并穩(wěn)固地平放在剛度大的物體上。測定回彈值時，取連續(xù)向下彈擊3次的穩(wěn)定回彈平均值。彈擊桿應(yīng)分4次旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)宜為90°，彈擊桿每旋轉(zhuǎn)一次的率定平均值應(yīng)為80±2［1］。

本工程在使用回彈儀前，對回彈儀進行了鋼砧率定，4個方向的回彈值分別為 79、80、80、80， 率定結(jié)果符合規(guī)范80±2的要求。

2．3 回彈儀的保養(yǎng)

回彈儀彈擊次數(shù)超過2000次或在鋼砧上的率定值不合格時［2］，都應(yīng)進行常規(guī)保養(yǎng)。常規(guī)保養(yǎng)應(yīng)符合下列規(guī)定。

（1）使彈擊錘脫鉤，取出機芯，卸下彈擊桿，然后取出里面的緩沖壓簧、彈擊錘、彈擊拉簧和拉簧座。（2）清洗機芯各零部件，重點清洗中心導(dǎo)桿、彈擊錘、彈擊桿的內(nèi)孔和沖擊面。清洗后，應(yīng)在中心導(dǎo)桿上薄薄涂抹鐘表油，其他零部件均不得抹油。（3）清理機殼內(nèi)壁，卸下刻度尺并應(yīng)檢查指針 （摩擦力應(yīng)為0．5～0．8N）。 （4）不得旋轉(zhuǎn)尾蓋上已定位緊固的調(diào)零螺絲。（5）不得自制或更換零部件。（6）保養(yǎng)后，應(yīng)重新進行鋼砧率定試驗［2］。

回彈儀使用完畢后，應(yīng)使彈擊桿伸出機殼，清除彈擊桿、桿前的端球面、刻度尺表面和外殼上的污垢和塵土?；貜梼x不用時，應(yīng)將彈擊桿壓入儀器內(nèi)，經(jīng)彈擊后，再按下按鈕，鎖住機芯，然后將回彈儀裝入儀器箱，平放在干燥陰涼處［2］。

2．4 數(shù)字式回彈儀使用注意事項

使用數(shù)字回彈儀時，應(yīng)避免進水、避免高溫（＞50℃）、避免靠近非常強的磁場，如大型電磁鐵、大型變壓器等。儀器長時間不使用時，請取出電池，避免電池漏液對電路造成損壞。另外，未經(jīng)允許，請勿打開儀器機殼。

3 回彈值的測量

3．1 測區(qū)和測點布置

3．1．1 測區(qū)布置

測區(qū)布置原則為：（1）每一結(jié)構(gòu)或構(gòu)件測區(qū)數(shù)不應(yīng)少于 10個［4］。 但對某一方向尺寸小于 4．5 m、且另一方向尺寸小于0．3 m的構(gòu)件，測區(qū)數(shù)量可適當(dāng)減少，但不應(yīng)少于5個。（2）測區(qū)的面積不宜大于0．04 m2，相鄰兩個測區(qū)的間距應(yīng)控制在2 m以內(nèi)，測區(qū)離構(gòu)件端部或施工縫邊緣的距離大于等于0．2 m、小于等于0．5 m。（3）在構(gòu)件的重要部位及薄弱部位應(yīng)布置測區(qū)，并應(yīng)避開預(yù)埋件。（4）檢測面應(yīng)為混凝土原漿面，并應(yīng)清潔、平整，不應(yīng)有疏松層、浮漿、油垢、涂層以及蜂窩、麻面。（5）對彈擊時產(chǎn)生顫動的薄壁、小型構(gòu)件應(yīng)進行固定。

本工程根據(jù)現(xiàn)場實際情況，隨機選取了10個構(gòu)件進行檢測 （檢測部位混凝土齡期均超過28 d），其中，進口閘室段1個（設(shè)計標(biāo)號C25）、出口閘室段2個（設(shè)計標(biāo)號C25）、管身段7個（設(shè)計標(biāo)號C30）。每個構(gòu)件選取清潔、平整、無蜂窩的表面布置10個測區(qū)（共布設(shè)了100個測區(qū)），每個測區(qū)用粉筆標(biāo)示出20 cm×20 cm大小的矩形，并依次編號，以便于后期對應(yīng)查找。

3．1．2 測點布置

測點宜在測區(qū)范圍內(nèi)均勻分布。相鄰兩測點的凈距不宜小于20 mm，測點距外露鋼筋、預(yù)埋件的距離不宜小于30 mm，測點不應(yīng)在氣孔或外露石子上。同一測點只應(yīng)彈擊一次，每一測區(qū)應(yīng)記取16個回彈值。當(dāng)出現(xiàn)回彈值過高或過低，應(yīng)查明原因?？稍谠摐y點附近（約 30 mm）補測，舍棄原測點［2］。

3．2 回彈儀操作步驟

（1）開機。連接好回彈儀和主機后，開機。當(dāng)開機畫面中顯示電量不足或電壓＜7．0 V時，請更換電池。換電池時，注意電池的正負(fù)極。

（2）選擇回彈儀。選擇的回彈儀編號必須與使用的回彈儀一致，否則測試結(jié)果不準(zhǔn)確。

（3）參數(shù)設(shè)置。選擇回彈法測試，并進行以下設(shè)置。根據(jù)工程實際情況，依次設(shè)置構(gòu)件號、測區(qū)數(shù)、測試面、測試角度、是否泵送混凝土等。構(gòu)件號可任意設(shè)置，本系統(tǒng)支持重號；測區(qū)數(shù)目可在01～20之間任意設(shè)置；測試面參數(shù)可設(shè)為側(cè)面、表面或底面；角度參數(shù)可設(shè)向上 90°、向上 60°、向上 45°、向上 30°、水平 0°、向下 30°、向下 45°、向下 60°、向下 90°；泵送參數(shù)可設(shè)為“泵送”（泵送混凝土）或“非泵送”（非泵送混凝土）。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本次回彈儀參數(shù)設(shè)置為：測區(qū)數(shù)為10，測試面為側(cè)面，測試角度為水平0°，泵送參數(shù)設(shè)定為非泵送。

（4）回彈值測試。參數(shù)設(shè)置完之后，按“確定”鍵，即開始進行回彈測試。一個測區(qū)16個回彈值測完后，蜂鳴器發(fā)出響聲，按確定鍵，進行下一個測區(qū)的測試。如果要修改某一個測點的數(shù)據(jù)，則在蜂鳴器發(fā)出響聲后，按鍵，移動光標(biāo)到該測點上，按“刪除”鍵，刪除數(shù)據(jù)，然后，重新彈擊一次。完成修改后，按確定鍵，進入下一個測區(qū)測試。每個構(gòu)件測試完成后，回彈數(shù)據(jù)自動儲存在儀器中，儀器內(nèi)的構(gòu)件編號自動加1，其他各種參數(shù)不變，然后逐一進行下個構(gòu)件的測試。儲存在回彈儀內(nèi)的數(shù)據(jù)可以通過USB或串口數(shù)據(jù)線傳輸?shù)诫娔X上，通過數(shù)字回彈儀電腦處理軟件對數(shù)據(jù)進行編輯和分析，最終生成檢測報告。

在整個檢測過程中，回彈儀的軸線應(yīng)始終垂直于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的混凝土檢測面，緩慢均勻施壓，準(zhǔn)確讀數(shù)， 快速復(fù)位［4］。

3．3 數(shù)據(jù)分析查看

當(dāng)全部測區(qū)測試完成后，用戶可進行數(shù)據(jù)分析查看或進行新構(gòu)件的測試。回彈法數(shù)據(jù)分析查看可以選擇規(guī)程和輸入碳化深度值，并計算混凝土強度推定值。

3．3．1 碳化深度值測量

回彈值測量完畢后，應(yīng)在有代表性的位置上測量碳化深度值 （測點數(shù)不應(yīng)少于構(gòu)件測區(qū)數(shù)的30%）。所有測點的平均值為該構(gòu)件每測區(qū)的碳化深度值。當(dāng)碳化深度值極差大于2．0 mm時，應(yīng)在每一測區(qū)測量碳化深度值。

碳化深度值測量可采用電動沖擊鉆、φ18～φ22的鉆或釬子在測區(qū)表面形成直徑15 mm的孔［5］，孔深度應(yīng)大于混凝土的碳化深度?？锥粗械姆勰┖退樾紤?yīng)除凈，但不得用水擦洗。同時，應(yīng)采用濃度為1%的酚酞乙醇溶液（含20%的蒸餾水）滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處。當(dāng)已碳化與未碳化界線清楚時，用深度測量工具測量已碳化與未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距離（不變色區(qū)的深度），測量不應(yīng)少于3次（每次讀數(shù)精確至0．5mm），取其平均值。當(dāng)測量的碳化深度小于0．4mm時，則按無碳化處理［4］。 混凝土如果剛達到齡期，由于碳化時間較短，碳化深度較淺，可以不用測量碳化深度。

本工程每個構(gòu)件選取3處進行碳化值的檢測。檢測時，現(xiàn)場采用φ20釬子在測區(qū)表面鑿成直徑15 mm、深度約15mm的孔，采用吹風(fēng)球把孔洞中的粉末和碎屑清除干凈，使用棉簽將濃度為1%的酚酞乙醇溶液涂抹在孔洞內(nèi)壁，最后測量不變色區(qū)的深度即為碳化值，3個部位取平均值作為這個構(gòu)件的碳化值。

3．3．2 混凝土強度推定值的計算

先用上、下鍵選擇構(gòu)件，按確定鍵進行規(guī)程和碳化深度的設(shè)置。然后，用左、右鍵選擇測區(qū)號，按上、下鍵調(diào)整碳化值，選擇完成后，按“確定”鍵，儀器即可計算出每個構(gòu)件的回彈平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、回彈推定值等，現(xiàn)場可判斷出測試部位的質(zhì)量是否合格。石門河倒虹吸回彈數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。判定結(jié)果全部為合格。

表1 石門河倒虹吸混凝土回彈檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表Table 1 Statistics of Shimen river inverted siphon concrete springback test data

由表1可以看出，本次檢測所有構(gòu)件回彈強度推定值均大于設(shè)計強度等級標(biāo)準(zhǔn)值，均判定為符合設(shè)計要求。

4 結(jié)語

混凝土抗壓強度是混凝土的一項關(guān)鍵性指標(biāo)，而南水北調(diào)工程線路長、建筑物眾多、混凝土工程量巨大，其混凝土抗壓強度檢測任務(wù)相當(dāng)繁重。數(shù)字回彈儀將數(shù)據(jù)采集、顯示、儲存、強度計算等功能集于一身，是目前獲取混凝土抗壓強度指標(biāo)的最快速、最簡單和最經(jīng)濟的測試方法，其推廣使用對南水北調(diào)工程混凝土質(zhì)量控制能夠起到積極作用。

參考規(guī)范：

［1］ JGJ817－2011，回彈儀［S］．

［2］JGJ／T 23－2011，回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程［S］．

［3］ DL ／T5150－2001，水工混凝土試驗規(guī)程［S］．

［4］ SL352－2006，水工混凝土試驗規(guī)程［S］．

［5］杜明昕．測量混凝土碳化深度值新法［J］．工業(yè)建筑，1992（7）：57－57．