回彈儀檢測混凝土在穿黃工程中的應(yīng)用

王迎發(fā) ，夏 ，周鳳才 ，姚 劍

（1.遼寧宏禹水利工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，遼寧 沈陽110006；2.水利部海河水利委員會，天津300450）

回彈法是利用混凝土的表面硬度與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的函數(shù)關(guān)系式來推定混凝土抗壓強(qiáng)度的一種間接檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的方法。在混凝土強(qiáng)度非破損檢測領(lǐng)域，回彈法以其操作簡單、使用方便、經(jīng)濟(jì)、迅速和具有相當(dāng)?shù)臏y試精度，被廣泛應(yīng)用于工程質(zhì)量控制、質(zhì)量監(jiān)督、質(zhì)量檢測的各個環(huán)節(jié)，是目前混凝土工程驗收中最簡單的一種無損檢測方法。

1 工程概況

穿黃河工程是南水北調(diào)東線工程從東平湖至黃河以北輸水干渠的一段輸水工程，是南水北調(diào)東線的關(guān)鍵控制性項目。該河工程分南、北兩區(qū)進(jìn)行建設(shè)，其中北區(qū)包括黃河南岸灘地埋管1600 m、穿黃隧洞工程585.38 m、出口閘及隧洞出口連接段工程140 m，穿引黃渠埋涵及連接明渠工程580 m。

該標(biāo)段為南水北調(diào)東線穿黃河工程北區(qū)工程的灘地埋管標(biāo)，按100 m3/s進(jìn)行設(shè)計，為有壓內(nèi)圓外城門洞型斷面，內(nèi)徑7.50m，總長1600.00 m。起始樁號：4+934.807，終止樁號：6+534.807，縱坡 1/2500，埋管采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)號為C25，底部鋪設(shè)素混凝土墊層、碎石墊層（巖基除外）。見圖1。

圖1 混凝土管斷面圖

2 檢測依據(jù)

此次檢測主要依據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程（JGJ T23-2001）》進(jìn)行。

混凝土強(qiáng)度是混凝土結(jié)構(gòu)中影響安全的重要因素之一，混凝土強(qiáng)度檢驗是結(jié)構(gòu)實體檢驗的重要內(nèi)容。此次檢測根據(jù)合同的約定及國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行。

抽取試樣遵循隨機(jī)并有代表性的原則。此次檢測混凝土結(jié)構(gòu)的方法是按批量抽樣檢測。批量抽樣檢測主要用于在相同的生產(chǎn)工藝條件下，強(qiáng)度等級相同、原材料和配比基本一致且齡期相近的同類混凝土構(gòu)件。被檢測的構(gòu)件應(yīng)抽取不少于同類構(gòu)件總數(shù)的30%，且不宜少于10件。當(dāng)檢驗批構(gòu)件數(shù)量大于30個時，抽樣數(shù)量可按照GB/T 50344—2004建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對建筑結(jié)構(gòu)抽樣檢測的最小樣本容量要求抽取。

3 檢測方案

3.1 檢測儀器

儀器為天津市建儀試驗機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HT-225A型混凝土回彈儀，儀器出廠日期2009年3月，編號44?；貜梼x檢定證編號：003725。

3.2 測區(qū)設(shè)置

相鄰兩測區(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不宜大于0.5 m，且不宜小于0.2 m；測區(qū)應(yīng)選在使回彈儀處于水平方向檢測混凝土澆筑面，并選在對稱的兩個可測面上，如果不能滿足這一要求時，也可選在一個可測面上，但一定要分布均勻。在構(gòu)件的重要部位及薄弱部位必須布置測區(qū)，并應(yīng)避開預(yù)埋件，在0.04 m2范圍內(nèi)測點均勻分布。所選測區(qū)相對平整和清潔，不存在蜂窩和麻面，也沒有裂縫、裂紋、剝落、層裂等現(xiàn)象。測點間距不小于20 mm，測點距試件邊緣或外露鋼筋、預(yù)埋件的間距一般不小于30 mm，每一測點的回彈值讀數(shù)應(yīng)精確至1。

每節(jié)埋管的外形尺寸9980 mm×9400 mm，為內(nèi)圓外城門洞型斷面，分成底板、頂板兩個（構(gòu)件）單元工程，共擬設(shè)5類測區(qū)，測區(qū)設(shè)置如下：

底板的測區(qū)設(shè)置為兩種：一種在底板內(nèi)弧面上，每側(cè)5個測區(qū)，回彈儀狀態(tài)為向下-60°，此類測區(qū)為Ⅰ類測區(qū)；另一種在底板外側(cè)豎直壁上，每側(cè)5個測區(qū)，回彈儀狀態(tài)為水平，此類測區(qū)為Ⅱ類測區(qū)。

頂板的測區(qū)設(shè)置為3種。見圖2。對于每個構(gòu)件，按照該構(gòu)件現(xiàn)場實際狀態(tài)和規(guī)范要求設(shè)置10個測區(qū)，測區(qū)在使回彈儀處于水平方向檢測混凝土澆筑面時，選在對稱的兩個可測面上，每側(cè)布置5個測區(qū)；如果不能滿足這一要求時，選在一個可測面上，均勻分布10個測區(qū)。

每個測區(qū)的尺寸為0.2 m×0.2 m，如下布置，檢測時每一小格讀取1個回彈值，共16個回彈值。見表1。

3.3 檢測數(shù)量

圖2 測區(qū)示意圖

表1 一個測區(qū)的示意表

埋管的澆筑在相同的生產(chǎn)工藝下進(jìn)行，且混凝土的強(qiáng)度等級相同、原材料、配合比、成型工藝相同，但在不同的氣候條件下，養(yǎng)護(hù)方式、混凝土外加劑種類、齡期內(nèi)混凝土強(qiáng)度增長均不同。

為使抽取的單元具有代表性，同時考慮到由于進(jìn)行了冬季施工，可以將埋管分為兩個大類進(jìn)行抽檢：

一類為進(jìn)入冬季施工（2009年11月20）后澆筑的，質(zhì)量較難控制，抽檢數(shù)量適當(dāng)增加。經(jīng)過統(tǒng)計，進(jìn)入冬季施工后澆筑的單元共有70個：頂板139～160 號（ 樁號：6+314～6+534）、19～33 號（ 樁號：5+114～5+264），底板 146～160 號（ 樁號：6+384～6+534）、7～24 號（ 樁號：4+994～5+174）。 對其抽檢 8～10個單元。

一類為進(jìn)入冬季施工以前澆筑的，質(zhì)量較易控制，可適當(dāng)減少抽檢數(shù)量。此類單元共225個，對其抽檢17～19個單元。

另外由于部分埋管已回填，對其外表面無法全面得進(jìn)行檢測。對于重點地段，像浮斑路、浮斑路輔路下的埋管，巖石段內(nèi)的埋管可適當(dāng)在增加抽檢數(shù)量?？偟某闄z數(shù)量在25～29個。

3.4 檢測時間

由于埋管尺寸較大，不易攀爬，且要讀取的回彈值較多，檢測速度較慢，檢測時間為2010年1月28日到2010年2月6日，獲取回彈值后即開始進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。

4 檢測結(jié)果

回彈儀檢測結(jié)果，見表2。

表2 回彈儀檢測結(jié)果表

5 檢測成果

5.1 數(shù)據(jù)分析

通過以上的混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計表可以看出：

1）進(jìn)入冬季施工以前澆筑的單元，混凝土強(qiáng)度的平均值均達(dá)到設(shè)計值（C25），并超過設(shè)計強(qiáng)度的 105%～137%。

2）進(jìn)入冬季施工以后澆筑的單元，混凝土強(qiáng)度的平均值達(dá)到設(shè)計值（C25）并超過設(shè)計強(qiáng)度的103%～115%，并有個別單元的混凝土強(qiáng)度的平均值剛剛達(dá)到設(shè)計值。

3）現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度推定值偏小，可以看出某些原因造成了個別單元混凝土強(qiáng)度不均勻。

5.2 影響回彈值及強(qiáng)度的因素

回彈法是根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)表面約6 mm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。在該標(biāo)段的檢測中主要的影響因素有以下幾個方面：

1）養(yǎng)護(hù)方法?；炷猎诔睗竦沫h(huán)境或水中養(yǎng)護(hù)時，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)要高，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)生不同的濕度對混凝土強(qiáng)度及回彈值都有很大的影響。

在進(jìn)入冬季施工以前主要是內(nèi)外表面采用灑水養(yǎng)護(hù)，進(jìn)入冬季施工后管身外表面主要采取覆蓋，內(nèi)表面采取刷養(yǎng)護(hù)劑，管座外表面刷養(yǎng)護(hù)劑，內(nèi)表面覆蓋的措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

由于采用了不同的養(yǎng)護(hù)方法，同時不同季節(jié)管內(nèi)的濕度也不盡相同，所以不同階段澆筑的混凝土的強(qiáng)度有較明顯的差異。

2）混凝土的碳化深度?；炷恋挠不瘷C(jī)理實際是水泥等水硬性膠凝材料的硬化機(jī)理。水泥遇水產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成氫氧化鈣，在空氣中的混凝土表面受二氧化碳的影響形成碳酸鈣，水泥不斷水化，二氧化碳不斷反應(yīng)，于是形成一定厚度的表面碳酸鈣層。現(xiàn)在普遍用酚酞溶液來確定碳酸鈣層的厚度，而現(xiàn)在的混凝土構(gòu)件為滿足各種需要，摻和了各種外加劑，這些摻和劑在水泥水化期間所起的作用也會因摻量而不同，導(dǎo)致混凝土表面遇酚酞的變色情況也不同。

碳化使混凝土表面硬度增加，回彈值增大，但對混凝土強(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。不同的碳化深度對其影響不一樣。對不同強(qiáng)度等級的混凝土，同一碳化深度的影響也有差異。

因此即便是同一階段澆筑的混凝土，由于各單元之間及單元內(nèi)各測區(qū)之間的碳化深度值不同，經(jīng)計算得到的混凝土強(qiáng)度值也有較明顯的差異，這也是導(dǎo)致計算值體現(xiàn)單元強(qiáng)度不均勻性的原因。

3）溫度與齡期。冬季施工氣溫較低，混凝土的水化反應(yīng)進(jìn)行較慢，強(qiáng)度增長也慢，到28 d齡期時混凝土的強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計值。進(jìn)入冬季施工后澆筑的單元，其混凝土強(qiáng)度值普遍偏小，還有的沒有達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度值。

4）泵送混凝土。由于其流動性大，粗骨料粒徑較小，砂率增加，混凝土的砂漿包裹層偏厚，導(dǎo)致表面硬度降低。本標(biāo)段使用的混凝土為拌合站提供的商品混凝土，混凝土質(zhì)量不是十分穩(wěn)定，這也會引起檢測強(qiáng)度的較大波動。

5）混凝土結(jié)構(gòu)中的表層鋼筋。采用回彈儀所測得的回彈值只代表混凝土表面層2 cm～3 cm的質(zhì)量。因此，在實際工作中，鋼筋對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。

本標(biāo)段混凝土保護(hù)層設(shè)計值為50 mm（圖紙標(biāo)示為混凝土表面到鋼筋中心的距離）再去掉鋼筋的半徑14 mm只剩下36 mm的實際保護(hù)層厚度，在混凝土澆筑的過程中不可避免的會存在某一點混凝土保護(hù)層偏薄的情況，這也造成了檢測和計算誤差。

6 影響回彈儀使用的其他原因

混凝土是一種簡單工藝制作的復(fù)雜體系，勻質(zhì)性很差，特別施工藝中攪拌時間、振搗時間帶有絕對的人為因素，作業(yè)時間越短，混凝土強(qiáng)度的變異系數(shù)就越大。有時甚至同一構(gòu)件上的不同部位都有較大的差異。

普通混凝土的抗壓強(qiáng)度主要取決于其中水泥砂漿的強(qiáng)度、粗骨料的強(qiáng)度以及二者的粘結(jié)力。而回彈法檢測的是混凝土的表面硬度，表面硬度主要與水泥砂漿強(qiáng)度有關(guān)，一般與粗骨料和砂漿間的粘結(jié)力及混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部性能關(guān)系并不明顯。而一般認(rèn)為，在相同的水膠比下，試件相同的水泥凈漿強(qiáng)度比水泥砂漿強(qiáng)度高，砂漿強(qiáng)度比混凝土強(qiáng)度高，可見這三者并不是同一種材料，而要利用混凝土的表面漿體硬度來判斷其強(qiáng)度，肯定存在偏差。

另外，混凝土結(jié)構(gòu)物的側(cè)面受模板影響，其平整度、粗糙度也不一致，混凝土的不均勻性受施工精細(xì)程度影響較多，表面浮漿、浮砂、氣孔現(xiàn)象時有出現(xiàn)，對表面的打磨規(guī)范也沒有一定標(biāo)準(zhǔn)，打磨的深淺也直接影響測量的碳化深度，故現(xiàn)場檢測出現(xiàn)偏差也在所難免。

7 結(jié) 論

此次針對灘地埋管工程混凝土強(qiáng)度的的回彈儀檢測，不僅為進(jìn)一步改進(jìn)混凝土施工工藝提供了支持，也是對前一階段特別是冬季施工質(zhì)量的一次摸底，達(dá)到了工作目的。

回彈法作為一種檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的方法，因其檢測儀器的輕便、靈活、精度高、檢測方法統(tǒng)一、抽取試樣的代表性高等優(yōu)點，在工程檢測中得到了廣泛的應(yīng)用。其檢測結(jié)果是評價現(xiàn)場混凝土強(qiáng)度或處理混凝土質(zhì)量問題的依據(jù)之一，但不能作為評定混凝土抗壓強(qiáng)度的依據(jù)。