混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)研究

溫振斌

廣東省云浮市云城區(qū)建設(shè)局 建筑質(zhì)量安全監(jiān)督站 527300

摘要：工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢測方法發(fā)展迅速，有很多技術(shù)已不斷創(chuàng)新、精進(jìn)，被運(yùn)用到實(shí)際現(xiàn)場檢測當(dāng)中，為提高檢測質(zhì)量提供了優(yōu)越的保障。筆者結(jié)合實(shí)踐及工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢測方法：回彈法、鉆芯法、超聲回彈綜合法研究混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：檢測技術(shù)；回彈法；超聲回彈；鉆芯法

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅速發(fā)展，建筑施工質(zhì)量問題日益突出。工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢測方法發(fā)展迅速，有很多技術(shù)已不斷創(chuàng)新、精進(jìn)，被運(yùn)用到實(shí)際現(xiàn)場檢測當(dāng)中，檢測技術(shù)是建筑物可靠性鑒定所依賴的重要工程技術(shù)，它們的開發(fā)和應(yīng)用在相當(dāng)程度上決定著可靠性鑒定的水平。但是當(dāng)前檢測技術(shù)仍然存在弊端，影響著檢測結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，為進(jìn)一步加強(qiáng)對建筑工程質(zhì)量的監(jiān)督和管理。有必要對工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢測方法進(jìn)行研究。

1回彈法

回彈法是利用回彈儀檢測普通混凝土強(qiáng)度結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗壓強(qiáng)度的方法。

1.1基本原理

由于混凝土的抗壓強(qiáng)度與其表面硬度之間存在某種關(guān)系，混凝土表面受到回彈儀的彈擊將產(chǎn)生塑性變形和彈性變形，將彈性變形能量（剩余能量）與彈擊能量（初始能量）之比定義為回彈值，這就是回彈儀的基本工作原理。

1.2回彈法檢測要點(diǎn)

⑴回彈儀結(jié)構(gòu)示意圖：

⑵測區(qū)及測點(diǎn)布置：

①當(dāng)按單個(gè)構(gòu)件檢測時(shí)，應(yīng)在構(gòu)件上均勻布置測區(qū)，每個(gè)構(gòu)件上的測區(qū)數(shù)不應(yīng)少于10個(gè)，對某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的構(gòu)件，其測區(qū)數(shù)量可適當(dāng)減少，但不應(yīng)少于5個(gè)。

②對同批構(gòu)件按批抽樣檢測時(shí)，被測構(gòu)件應(yīng)隨機(jī)抽取，抽樣數(shù)不應(yīng)少于同批構(gòu)件的30%且不應(yīng)少于10件，每個(gè)構(gòu)件上的測區(qū)數(shù)不應(yīng)少于10個(gè)，對某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的構(gòu)件，其測區(qū)數(shù)量可適當(dāng)減少，但不應(yīng)少于5個(gè)。

⑶構(gòu)件的測區(qū)，應(yīng)滿足下列要求：

①測區(qū)宜布置在構(gòu)件混凝土澆筑方向兩個(gè)對稱的側(cè)面，也可選在一個(gè)可測的側(cè)面；②測區(qū)均勻布置，相鄰兩測區(qū)的間距不應(yīng)大于2m內(nèi)；③測區(qū)應(yīng)避開鋼筋密集區(qū)和預(yù)埋件；④測區(qū)尺寸宜為200mm×200mm；⑤檢測面應(yīng)清潔、平整。不應(yīng)有接縫、飾面層、浮漿和油垢，并避開蜂窩、麻面，必要時(shí)可用砂輪清除雜物和磨平不平整處，且清除殘留粉塵。

⑷回彈值檢測與計(jì)算：

①測量回彈值應(yīng)在每個(gè)測區(qū)彈擊16點(diǎn)；每個(gè)測點(diǎn)的回彈值，測讀精確度至1。

②測區(qū)回彈代表值應(yīng)從該測區(qū)的16個(gè)回彈值中剔除3個(gè)最大值和3個(gè)最小值，其余10個(gè)有效回彈值應(yīng)按下式計(jì)算：

（1-1）

式中R是測區(qū)回彈代表值，取有效檢測數(shù)據(jù)的平均值，精確到0.1；

是第i個(gè)測點(diǎn)的有效回彈值。

1.3 結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度的計(jì)算及推定

⑴測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值按下式計(jì)算：

（1-2）

式中 是第i個(gè)測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值（MPa），精確到0.1 MPa；

⑵測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差應(yīng)按下式計(jì)算：

（1-3）

（1-4）

式中是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件第i個(gè)測區(qū)的混凝土抗壓強(qiáng)度換算值（MPa），精確至0.1 MPa；是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的平均值（MPa），精確至0.1 MPa；

是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件第i個(gè)測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的標(biāo)準(zhǔn)差（MPa），精確至0.01 MPa；

n 是測區(qū)數(shù)。

⑶當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中測區(qū)數(shù)少于10個(gè)時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度推定值取測區(qū)強(qiáng)度最小值： （1-5）

式中，是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件最小的測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值（MPa），精確至0.1 MPa；

⑷當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中測區(qū)數(shù)不少于10個(gè)或按批量檢測時(shí)，按下式推定強(qiáng)度：

（1-6）

對按批量檢測的構(gòu)件，當(dāng)一批構(gòu)件的測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，該批構(gòu)件應(yīng)全部按單個(gè)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度推定：

①一批構(gòu)件的混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的平均值<25.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)差>4.50MPa。②一批構(gòu)件的混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的平均值=25.0～50.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)差>5.50MPa。③一批構(gòu)件的混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的平均值>50.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)差>6.50MPa。用回彈法測得的混凝土強(qiáng)度換算值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及強(qiáng)度推定值不能參加混凝土抗壓強(qiáng)度的評定。只能作為是否應(yīng)進(jìn)行處理的依據(jù)。

2 超聲回彈綜合法

超聲回彈綜合法：采用低頻超聲波檢測儀和標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)能為2.207J的回彈儀，在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土同一測區(qū)分別測量聲時(shí)（t）及回彈值（R），利用已建立的測強(qiáng)公式，推算測區(qū)混凝土強(qiáng)度值（fccu）的一種方法。

2.1基本原理

混凝土聲速（v）一般在4000-5000km/s之間變化?；炷翉?qiáng)度（f）與聲速（v）之間有較好的相關(guān)性?；炷翉?qiáng)度越高，其聲速也越快。當(dāng)知道f-v之間的關(guān)系曲線后，測出結(jié)構(gòu)物混凝土的聲速就可以推算結(jié)構(gòu)物混凝土的強(qiáng)度。

方法構(gòu)成：超聲法+回彈法

圖2 超聲回彈原理示意圖

2.2超聲回彈綜合法檢測要點(diǎn)

⑴適用范圍：①采用材料、拌合用水符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；②人工或一般機(jī)械攪拌的混凝土或泵送混凝土；③自然養(yǎng)護(hù)；④齡期7～2000d；⑤混凝土強(qiáng)度10～70Mpa。

⑵測區(qū)及測點(diǎn)布置：

按單個(gè)構(gòu)件檢測，構(gòu)件上均勻布置測區(qū)，每個(gè)構(gòu)件上測區(qū)數(shù)不少于10個(gè)；如某一方向尺寸<4.5m，且另一方向尺寸≤0.3m構(gòu)件，其測區(qū)數(shù)不少于5個(gè)。按批構(gòu)件抽樣檢測，構(gòu)件抽樣數(shù)量不少于同批構(gòu)件30%，且不少于10個(gè)構(gòu)件，同批構(gòu)件要符合下列條件：混凝土強(qiáng)度等級相同；混凝土原材料、配合比、成型工藝、養(yǎng)護(hù)條件及齡期基本相同；構(gòu)件種類相同；施工階段所處狀態(tài)相同。

⑶測區(qū)布置要求：①條件允許，測區(qū)優(yōu)先布置在構(gòu)件混凝土澆筑方向的側(cè)面，測區(qū)可在構(gòu)件的兩個(gè)對應(yīng)面、相鄰面（角測）或同一面上（平測）布置；②均勻分布，相鄰兩測區(qū)間距不宜大于2m；③避開鋼筋密集區(qū)和預(yù)埋件；④測區(qū)尺寸宜為200mm×200mm；平測時(shí)宜為400mm×400mm；⑤結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的測區(qū)注明編號，記錄測區(qū)位置和外觀質(zhì)量情況。

圖3測區(qū)測點(diǎn)分布圖 圖4 超聲回彈法測區(qū)布置示意圖

⑷回彈值測量與計(jì)算：①測區(qū)內(nèi)應(yīng)先回彈測試，后進(jìn)行超聲測試。②回彈值測量及回彈值計(jì)算同《回彈法檢測混凝土強(qiáng)度》要求，角度修正、澆筑面修正（碳化不需要考慮）、平均值計(jì)算。

⑸超聲聲速測量與計(jì)算：①超聲測點(diǎn)布置在回彈測試的同一測區(qū)內(nèi)，每個(gè)測區(qū)布置3個(gè)測點(diǎn)；②優(yōu)先采用對測或角測，無條件時(shí)，采用單面平測；③換能器與混凝土耦合良好；④測試的聲時(shí)值應(yīng)精確至0.1μs。超聲測距的測量精確到1.0mm，誤差不大于±1%，聲速計(jì)算精確到0.01km/。

2.3 超聲回彈綜合法推定結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強(qiáng)度

⑴結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中第i個(gè)測區(qū)的混凝土抗壓強(qiáng)度換算值，可按本細(xì)則第4節(jié)和第5節(jié)的規(guī)定求得修正后的測區(qū)回彈代表值Rai和聲速代表值υai后，可按下列測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算公式計(jì)算：

（2-1）

式中是第i個(gè)測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值（MPa），精確至0.1 MPa。

⑵當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中的測區(qū)數(shù)不少于10個(gè)時(shí)，各測區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差按下列公式計(jì)算：

（2-2）

（2-3）

式中是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件第i各測區(qū)的混凝土抗壓強(qiáng)度換算值（MPa）；精確到0.1 MPa；是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件測區(qū)的混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的平均值（MPa），精確到0.1 MPa；

是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件測區(qū)的混凝土抗壓強(qiáng)度換算值的標(biāo)準(zhǔn)差（MPa），精確到0.01 MPa；

n 是測區(qū)數(shù)。

⑶結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度推定值，應(yīng)按下列規(guī)定確定：

①當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的測區(qū)抗壓強(qiáng)度換算值中出現(xiàn)小于10.0MPa的值時(shí)，該構(gòu)件的混凝土推定值fcu，e取小于10.0MPa。

②當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的測區(qū)抗壓強(qiáng)度換算值中出現(xiàn)大于70.0MPa的值時(shí)，該構(gòu)件的混凝土推定值fcu，e取大于70.0MPa。

角測方法：當(dāng)混凝土被測部位只能提供兩個(gè)相鄰表面時(shí)，雖然無法進(jìn)行對測，但可以采用丁角方法檢測。即將一對F、S換能器分別耦合于被測構(gòu)件的兩個(gè)相鄰表面進(jìn)行逐點(diǎn)測試，兩個(gè)換能器的軸線形成90°夾角。例如：檢測旁邊存在墻體、管道等障礙物的混凝土柱子。每個(gè)測區(qū)布置3個(gè)測點(diǎn)，換能器布置如下：

平測法：當(dāng)混凝土被測部位只能提供一個(gè)測試表面時(shí)，可采用平測法檢測。將一對F、S換能器置于被測結(jié)構(gòu)同一表面，以一定測試距離進(jìn)行逐點(diǎn)檢測。（一個(gè)表面可供測量）每個(gè)測區(qū)布置3個(gè)測點(diǎn)。

布置超聲平測點(diǎn)時(shí)，宜使發(fā)射和接收換能器的連線與附近鋼筋軸線40°-50°，超聲測距l(xiāng)宜采用350-450mm。

2.4超聲回彈綜合法的特點(diǎn)

⑴與單一法相比能較全面反映混凝土質(zhì)量回彈法只能以混凝土表面彈性特征來反映混凝土的強(qiáng)度。當(dāng)混凝土內(nèi)外質(zhì)量基本一致時(shí)其相關(guān)性較好，但當(dāng)混凝土強(qiáng)度較低時(shí)，其塑性變形較大，回彈值不太敏感；所以回彈法難以全面反映結(jié)構(gòu)混凝土實(shí)際強(qiáng)度。

超聲法是基于超聲脈沖波在混凝土中傳播速度與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系，超聲波可以穿透整個(gè)斷面，故能較全面反映被測部位的混凝土質(zhì)量。

超聲回彈綜合法測定強(qiáng)度，既能反映混凝土的彈性，又能反映混凝土的塑性；既能反映表面狀態(tài)，又能反映內(nèi)部構(gòu)造，內(nèi)外結(jié)合，故能較全面反映結(jié)構(gòu)混凝土的質(zhì)量，以及在混凝土較低與較高強(qiáng)度之間彌補(bǔ)單一法不足。

⑵抵消或減少某些因素的影響，提高測試精度

單一法都是通過某一物理參數(shù)推定混凝土強(qiáng)度的，其測試的精度和所受的影響是不同的。如超聲法除受骨料影響外，還與齡期、含水量有關(guān)；回彈法除受表面狀態(tài)影響外，也受齡期和含水量影響。如含水量隨著齡期增長、混凝土強(qiáng)度增長而減小、但聲速增大，混凝土含水量減少聲速降低，而對回彈值來說恰好相反；回彈值隨著混凝土強(qiáng)度增長而增加，同時(shí)混凝土表層水份減少和碳化影響，會(huì)使回彈值偏高。

圖5 角測法換能器布置示意圖

3鉆芯法

鉆芯法是利用專用鉆芯機(jī)從被檢測的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上直接鉆取圓柱型的混凝土芯樣，并根據(jù)芯樣的抗壓試驗(yàn)強(qiáng)度來推定混凝土的抗壓強(qiáng)度，是較為直觀可靠的檢測混凝土強(qiáng)度或觀察混凝土內(nèi)部質(zhì)量的局部半破損現(xiàn)場檢測方法。

3.1 鉆芯法檢測要點(diǎn)

3.1.1鉆芯位置基本要求：

①結(jié)構(gòu)或構(gòu)件受力較小的部位；②混凝土強(qiáng)度質(zhì)量具有代表性的部位；③便于鉆芯機(jī)安放與操作的部位；④避開主筋、預(yù)埋件和管線的位置，并盡量避開其它鋼筋。

3.1.2鉆芯數(shù)量：

①按單個(gè)構(gòu)件檢測時(shí)，每個(gè)構(gòu)件數(shù)量不少于3個(gè)，較小構(gòu)件，不少于2個(gè)。②構(gòu)件的局部區(qū)域檢測時(shí)：根據(jù)構(gòu)件情況，確定芯樣的位置，數(shù)量，深度。③大型基礎(chǔ)或大面積墻體分成若干區(qū)域。

3.2 鉆芯法推定混凝土抗壓強(qiáng)度

混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度換算值，應(yīng)按下列公式計(jì)算：

（3-1）

強(qiáng)度推定可分批量推定和單個(gè)構(gòu)件推定兩種。

按批量推定時(shí)，同規(guī)格芯樣試件的數(shù)量應(yīng)根據(jù)同一檢測批中樣本容量的大小確定，但不應(yīng)少于15個(gè)。

在推定混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)給出推定強(qiáng)度的推定區(qū)間，推定區(qū)間的上限值和下限值應(yīng)分別按下列公式計(jì)算：

（3-2）

（3-3）

平均值計(jì)算公式： （3-4）

標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式： （3-5）