混凝土強(qiáng)度檢測方法的探討

魏永玲

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，城市化進(jìn)程的不斷加快，混凝土建筑數(shù)量和質(zhì)量也在不斷提高。在建筑物質(zhì)量監(jiān)測中，混凝土強(qiáng)度是一項(xiàng)重要指標(biāo)，決定混凝土建筑的強(qiáng)度和抗壓能力等。因此，本文就此為切入點(diǎn)，詳細(xì)全面的對其混凝土材料強(qiáng)度的檢測方法進(jìn)行了概述，并對其檢測過程中涉及到的技術(shù)問題，從影響混凝土強(qiáng)度的因素出發(fā)進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際工程，對現(xiàn)有檢測方法進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：混凝土材料；材料強(qiáng)度；檢測方法；技術(shù)應(yīng)用

引言

作為建筑工程施工過程中必不可少的材料，混凝土材料在現(xiàn)階段以及未來很長的時間內(nèi)，其經(jīng)濟(jì)性以及應(yīng)用性都是其他很多材料不可比擬的。但是，目前有很多混凝土往往以次充好，其強(qiáng)度無法讓人滿意，尤其是一些國家重點(diǎn)建筑工程項(xiàng)目，對混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的要求非常高，所以對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測是必要的也是必須的?；炷翉?qiáng)度檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用于混凝土施工質(zhì)量控制、驗(yàn)收、鑒定、評估等方面。目前，我國常用的混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)分為無損檢測和微破損檢測。無損檢測主要有回彈法、綜合法、超聲法等；微破損檢測主要有鉆芯法、拔出法、后錨固法、直拔法等。無損檢測操作方便，但檢測結(jié)果誤差較大。微破損檢測結(jié)果雖精度較高，但存在工序多、操作不便等缺點(diǎn)，如常用的鉆芯法因芯樣直徑粗，對結(jié)構(gòu)損傷大，在鉆取、切割、磨平、抗壓等環(huán)節(jié)中易出現(xiàn)偏差，會影響實(shí)測強(qiáng)度值。下面就其中主要的方法進(jìn)行詳細(xì)的概述

一、混凝土材料強(qiáng)度檢測方法的概述

1、回彈法

1.1回彈法原理

該方法是根據(jù)結(jié)構(gòu)物表面混凝土硬度推定其抗壓強(qiáng)度，僅適用于抗壓強(qiáng)度為10～50MPa，齡期為14～1000d普通混凝土。但是對表面受凍害、火災(zāi)以及表面被腐蝕的混凝土，不可采用該方法。

采用回彈法的方式一般是選擇回彈儀器來對混凝土表面硬度進(jìn)行檢測，從而推算混凝土強(qiáng)度的一種檢測手段。回彈儀器的工作原理主要是：含有一個標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的重錘，在標(biāo)準(zhǔn)彈簧力的作用下沖擊與混凝土表面相接觸的彈擊桿，因?yàn)闀艿綇椓ψ饔?，在回彈儀上的重錘又會跳到相反的距離，同時也會帶動指針，進(jìn)而在相應(yīng)的刻度上標(biāo)識出回彈值（N），這一數(shù)據(jù)直接反應(yīng)出混凝土的硬度，而材料表面的硬度與材料自身強(qiáng)度相關(guān)，因此沖擊回彈值和混凝土強(qiáng)度的曲線就能夠很容易地畫出，我們可以按照回彈值的大小來對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確的計算。

這種檢測方法的優(yōu)點(diǎn)在于操作簡單，檢測過程比較快而且成本也相對較低；混凝土檢測人員能夠很容易的采集到相關(guān)樣本；檢測之后的數(shù)據(jù)可以很準(zhǔn)確地反應(yīng)出混凝土強(qiáng)度數(shù)據(jù)；能使相關(guān)檢測人員非常清晰地了解混凝土強(qiáng)度，從而獲得全部的真實(shí)數(shù)據(jù)。

但是這種檢測技術(shù)的缺點(diǎn)在于和其他檢測手段比起來精準(zhǔn)度要相對差一點(diǎn)。而如果在混凝土表面硬度和強(qiáng)度質(zhì)量存在一定差異性的情況下，例如說受到了化學(xué)腐蝕、其他自然因素干擾等狀況之下，則不應(yīng)該優(yōu)先選擇這種方法進(jìn)行檢測。因?yàn)榛炷敛牧蠈儆谝环N不均質(zhì)材料，混凝土的硬度和水泥的種類、骨料粗細(xì)程度以及粒徑有直接的關(guān)系，同時加上碳化作用的干擾，常常導(dǎo)致在進(jìn)行強(qiáng)度檢測的過程中出現(xiàn)檢測結(jié)果失準(zhǔn)的情況，因此我們必須要做好各種因素的準(zhǔn)備工作，保證檢測結(jié)果的科學(xué)性。

1.2回彈法主要步驟

1.2.1回彈值測量

在結(jié)構(gòu)物表面劃定有代表性的測區(qū)，測區(qū)大小約為20cm×20cm。清理測區(qū)表面，確保表面平整、清潔、無蜂窩麻面。檢測時回彈儀軸線始終垂直于結(jié)構(gòu)物混凝土測試面，緩慢施力，準(zhǔn)確讀數(shù)，快速復(fù)位。每一測區(qū)應(yīng)記取16個回彈值，測點(diǎn)應(yīng)均勻分布在測區(qū)范圍內(nèi)。為保證測量精度和穩(wěn)定性要求，用于檢測的回彈儀應(yīng)按照檢定周期進(jìn)行例行檢定。

1.2.2碳化深度測量

回彈值測量完畢后，可選擇不少于構(gòu)件的30%測區(qū)數(shù)在有代表性的位置測量碳化深度。取其平均值為該構(gòu)件每個測區(qū)的碳化深度，當(dāng)碳化深度值極差大于2.0mm時，應(yīng)在每一測區(qū)測量碳化深度值。

1.2.3強(qiáng)度推定

計算測區(qū)回彈值時，首先從該區(qū)的16個回彈值中剔除3個最大值和3個最小值，然后求出余下的10個回彈值平均值。根據(jù)求得的平均回彈值Rm和碳化深度值以及專用測強(qiáng)曲線得出該測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值。根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-92）進(jìn)行強(qiáng)度推定。

1.3回彈法檢測混凝土強(qiáng)度的影響因素

采用回彈儀測定混凝土表面硬度以確定混凝土抗壓強(qiáng)度是根據(jù)混凝土硬化后其表面硬度（主要是混凝土內(nèi)沙漿部分的硬度）與抗壓強(qiáng)度之間有一定的相關(guān)關(guān)系。通常，影響混凝土的抗壓強(qiáng)度與回彈值的因素并不都是一致的，某些因素只對其中一項(xiàng)有影響，而對另一項(xiàng)不產(chǎn)生影響或影響甚微。弄清這些影響因素的作用及影響程度，對正確制訂及選擇測強(qiáng)曲線、提高測試精度是很重要的。

我國回彈法研究成果基本只適用普通混凝土（由水泥、普通碎（卵）石、砂和水配制的質(zhì)量密度為1950～2500Kg/m3的混凝土）。

2、鉆芯法

2.1鉆芯法原理

運(yùn)用鉆芯檢測混凝土強(qiáng)度的方法，其原理主要是在混凝土結(jié)構(gòu)上進(jìn)行鉆芯取樣，然后進(jìn)行一定的處理之后對其開始抗壓測試?；炷笼g期不低于15天，強(qiáng)度高于10MPa的混凝土基本上都能夠采用。但是因?yàn)殂@芯取樣之后會對混凝土結(jié)構(gòu)造成或多或少的損傷，所以在進(jìn)行這類檢測的過程中必須要經(jīng)過設(shè)計單位的同意。鉆芯取樣的檢測手段屬于一種非常直接并且準(zhǔn)確率較高的檢測方法。通常當(dāng)我們運(yùn)用無損檢測的手段無法準(zhǔn)確地檢測混凝土的強(qiáng)度等級時，就可以選擇這類檢測方法，同時在取樣之后我們也可以直接的查看混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況，例如說是否存在裂縫、骨料的分布情況等。

鉆芯法優(yōu)點(diǎn)是，能夠準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)物的實(shí)際強(qiáng)度；適用于不同齡期混凝土的強(qiáng)度推定；同時在取樣之后我們也可以直接的查看混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況，例如是否存在裂縫、骨料的分布情況等。這種方法的缺點(diǎn)就在于勞動強(qiáng)度相對較大，設(shè)備復(fù)雜，費(fèi)用高，對于混凝土結(jié)構(gòu)往往容易造成內(nèi)部的損傷，有時在進(jìn)行取樣的過程中常常會碰到鋼筋而導(dǎo)致取樣工作無法順利開展。

2.2鉆芯法主要步驟

2.2.1取芯

首先取芯部位要選擇在結(jié)構(gòu)受力較小、混凝土強(qiáng)度質(zhì)量具有代表性、便于安裝鉆芯機(jī)與操作，避開主筋和其他的鋼筋及管線的部位。固定鉆機(jī)鉆取芯樣，取出芯樣進(jìn)行編號，并記錄被取芯樣的構(gòu)件名稱、位置和方向。結(jié)構(gòu)物的芯樣鉆取后所留下孔洞應(yīng)及時進(jìn)行修補(bǔ)，以保證其正常工作。

2.2.2芯樣試件的技術(shù)處理

芯樣抗壓試件的高度與直徑的比應(yīng)在1～2的范圍內(nèi)；芯樣試件內(nèi)不應(yīng)含有鋼筋，如不能滿足此項(xiàng)要求則每個試件內(nèi)最多只允許含有兩根直徑小于10mm的鋼筋，且鋼筋應(yīng)與芯樣軸線基本垂直；切鋸后的芯樣當(dāng)不能滿足平整度及垂直度要求時應(yīng)進(jìn)行端面補(bǔ)平加工，補(bǔ)平層與芯樣層要結(jié)合牢固，以使受壓時的補(bǔ)平層與芯樣的結(jié)合面不提前破壞。

2.2.3強(qiáng)度計算

芯樣的抗壓強(qiáng)度隨其高度的增加而降低，同時由于尺寸效應(yīng)，試件的抗壓強(qiáng)度還隨截面的尺寸增加而減小。綜合這些因素，芯樣強(qiáng)度按下式換算為15cm的立方體強(qiáng)度值：

式中： 為15×15×15立方體強(qiáng)度（MPa）； 為芯樣破壞時的最大荷載（KN）； 為芯樣的直徑（mm）； 為換算系數(shù)，根據(jù)高度和直徑之比和混凝土強(qiáng)度等級確定。

3、超聲波法

3.1超聲波法原理

使用超聲波儀器設(shè)備來對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測的方法我們一般稱其為超聲波法。超聲波檢測的原理主要是當(dāng)超聲波在混凝土（介質(zhì)）中進(jìn)行傳播的過程中，如果遇到有差別的介面就會產(chǎn)生一定的反射或者折射，從而導(dǎo)致傳播速度、波形以及頻率等參數(shù)產(chǎn)生變化。根據(jù)這些數(shù)據(jù)的變化規(guī)律我們就可以通過計算得出混凝土內(nèi)部強(qiáng)度。換句話說，超聲波檢測技術(shù)是以超聲波在混凝土中的傳播情況來進(jìn)行最終結(jié)果評定的。相關(guān)的測試結(jié)果，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越高，超聲波在其中的傳播速度就越快；而混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越低其傳播速度就越慢。因此我們可以利用超聲波檢測技術(shù)更加科學(xué)的檢測混凝土強(qiáng)度。

在混凝土強(qiáng)度檢測中應(yīng)用超聲波技術(shù)檢測的較少，因?yàn)檫@種檢測技術(shù)剛剛在我國興起還并未成熟，但是由于超聲波儀器的不斷發(fā)展，混凝土強(qiáng)度檢測的準(zhǔn)確率也得到了飛速的提升。但我們還應(yīng)該意識到，對混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生影響的原因還有很多，比如說超聲波檢測過程中訊號頻率受到干擾、混凝土構(gòu)件尺寸的差異、鋼筋位置的差異等，這些因素都會使超聲波檢測方法的效果受到影響。

由于該方法還未有全國統(tǒng)一規(guī)范，僅有各省根據(jù)各地的實(shí)際情況制訂了相應(yīng)的檢測標(biāo)準(zhǔn)，所以應(yīng)用范圍從目前的相關(guān)資料來看也僅適用于抗壓強(qiáng)度為10～50MPa，齡期為14～700d普通混凝土。但是對表面受凍害、火災(zāi)以及表面被腐蝕的混凝土，不可采用該方法。

3.2超聲法主要步驟

3.2.1聲速測量

在選定的測區(qū)兩側(cè)安裝超聲波發(fā)射器和接收器，然后進(jìn)行聲速測量。

3.2.2強(qiáng)度計算

根據(jù)事先建立的相同材料的混凝土的強(qiáng)度與速度的關(guān)系曲線換算成所測定的混凝土強(qiáng)度，根據(jù)《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ107-87）推定出混凝土的換算強(qiáng)度?；炷翉?qiáng)度與聲速之間有一定的關(guān)系，但是混凝土是一種非常復(fù)雜的多項(xiàng)復(fù)合體，由于實(shí)際材料受種種復(fù)雜因素的影響，這種關(guān)系不是完全穩(wěn)定的。主要的影響因素歸納起來有混凝土原材料和配合比的影響，混凝土齡期的影響，環(huán)境條件所引起的混凝土溫度濕度的影響。由于需要提前根據(jù)不同情況分別測定強(qiáng)度與速度曲線是非常重要的，因此這給超聲法的應(yīng)用推廣帶來了很大的局限性，目前國家尚未出臺相應(yīng)的全國統(tǒng)一規(guī)范。

4、拔出法

4.1拔出法原理

拔出法檢測主要是使用空心千斤頂或者其他相關(guān)的設(shè)備去拔出一個預(yù)埋在混凝土內(nèi)部的大頭螺栓，這種檢測方法主要是根據(jù)拔出力來計算出混凝土內(nèi)部的強(qiáng)度。通常來說，預(yù)埋在混凝土內(nèi)部的螺栓主要有兩種情況：一是先裝螺栓，事先把螺栓放在混凝土中，等待到了檢測的期限時再進(jìn)行拔出，這種方式主要用在建筑工程驗(yàn)收的過程中；二是選擇鉆孔后裝的辦法，在已經(jīng)硬化的混凝土中埋入螺栓，接著安裝脹錨螺栓，然后開始拔出檢測，這種方式有很強(qiáng)的靈活性和可變動性，經(jīng)常用在一些已經(jīng)建設(shè)完成的混凝土結(jié)構(gòu)的檢測中。因?yàn)槭褂眠@種檢測方法對于混凝土結(jié)構(gòu)的損傷并不是很大，而且可以在后期采取修復(fù)措施，因此經(jīng)常被采用。

4.2拔出法類型

4.2.1后裝拔出法制作過程：在結(jié)構(gòu)上鉆孔；打磨擴(kuò)孔；安裝膨脹螺栓。試驗(yàn)方法為采用拔出儀將膨脹螺栓拔出，采集拔出時的拉力峰值。僅可以檢測混凝土強(qiáng)度≤C50的混凝土。缺點(diǎn)為操作工藝較復(fù)雜；操作時間長；拔出裝置較難完成高強(qiáng)混凝土的檢測。

4.2.2后錨固法試件制作過程：在結(jié)構(gòu)上鉆孔；清孔；插入錨栓；灌入環(huán)氧樹脂；養(yǎng)護(hù)。試驗(yàn)方法為采用拔出儀將錨栓拔出，采集拔出時的拉力峰值。僅可以檢測混凝土強(qiáng)度≤C80的混凝土構(gòu)件，缺點(diǎn)為拔出裝置功率大、體積重，操作工藝較復(fù)雜；采用環(huán)氧樹脂膠結(jié)拔出試件宜對環(huán)境造成污染；受溫度影響大，操作時間長。

4.2.3直拔法試件制作過程：在結(jié)構(gòu)上鉆制小芯樣；吹干；設(shè)置隔離層（套塑料紙）；將凹形鋼碗內(nèi)涂環(huán)氧樹脂，套住芯樣；養(yǎng)護(hù)。試驗(yàn)方法為采用拔出儀拔出芯樣，采集拔出時的拉力峰值。可以檢測混凝土強(qiáng)度≤C100的混凝土構(gòu)件。缺點(diǎn)為采用環(huán)氧樹脂膠結(jié)宜出現(xiàn)環(huán)境污染；受溫度影響大；操作時間長。

4.3拉脫法

對于拔出法，現(xiàn)在有人將其改進(jìn)總結(jié)出一種新的方法：拉脫法。拉脫法試件制作過程為在結(jié)構(gòu)上鉆制深44mm的小芯樣，不取出。試驗(yàn)方法為采用自動調(diào)節(jié)夾緊力，夾緊、拔出一體化的拉脫儀直接拔出芯樣，采集拔出時的拉力峰值?？梢詸z測混凝土強(qiáng)度≤C100的混凝土構(gòu)件。由于拉脫法是在上述方法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，目標(biāo)是致力于克服上述方法的不足，到目前還沒有發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性缺陷。

拉脫法測強(qiáng)技術(shù)是利用混凝土抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系，檢測、推定混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度，它是在已有的微破損檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，綜合其他檢測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，依托具有自動夾緊、動態(tài)調(diào)節(jié)徑向夾緊力的拉脫儀，完成芯樣試件的拉脫操作。該技術(shù)操作工藝簡單，設(shè)備輕便；試件不需加工，檢測快捷、方便；可以檢測鋼筋密集部位的混凝土抗壓強(qiáng)度；可檢測不同齡期和10～100MPa強(qiáng)度的混凝土抗壓強(qiáng)度。

二、實(shí)例分析

本文結(jié)合實(shí)際工程案例，對上述幾種檢測混凝土強(qiáng)度的方法進(jìn)行研究，應(yīng)用不同方法估算強(qiáng)度值，并進(jìn)行修正比較。

1、工程概況

某工程需建設(shè)強(qiáng)度為C40的鋼筋混凝土墻，在澆筑墻壁時選用泵送混凝土方式。施工過程中，混凝土凝結(jié)出現(xiàn)異常情況，經(jīng)檢測實(shí)際工作中所用混凝土，28d試塊強(qiáng)度僅為C20。因此，90d重新檢測。

2、檢測與估算

重新檢測過程中選用目前應(yīng)用最廣泛的回彈法進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測，回彈區(qū)內(nèi)取50個芯樣進(jìn)行估算數(shù)值修正，以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性?；貜椃z測后，再利用鉆芯法和鉆芯—回彈法對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，計算對應(yīng)的修正系數(shù)。

混凝土強(qiáng)度估算具體結(jié)果詳見表1。

采用不同數(shù)量芯樣得到的芯樣修正系數(shù)見圖2。

表1混凝土強(qiáng)度推定結(jié)果

圖1芯樣修正系數(shù)圖

3、混凝土強(qiáng)度檢測的結(jié)論

從該工程混凝土強(qiáng)度的檢測、推定結(jié)果得出如下結(jié)論：

3.1 上述三種方法中，鉆芯法估算的結(jié)果最低，回彈法估算的結(jié)果最高，另外3種推算方法所計算的結(jié)果較為接近，誤差不超過5%。

分析原因：鉆芯法估算結(jié)果最低，可能是由于混凝土樣本標(biāo)準(zhǔn)差較大，在鉆取芯樣環(huán)節(jié)對混凝土樣本造成的影響較大，影響了估算結(jié)果；回彈法估算結(jié)果最高，可能由于回彈法只考慮了材料表面保溫和養(yǎng)護(hù)等因素，因素不全面，不能真實(shí)反映混凝土強(qiáng)度。

3.2 利用鉆芯—回彈法估算的混凝土強(qiáng)度為C21.46MPa，其修正系數(shù)在置信度90%的區(qū)間內(nèi)，可知鉆芯—回彈法估算結(jié)果可以反映混凝土強(qiáng)度值。由此可知，該案例混凝土樣品的強(qiáng)度值為20.07～21.48MPa或20.77～21.96MPa之間。

3.3 按照上述估算區(qū)間數(shù)值，該樣品滿足規(guī)定要求。

3.3 按照上述估算數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，混凝土材料澆注過程中應(yīng)做好加固處理，混凝土強(qiáng)度按照C20進(jìn)行計算。

結(jié)束語

綜上所述，本文對于目前幾種常見的混凝土強(qiáng)度檢測方法展開了分概述，并論述了這幾種方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在進(jìn)行檢測工作的過程中究竟選擇哪一種方法，必須要按照被檢測混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況以及當(dāng)時的檢測條件來決定?？傊?，在實(shí)際地檢測工作中，我們還是要從檢測條件以及當(dāng)時的實(shí)際情況出發(fā)來對檢測方法進(jìn)行選擇，這樣才能夠有效的規(guī)避各種風(fēng)險因素，從而讓混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果更加精確，保證建筑工程質(zhì)量。

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