對(duì)回彈法檢測(cè)水工混凝土的一些思考

葉 青，武利強(qiáng)，陳若男

（1.寧波市水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 寧波 315192；2.浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020；3.寧波市農(nóng)村水利管理處，浙江 寧波 315016）

1 問(wèn)題的提出

回彈法是檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度的一種快速、無(wú)損的方法，期間經(jīng)過(guò)學(xué)者的反復(fù)討論[1-2]和規(guī)范的不斷完善[3]，目前已成為驗(yàn)收混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)最常用的一種檢測(cè)方法。然而，由于部分檢測(cè)人員對(duì)規(guī)范熟悉度不夠以及理解有偏差，使得采用回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)，出現(xiàn)較大偏差，從而使得人們對(duì)回彈法的可靠性產(chǎn)生一定的懷疑。本文將重點(diǎn)對(duì)易引起回彈失真的幾個(gè)因素進(jìn)行討論，希望可引起檢測(cè)人員的重視。

2 回彈法基本原理

回彈法基本原理是根據(jù)混凝土硬度和抗壓強(qiáng)度之間的相關(guān)性，通過(guò)回彈值和碳化值來(lái)間接確定抗壓強(qiáng)度的一種方法，相關(guān)性可用以下公式反映：

一個(gè)混凝土構(gòu)件通常需要測(cè)定10個(gè)測(cè)區(qū)，構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定值是通過(guò)對(duì)10個(gè)測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值采用一定的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法后得到，該推定值具有95%的強(qiáng)度保證率：

式中：fcu,e為混凝土強(qiáng)度推定值（MPa），mfccu為構(gòu)件測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值平均值（MPa），Sfccu為構(gòu)件測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值標(biāo)準(zhǔn)差，具體計(jì)算過(guò)程可參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[4]。

通過(guò)式（1）、式（2）可知，影響回彈法混凝土強(qiáng)度推定值的基本因素為回彈值、碳化深度dm、相關(guān)性公式（測(cè)強(qiáng)曲線）和測(cè)區(qū)強(qiáng)度均勻性（指標(biāo)為 Sfcuc）。并且這4個(gè)因素同時(shí)受到其他因素的影響。因此，回彈法測(cè)定混凝土抗壓強(qiáng)度值（混凝土強(qiáng)度推定值）是一個(gè)受多因素影響，具有一定數(shù)理統(tǒng)計(jì)意義的綜合值。

3 對(duì)回彈法的幾個(gè)思考

3.1 回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的代表性

對(duì)于通過(guò)混凝土表面硬度來(lái)推測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度是否合理的問(wèn)題，從廉慧珍和文恒武等討論[1-2]中可以得到答案。雖然硬度和強(qiáng)度是2個(gè)概念，二者具有較大的區(qū)別，但僅從數(shù)理統(tǒng)計(jì)意義看，二者確實(shí)具有較好的相關(guān)性，并且這種相關(guān)性的可靠度經(jīng)過(guò)了幾十家單位，上萬(wàn)組數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。當(dāng)采用統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，平均相對(duì)誤差≤±15%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差≤18%；當(dāng)采用地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線和專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，誤差會(huì)進(jìn)一步減小。因此，通過(guò)混凝土硬度來(lái)推定強(qiáng)度的做法是可行的，也是可靠的，關(guān)鍵在于測(cè)強(qiáng)曲線的選擇和可靠性。

3.2 回彈值修正

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，回彈值應(yīng)為回彈儀水平方向彈擊混凝土澆筑側(cè)面。當(dāng)為非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)（見(jiàn)圖1），需要對(duì)回彈值進(jìn)行修正。

圖1 非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下回彈儀彈擊示意圖

對(duì)回彈值進(jìn)行修正時(shí)，建工規(guī)范[4]和水利規(guī)范[5]有一定區(qū)別。建工規(guī)范明確了彈擊方向和測(cè)面的修正方法，當(dāng)測(cè)面為澆筑表面或底面時(shí)，應(yīng)先對(duì)彈擊方向進(jìn)行修正，再進(jìn)行澆筑測(cè)面修正，二者順序不應(yīng)顛倒；而水利規(guī)范僅對(duì)彈擊方向進(jìn)行了修正，沒(méi)有提到對(duì)測(cè)面的修正。這里的“澆筑表面”指的是具有原漿抹面的混凝土結(jié)構(gòu)；“澆筑底面”指的是底面與側(cè)面采取相同澆筑模板的情況。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，測(cè)面修正是必要的。因?yàn)樵诨炷琳駬v過(guò)程中，表面會(huì)形成一定厚度的浮漿層，而底面會(huì)有一定程度地骨料下沉現(xiàn)象，因而會(huì)導(dǎo)致表面回彈值偏小，而底面偏大的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象在取芯法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)也得到證實(shí)。當(dāng)在同一位置取3個(gè)芯樣時(shí)，表面的芯樣強(qiáng)度值會(huì)偏低，合理的做法是芯樣加工時(shí)適當(dāng)切除浮漿層。

3.3 碳化問(wèn)題

從式（1）可看出，碳化是影響混凝土抗壓強(qiáng)度的一個(gè)關(guān)鍵因素，二者呈指數(shù)關(guān)系。圖2以C30混凝土為例，描述了碳化對(duì)強(qiáng)度的影響。假定其他因素不變，碳化深度從0 ～ 6 mm變化時(shí)，強(qiáng)度改變十分明顯。最大值為33.8 MPa，而最小值僅26.6 MPa，二者相差24%。從圖2可看出，碳化的準(zhǔn)確與否，直接影響到混凝土抗壓強(qiáng)度是否合格，對(duì)工程的質(zhì)量及驗(yàn)收起到極大的影響，因此，準(zhǔn)確測(cè)量混凝土的碳化深度非常關(guān)鍵。

圖2 碳化深度對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響圖

目前，混凝土碳化深度測(cè)量的準(zhǔn)確度仍是一個(gè)難題，包括2個(gè)方面：測(cè)量本身精度問(wèn)題和“假性碳化”引起的誤差問(wèn)題。規(guī)范中的方法為鉆孔后采取一定濃度的酚酞試液進(jìn)行滴定，讀數(shù)精度為0.50 mm（水利規(guī)范），甚至達(dá)到0.25 mm（建工規(guī)范）。實(shí)際操作過(guò)程中，達(dá)到這個(gè)精度比較困難，尤其是在“假性碳化”存在的情況下。引起假性碳化的原因主要有2個(gè)：酸性脫模劑的使用[6]和大摻量摻合料的加入[7]。前者會(huì)消耗混凝土表面氫氧化鈣，從而中性化；后者則是摻合料在進(jìn)行二次水化甚至三次水化時(shí)消耗了氫氧化鈣。這2種情況均使得采用酚酞試液滴定時(shí)產(chǎn)生較差誤差，從而引起混凝土強(qiáng)度判定失真的現(xiàn)象。這種情況下應(yīng)采取鉆芯法等進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

3.4 測(cè)強(qiáng)曲線選擇

測(cè)強(qiáng)曲線是回彈法測(cè)強(qiáng)可靠性的核心，直接影響到混凝土抗壓強(qiáng)度換算值。目前，建工規(guī)范采用最多的是全國(guó)統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線，該曲線其普適性和可靠性得到工程界的認(rèn)可。然而，統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線是“1985年版回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程”制定的，之后的規(guī)范修訂并沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行大的改進(jìn)[3]，僅增加泵送混凝土測(cè)強(qiáng)曲線和高強(qiáng)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線。目前，混凝土的原材料、摻合料、外加劑等，均有較大改變，且存在區(qū)域性差別。因此，規(guī)范鼓勵(lì)優(yōu)先采用地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線和專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線，且優(yōu)先級(jí)為：專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線＞地區(qū)測(cè)區(qū)曲線＞統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線。近年來(lái)，學(xué)者們針對(duì)大型工程也制定了一些專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線[8]，但地區(qū)測(cè)區(qū)曲線較少見(jiàn)諸報(bào)道。而水利規(guī)范中，沒(méi)有給出詳細(xì)的強(qiáng)度換算表，而是給出強(qiáng)度與回彈值的關(guān)系式，在此基礎(chǔ)上，考慮碳化后，再進(jìn)行一些修正。這與建工本質(zhì)上是一致的，仍然是全國(guó)統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線。

另外需要注意每一個(gè)測(cè)強(qiáng)曲線均有一定適用范圍。在使用時(shí)，應(yīng)先確定檢測(cè)混凝土是否在適用范圍內(nèi)。如統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線、泵送混凝土測(cè)強(qiáng)曲線及高強(qiáng)混凝土測(cè)強(qiáng)曲線三者的適用范圍是不同的。

3.5 全級(jí)配混凝土

全級(jí)配混凝土在水工混凝土中比較常見(jiàn)，指的是骨料為三級(jí)配或四級(jí)配的大體積混凝土，多用于重力壩、拱壩等體積較大的工程中。相比普通混凝土，全級(jí)配混凝土具有骨料占比大、骨料最大粒徑大、水泥用量小的特點(diǎn)，因此，混凝土性能也與普通混凝土有一定區(qū)別。在這種情況下，統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線已不再適用。水利規(guī)范中規(guī)定了采用重型回彈儀時(shí)的測(cè)強(qiáng)曲線，然而，該曲線引自交通規(guī)范JTG 270 — 98《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，沒(méi)有學(xué)者對(duì)其在水工混凝土的適用性做進(jìn)一步驗(yàn)證。

水工大體積混凝土強(qiáng)度檢測(cè)是一個(gè)難點(diǎn)。檢測(cè)方法有機(jī)口取樣成型試塊法、取芯法和回彈法。機(jī)口取樣成型試塊法一般用于控制混凝土拌合物質(zhì)量，對(duì)實(shí)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)價(jià)參考意義不大。取芯法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，對(duì)結(jié)構(gòu)損傷較大，取芯直徑一般應(yīng)為骨料最大粒徑的3倍，至少不得小于2倍。對(duì)于三級(jí)配混凝土，取芯直徑最小為160 mm；四級(jí)配混凝土，取芯直徑最小240 mm?；貜椃壳安](méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)全級(jí)配混凝土的測(cè)強(qiáng)曲線，只能采取規(guī)范規(guī)定的測(cè)強(qiáng)曲線，誤差可能較大，因此需要盡快制定全級(jí)配混凝土測(cè)強(qiáng)曲線。

3.6 高性能混凝土

高性能混凝土的典型特性為高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性，配合比方面為加入大摻量摻合料和高效外加劑。當(dāng)采用統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，遇到的不僅僅是假性碳化問(wèn)題，測(cè)強(qiáng)曲線本身的適用性也大大降低。住建部雖制定了適用于高強(qiáng)混凝土的測(cè)強(qiáng)曲線[9]，但仍不成熟，在使用前需進(jìn)行適用性驗(yàn)證，且沒(méi)有考慮碳化問(wèn)題。另外，水利上高性能混凝土與高強(qiáng)混凝土有一定區(qū)別，其對(duì)強(qiáng)度要求不強(qiáng)烈，關(guān)鍵在于耐久性，包括抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕等性能。已有學(xué)者在這方面進(jìn)行了一定的研究[10-11]，但距離制定成熟、普適的測(cè)強(qiáng)曲線還有距離。

4 結(jié) 語(yǔ)

回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度是一種快速、有效的方法，但其影響因素較多，有一定的適用條件，在使用過(guò)程中，需引起重視，以免造成強(qiáng)度評(píng)價(jià)失真的問(wèn)題。另外，針對(duì)當(dāng)前水工混凝土回彈法存在的一些問(wèn)題，以下幾個(gè)方面尚需進(jìn)一步研究：

（1）當(dāng)測(cè)面為澆筑表面或底面時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)測(cè)面進(jìn)行修正，具體修正方法可參照J(rèn)GJ/T 23 — 2011。

（2）針對(duì)大型水利工程，建議開(kāi)展專(zhuān)用測(cè)強(qiáng)曲線研究。條件成熟時(shí)，可建立地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線。

（3）建議開(kāi)展全級(jí)配混凝土測(cè)強(qiáng)曲線研究，以解決大體積混凝土強(qiáng)度檢測(cè)困難的現(xiàn)狀。

（4）高性能混凝土與普通混凝土在組成上已有較大差別，建議開(kāi)展高性能混凝土測(cè)強(qiáng)曲線研究。