回彈-鉆芯修正法檢測混凝土強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析

周明星，房 棟，張曉婉，陳 剛

(1.河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 工商管理學(xué)院，河南 鄭州 450044；2.鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450000；3.許昌市建設(shè)工程質(zhì)量檢測站，河南 許昌 461000；4.河南工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 451191)

混凝土作為目前建筑工程中使用最廣泛的一種建筑材料，其強(qiáng)度對工程結(jié)構(gòu)的承載力和使用壽命起決定性作用，是建筑工程質(zhì)量與安全的保障。近年來，由于混凝土強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)引起橋梁倒塌、住宅裂縫和結(jié)構(gòu)變形等多起工程事故，不但嚴(yán)重危害人民的生命財產(chǎn)安全，而且對后期維修加固造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，引起不良社會影響。在混凝土結(jié)構(gòu)交付使用前對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行現(xiàn)場檢測，可有效反映工程質(zhì)量高低，對結(jié)構(gòu)的安全把控至關(guān)重要[1]。

混凝土強(qiáng)度現(xiàn)場檢測可以通過回彈法、拔出法、鉆芯法、超聲法和沖擊回波法等多種方法實(shí)現(xiàn)[2]。其中，通過測定混凝土表面的硬度間接推定混凝土強(qiáng)度的回彈法操作簡單且不損害實(shí)體結(jié)構(gòu)，在實(shí)際工程中應(yīng)用最為廣泛，但推定方法的適用性和推定結(jié)果的準(zhǔn)確性仍受質(zhì)疑[3-5]。而鉆芯法通過現(xiàn)場實(shí)體取樣，直接測定混凝土的抗壓強(qiáng)度，方法直接、結(jié)果可靠，但成本較高且損害實(shí)體結(jié)構(gòu)?；诨炷翉?qiáng)度檢測中存在的上述問題，本文采用結(jié)合兩者優(yōu)勢的回彈-鉆芯修正法對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測，根據(jù)鉆芯法測得的混凝土抗壓強(qiáng)度對回彈法得到的混凝土強(qiáng)度推定值進(jìn)行修正，提高回彈法的可靠性。

按照《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T23-2011)[6]對許昌市某住宅小區(qū)進(jìn)行混凝土現(xiàn)場回彈檢測，記錄回彈值與碳化深度，計算混凝土強(qiáng)度推定值。然后，根據(jù)《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T384-2016)[7]對所布置的實(shí)際回彈測區(qū)進(jìn)行取芯測強(qiáng)，用于修正回彈法計算得到的混凝土強(qiáng)度推定值，并分析鉆芯修正對混凝土強(qiáng)度的影響。最后，建立回彈值與鉆芯抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系曲線，通過該曲線計算鉆芯抗壓強(qiáng)度，對回彈法混凝土強(qiáng)度進(jìn)行修正，既可避免鉆芯法對結(jié)構(gòu)造成的損害，又可提高回彈法的可靠度。

1 數(shù)據(jù)測定

1.1 回彈值測定

某住宅小區(qū)位于許昌市，為泵送混凝土澆筑剪力墻結(jié)構(gòu)。依據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T23-2011)[6]，對強(qiáng)度等級為C30、C35和C40的工程構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度分別進(jìn)行抽樣檢測。每一檢測構(gòu)件布置5個測區(qū)，每一測區(qū)布設(shè)16個測點(diǎn)，依次對同一測區(qū)每個測點(diǎn)進(jìn)行回彈，并選取16個測點(diǎn)中的3個最大值和3個最小值，得到每個測區(qū)平均回彈值?；貜椫禍y量完成后，采用配置濃度為1%的酚酞酒精溶液檢測測區(qū)混凝土碳化深度，測區(qū)回彈值平均值與碳化深度見表1。

表1 回彈平均值與碳化深度

續(xù)表1

現(xiàn)場測定的混凝土回彈值代表混凝土表面的硬度，不直接反映混凝土強(qiáng)度。按照《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T23-2011)[6]要求，根據(jù)表1，進(jìn)行測區(qū)混凝土強(qiáng)度換算與推定，并計算得到混凝土強(qiáng)度換算值平均值和推定值平均值。計算結(jié)果見表2。

表2 回彈法計算混凝土強(qiáng)度換算值與推定值

續(xù)表2

1.2 鉆芯值測定

結(jié)合回彈法所布設(shè)測點(diǎn)，依據(jù)《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T384-2016)[7]鉆取直徑為100 mm的芯樣進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，得到芯樣抗壓強(qiáng)度，并計算同一強(qiáng)度等級芯樣混凝土抗壓強(qiáng)度平均值，結(jié)果見表3。

1.3 回彈-鉆芯修正

依據(jù)《鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T384-2016)[7]鉆芯修正法要求，計算鉆芯修正量與修正后混凝土強(qiáng)度推定值，計算結(jié)果見表3。

表3 芯樣混凝土抗壓強(qiáng)度及修正后混凝土抗壓強(qiáng)度

續(xù)表3

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 鉆芯修正對回彈混凝土強(qiáng)度的影響分析

根據(jù)表2和表3，對同一強(qiáng)度等級混凝土采用回彈法和回彈-鉆芯修正法計算得到的強(qiáng)度推定值進(jìn)行比較，結(jié)果見圖1。

圖1 回彈強(qiáng)度與回彈-鉆芯混凝土強(qiáng)度對比

圖2 回彈值與鉆芯抗壓強(qiáng)度關(guān)系圖

由圖1可知：同一強(qiáng)度等級混凝土采用回彈法得到的混凝土強(qiáng)度比回彈-鉆芯修正法得到的強(qiáng)度值小，且隨著混凝土強(qiáng)度等級降低，這種差異程度越明顯。這一點(diǎn)與孟軍濤[8]研究結(jié)論一致。進(jìn)一步將該結(jié)論與文獻(xiàn)[9]對比，發(fā)現(xiàn):當(dāng)回彈法不考慮碳化時，鉆芯混凝土強(qiáng)度與回彈強(qiáng)度之間的差異會隨強(qiáng)度等級提高而增大；當(dāng)回彈法考慮碳化時，鉆芯混凝土強(qiáng)度與回彈強(qiáng)度之間的差異會隨強(qiáng)度等級提高而減小。因此，通過文獻(xiàn)間不同結(jié)論的比較分析，得出:碳化對回彈檢測混凝土強(qiáng)度影響較大。

2.2 回彈-鉆芯數(shù)據(jù)回歸分析

混凝土鉆芯抗壓強(qiáng)度與回彈值存在一定的相關(guān)性，故根據(jù)最小二乘法原理[10]將表1和表3中混凝土回彈值與鉆芯抗壓強(qiáng)度進(jìn)行整理并擬合，結(jié)果見圖2。

根據(jù)圖2中的回彈值與鉆芯抗壓強(qiáng)度間的擬合關(guān)系曲線，對4種模式的擬合結(jié)果分別進(jìn)行誤差和精度分析，結(jié)果見表4。

表4 回彈值與抗壓強(qiáng)度擬合結(jié)果誤差和精度分析

由表4可知：4種擬合函數(shù)的回歸方程相關(guān)系數(shù)均接近于1，說明回彈值與鉆芯抗壓強(qiáng)度之間相關(guān)性較好，函數(shù)1屬于二次函數(shù)，其擬合相關(guān)性最好；4種擬合函數(shù)的剩余標(biāo)準(zhǔn)差均較小，說明擬合方程精度較高，且精度最高的是二次函數(shù)。通過回歸分析得到的4種擬合函數(shù)均滿足相關(guān)性和精度要求，且二次函數(shù)形式更適用于表示回彈值與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系。

3 實(shí)例驗(yàn)證

根據(jù)回彈值與擬合得到的回彈值-鉆芯抗壓強(qiáng)度曲線可以快速推算出構(gòu)件混凝土鉆芯抗壓強(qiáng)度，且不破壞結(jié)構(gòu)。為了推廣回彈值-鉆芯抗壓強(qiáng)度擬合關(guān)系曲線的應(yīng)用，通過工程中實(shí)測的回彈值與鉆芯抗壓強(qiáng)度，對此擬合曲線的適用性進(jìn)行了驗(yàn)證，計算結(jié)果見表5。

表5 鉆芯抗壓強(qiáng)度實(shí)測值與計算值

續(xù)表5

由表5可知：在實(shí)際工程應(yīng)用中，混凝土鉆芯抗壓強(qiáng)度實(shí)測值與根據(jù)4種擬合函數(shù)關(guān)系式得到的鉆芯抗壓強(qiáng)度計算值最大偏差分別為-9.1%、-11.6%、-10.2%和-10.2%，滿足《回彈法檢測混凝土抗壓技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T23-2011)[6]相關(guān)規(guī)定，且混凝土鉆芯抗壓強(qiáng)度計算值與實(shí)測值偏差最小的函數(shù)形式是二次函數(shù)。

4 結(jié)論

通過對某住宅小區(qū)的混凝土強(qiáng)度現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用回彈法推定混凝土強(qiáng)度，采用鉆芯法在回彈區(qū)取樣測強(qiáng)，根據(jù)鉆芯混凝土強(qiáng)度實(shí)測值對回彈推定強(qiáng)度進(jìn)行修正，并回歸得到回彈值與鉆芯抗壓強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系，得到以下結(jié)論:

(1)通過比較回彈和鉆芯修正推定的混凝土強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)回彈法推定得到的混凝土強(qiáng)度均低于回彈-鉆芯修正強(qiáng)度，且混凝土強(qiáng)度等級越低，兩者間差異越明顯；

(2)通過文獻(xiàn)對比分析，發(fā)現(xiàn)碳化對回彈檢測混凝土強(qiáng)度影響較大；

(3)回彈值與混凝土鉆芯抗壓強(qiáng)度的擬合分析結(jié)果顯示:回彈值與鉆芯抗壓強(qiáng)度之間具有較好的相關(guān)性，即可以通過回彈值與回歸曲線計算得到鉆芯抗壓強(qiáng)度。