回彈法評(píng)定混凝土強(qiáng)度主要影響因素試驗(yàn)研究

馬喜峰

（河北撫寧抽水蓄能有限公司，河北 秦皇島 066000）

0 引言

在國(guó)內(nèi)外混凝土無損檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)程中，回彈法以其簡(jiǎn)單、快速、高效等特點(diǎn)成為應(yīng)用非常廣泛的一種方法。在新建、擴(kuò)建、改建等水利基礎(chǔ)工程中發(fā)揮著重要作用，其優(yōu)點(diǎn)主要是儀器便攜易帶、操作方法簡(jiǎn)便、設(shè)備價(jià)格低廉、可實(shí)現(xiàn)非破壞大范圍檢測(cè)。同時(shí)，回彈法也有其自身的缺點(diǎn)，如只能通過混凝土表層硬度回彈值間接推定混凝土強(qiáng)度值，推定結(jié)果存在一定誤差，若混凝土均質(zhì)性較差，則可能出現(xiàn)較大誤差[1-3]?；炷量箟簭?qiáng)度評(píng)定是混凝土質(zhì)量評(píng)定的主控項(xiàng)目，混凝土澆筑完成達(dá)到試驗(yàn)齡期后經(jīng)過回彈檢測(cè)，有的合格、有的接近設(shè)計(jì)強(qiáng)度、有的離散性過大未做評(píng)定，能否就此認(rèn)定混凝土合格或存在質(zhì)量問題，如果存在問題，是施工技術(shù)原因、混凝土拌合站原因還是其他原因，有待于工程技術(shù)人員探究。

1 基本理論

回彈法評(píng)定混凝土強(qiáng)度是無損檢測(cè)技術(shù)方法之一，具有使用方便、經(jīng)濟(jì)、高效、覆蓋面廣等優(yōu)點(diǎn)，但其也具有易受原材料、碳化深度、成型方法、試驗(yàn)人員操作等多種因素影響的弊端，如何能夠充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，最大程度降低弊端影響，是工程技術(shù)人員重點(diǎn)研究的內(nèi)容?，F(xiàn)階段大多數(shù)基礎(chǔ)建設(shè)評(píng)定混凝土強(qiáng)度采用試件法、回彈法結(jié)合取芯法綜合評(píng)定，其中，回彈法主要依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23-2011《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》。

依據(jù)JGJ/T 23-2011 對(duì)實(shí)體混凝土采集到的回彈值計(jì)算，首先應(yīng)進(jìn)行平均值計(jì)算，然后進(jìn)行角度修正、澆筑面修正、強(qiáng)度換算等步驟。

1.1 平均值計(jì)算

按照規(guī)范要求布置測(cè)區(qū)，每個(gè)測(cè)區(qū)彈擊16 個(gè)點(diǎn)，去掉3 個(gè)最大值、去掉3 個(gè)最小值，每個(gè)測(cè)區(qū)保留10 個(gè)有效數(shù)值求其平均值：

式中：Rm——測(cè)區(qū)平均回彈值，精確至0.1；Ri——第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的回彈值。

1.2 角度修正

檢測(cè)非水平方向澆筑側(cè)面時(shí)，應(yīng)對(duì)測(cè)區(qū)回彈值進(jìn)行角度修正：

式中：Rma——非水平方向檢測(cè)時(shí)測(cè)區(qū)的平均回彈值，精確至0.1；Rδa——非水平方向檢測(cè)時(shí)回彈值修正值。

1.3 澆筑面修正

當(dāng)水平方向檢測(cè)混凝土表面或底面時(shí)，在角度修正基礎(chǔ)上需要對(duì)澆筑面進(jìn)行修正：

1.4 強(qiáng)度計(jì)算

以10 個(gè)測(cè)區(qū)為例，混凝土強(qiáng)度推定值fcu，e采用下式計(jì)算：

式中：mfcu——平均值；Sfcu——標(biāo)準(zhǔn)差；k——推定系數(shù)，宜為1.645。

2 影響因素

2.1 主要原材料的影響

混凝土拌合、澆筑、養(yǎng)護(hù)工藝較為簡(jiǎn)單，但其內(nèi)部機(jī)理成型體系極其復(fù)雜，主要由以水泥為主的膠凝材料、粗骨料、細(xì)骨料、外加劑等按照一定比例關(guān)系配制而成。當(dāng)回彈法應(yīng)用全國(guó)統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線時(shí)，不同地區(qū)不同工程原材料來源廣泛，混凝土微結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)非均質(zhì)離散狀態(tài)，實(shí)際環(huán)境溫度、濕度、時(shí)間對(duì)其強(qiáng)度均有影響，混凝土性能的不確定性及微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性均體現(xiàn)了非線性特點(diǎn)。水泥、粗骨料及黏結(jié)力在很大程度上決定了混凝土的強(qiáng)度。

1）水泥

國(guó)外回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的大量研究結(jié)果表明：水泥品種及強(qiáng)度是用回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度重要影響因素之一。羅馬尼亞定義普通硅酸鹽水泥影響系數(shù)為1，而礦渣硅酸鹽水泥影響系數(shù)定義為0.9。國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)于水泥品種對(duì)回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度影響持兩種意見：一種認(rèn)為影響很大，需結(jié)合大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)開展研究；一種認(rèn)為在強(qiáng)度換算階段已經(jīng)考慮了碳化深度影響，其影響可忽略。

基于此，根據(jù)抽水蓄能電站混凝土強(qiáng)度檢測(cè)科研需求，組織試驗(yàn)人員制作了102 組其他條件相同只有混凝土品種不同的混凝土試塊，其品種分別為普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥和粉煤灰水泥。成型后送至養(yǎng)護(hù)室，標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7 d后，移送至室外自然條件下養(yǎng)護(hù)7，14，28 和90 d，然后進(jìn)行回彈強(qiáng)度試驗(yàn)檢測(cè)。結(jié)果見圖1。

圖1 不同水泥品種的fcu，i～Rm 測(cè)強(qiáng)曲線（dm=1 mm）

由圖1 可以看出，當(dāng)混凝土的碳化深度dm為1 mm 時(shí)，不同品種水泥的混凝土強(qiáng)度值與其回彈值之間并未有明顯不同，試驗(yàn)表明：不同水泥品種，不會(huì)造成混凝土強(qiáng)度推定值的不同，也不會(huì)造成fcu，i～Rm測(cè)強(qiáng)曲線的明顯不同。

2）粗骨料

粗骨料的組成有卵石和碎石之分，粗骨料品種不同是否對(duì)混凝土強(qiáng)度造成影響，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者看法不一。鑒于此情況，結(jié)合工程實(shí)際用料情況，開展了大量對(duì)比試驗(yàn)，研究結(jié)果見圖2。

圖2 碎石卵石fcu，i～Rm 測(cè)強(qiáng)曲線（dm=1 mm）

由圖2 可以看出，粗骨料品種不同對(duì)混凝土強(qiáng)度值有一定影響。與此同時(shí)，全國(guó)統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線及陜西、重慶等地測(cè)強(qiáng)曲線并未嚴(yán)格區(qū)分骨料品種進(jìn)行計(jì)算，陜西建科院與重慶建科院通過大量對(duì)比試驗(yàn)得出不同粗骨料品種對(duì)回彈法推定混凝土強(qiáng)度結(jié)果影響并不顯著的結(jié)論，可不必采用修正系數(shù)。同時(shí)，碎石表面積大于卵石，與膠凝材料結(jié)合較好，混凝土強(qiáng)度也較高，結(jié)合此次研究的工程主要應(yīng)用碎石的現(xiàn)狀，故對(duì)粗骨料的影響不予考慮。

2.2 碳化深度和齡期的影響

混凝土表層碳化深度和齡期，是回彈法推定混凝土強(qiáng)度的重要影響因素。JGJ/T 23-2011 中泵送混凝土測(cè)強(qiáng)曲線f=0.034488R1.940010(-0.0173dm)已將碳化深度作為自變量來考慮，結(jié)合回彈值來綜合推定混凝土強(qiáng)度值。一定濕度條件下混凝土中的Ca（OH）2會(huì)和空氣中的CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaCO3，研究表明，當(dāng)空氣中相對(duì)濕度在50%～80%時(shí)，混凝土表層最易發(fā)生碳化，當(dāng)空氣中相對(duì)濕度在25%以下時(shí)，較難發(fā)生碳化。CaCO3使得混凝土表層硬度增加，碳化深度越大，混凝土表層硬度越大。另外，混凝土配制過程中的水灰比會(huì)對(duì)碳化產(chǎn)生影響，水灰比越大，即水泥含量越小，混凝土越容易發(fā)生碳化現(xiàn)象，因此，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制水灰比，以降低混凝土表面發(fā)生碳化的深度。一般來說，混凝土表層碳化深度值與齡期成正比，與回彈值也成正比，但與混凝土強(qiáng)度成反比。

2.3 率定因素的影響

技術(shù)規(guī)程JGJ/T 23-2011 規(guī)定，在洛氏硬度HRC 為60±2 的鋼砧上，回彈儀率定值應(yīng)為80±2合格，大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，率定值80±2在某種程度上會(huì)加大回彈值誤差，結(jié)合抽水蓄能電站科研項(xiàng)目隧道工程，對(duì)回彈儀在不同率定值測(cè)定不同回彈值進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)從C20，C35，C50 中篩選20 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試塊，分別采用低率定（78～79）回彈儀和高率定（81～82）回彈儀進(jìn)行彈擊。通過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)。

1）低率定回彈值比高率定回彈值平均低3.8個(gè)回彈值，高率定的強(qiáng)度換算值占抗壓強(qiáng)度比值比低率定的高7 個(gè)百分點(diǎn)。

2）依據(jù)技術(shù)規(guī)程JGJ/T 23-2011，計(jì)算出回彈強(qiáng)度值占試件抗壓強(qiáng)度值的百分?jǐn)?shù)。結(jié)果顯示，低率定的平均回彈強(qiáng)度只占試塊平均抗壓強(qiáng)度的85%，而高率定的能夠占到92%，見表1。

表1 高低率定回彈值對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

由此試驗(yàn)可以看出：回彈法推定混凝土強(qiáng)度往往略低于混凝土實(shí)際強(qiáng)度。因此，在進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)回彈法評(píng)定強(qiáng)度前，應(yīng)該嚴(yán)格率定回彈儀，并且率定值在滿足規(guī)范要求的基礎(chǔ)上不得低于80，以盡量減少儀器產(chǎn)生的誤差。

3 結(jié)論

1）文中從3 個(gè)方面對(duì)回彈法評(píng)定混凝土強(qiáng)度的影響因素進(jìn)行了探討：一是原材料方面，水泥、粗骨料等，其影響可忽略不計(jì)；二是施工技術(shù)方面，碳化深度和齡期對(duì)回彈值有一定影響；三是試驗(yàn)操作方面，回彈儀率定值對(duì)結(jié)果有一定誤差。

2）從回彈法基本理論和外界環(huán)境因素考慮，得出提高測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的部分結(jié)論，為今后試驗(yàn)操作提供指導(dǎo)，為建立地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線奠定基礎(chǔ)。

3）回彈法推定混凝土強(qiáng)度已應(yīng)用多年，各類工程積累了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)回彈法推定混凝土強(qiáng)度的不確定度分析是一個(gè)很有價(jià)值的研究方向，可為同類工程提供參考。