建筑混凝土材料強(qiáng)度檢測的技術(shù)分析

楊仁海

（福州鑫隆達(dá)土木工程檢測有限公司，福建 福州 350000）

0 引言

在進(jìn)行建筑工程的建設(shè)與施工中，混凝土材料強(qiáng)度將會(huì)對整體工程質(zhì)量及其安全性起到直接的影響作用。因此，施工單位一定要采取合理的技術(shù)措施來進(jìn)行混凝土材料的強(qiáng)度檢測，包括回彈檢測技術(shù)、超聲回彈檢測技術(shù)、拔出檢測技術(shù)以及鉆芯檢測技術(shù)等。通過這樣的方式，才可以讓混凝土材料強(qiáng)度得以科學(xué)測定與相應(yīng)調(diào)整，使其充分滿足建筑工程的實(shí)際質(zhì)量與安全需求。

1 工程概況

該研究為某房屋建筑工程中的混凝土材料檢測。該工程的總建筑面積是13754.6 m2，包括兩棟對稱形式的高層建筑，其總高度均為74.9m，包括地上27層，地下1層。因該工程的施工現(xiàn)場為軟土地基，對混凝土材料強(qiáng)度具有較高要求，所以相關(guān)單位通過現(xiàn)場檢測的形式在具體施工中對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度檢測。同時(shí)，因該工程中涉及的混凝土構(gòu)件類型不同，在具體的強(qiáng)度檢測中，不能僅通過一種技術(shù)方法進(jìn)行檢測，而是需要根據(jù)實(shí)際情況與實(shí)際需求，采取合理的檢測技術(shù)對各個(gè)混凝土構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度檢測。綜合考慮各方面因素，該工程中，選擇了幾種最具典型性的混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)，并將其合理應(yīng)用于混凝土構(gòu)件檢測中。該文對這幾種主要的混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)在該工程中的具體應(yīng)用進(jìn)行分析。

2 建筑混凝土材料強(qiáng)度檢測中的關(guān)鍵技術(shù)

在對建筑工程中的混凝土材料強(qiáng)度進(jìn)行檢測時(shí)，其檢測技術(shù)有很多。就目前來看，最常用的檢測技術(shù)包括回彈檢測技術(shù)、超聲回彈檢測技術(shù)、拔出檢測技術(shù)以及鉆芯檢測技術(shù)?；诖耍摻ㄖこ淌┕がF(xiàn)場混凝土材料強(qiáng)度檢驗(yàn)的過程中，對這幾種最具典型性的檢測技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，對大型、均勻的非承重構(gòu)件，主要通過有損檢測（即鉆心取樣）法進(jìn)行檢測，對承重和一些特殊構(gòu)件，主要通過無損檢測法進(jìn)行檢測，下面對這幾種典型的混凝土施工現(xiàn)場強(qiáng)度檢測技術(shù)在該工程中的具體應(yīng)用方法及其檢測結(jié)果進(jìn)行分析。

2.1 回彈檢測技術(shù)

在對建筑工程中的混凝土材料強(qiáng)度進(jìn)行檢測的過程中，回彈檢測是一種比較傳統(tǒng)且常用的檢測技術(shù)。該技術(shù)的主要原理是根據(jù)混凝土表面硬度及其抗壓強(qiáng)度間的關(guān)系，通過表面硬度檢測來進(jìn)行抗壓強(qiáng)度計(jì)算。其基本原則是將一個(gè)初始動(dòng)能施加到錘子上，使其擊中混凝土表面，其中的一部分動(dòng)能會(huì)傳遞給混凝土表面，其余的能量傳遞給質(zhì)量，按照能量守恒這一原理，可將傳回能量作為依據(jù)，對混凝土表面所吸收的能量進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)榛炷帘砻鎸δ芰康奈涨闆r主要由其硬度決定，所以通過回彈值的高低可間接反映其硬度大小，進(jìn)而對其抗壓強(qiáng)度進(jìn)行推算。

在具體檢測中，首先，需要保證所需設(shè)備以及儀器等具有齊全的檔案，并使其處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)中，檢測人員也需要保持一致。其次，進(jìn)行回彈值測定，在測定區(qū)域中，通過回彈儀在混凝土表面上進(jìn)行回彈值測定，并控制讀數(shù)精度。檢測中，回彈儀軸線應(yīng)始終和檢測面保持垂直，緩緩試壓，在精確讀數(shù)之后再使其迅速復(fù)位。再次，檢測試件碳化深度，檢測中，應(yīng)通過重錘以及平頭螺絲刀將混凝土檢測部位鑿出小洞，通過滴管向小洞內(nèi)壁邊沿滴入1%左右濃度的酚酞酒精溶液，在顏色穩(wěn)定之后，便可通過測量尺對兩顏色界線深度進(jìn)行多次測量，每次控制好測量精度，將最終的平均值用作碳化深度檢測結(jié)果。最后，須進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并對回彈值進(jìn)行修正。表1是建筑混凝土材料強(qiáng)度回彈檢測技術(shù)應(yīng)用中的主要參數(shù)控制情況。

表1 建筑混凝土材料強(qiáng)度回彈檢測技術(shù)應(yīng)用中的主要參數(shù)控制情況

為有效控制檢測質(zhì)量，檢測前需要檢查混凝土表面，避免混凝土表面存在疏松和油污等情況，必要時(shí)可通過砂紙清除混凝土表面上的雜質(zhì)，并通過毛刷將混凝土表面刷干凈。同時(shí)，具體檢測中，應(yīng)保證混凝土內(nèi)外結(jié)構(gòu)一致，對存在內(nèi)部缺陷或者是外部遭到化學(xué)腐蝕的混凝土構(gòu)件，不可通過該方法進(jìn)行檢測。

在通過該方法對該工程中的一些混凝土構(gòu)件進(jìn)行回彈檢測后，獲得到的6組檢測結(jié)果見表2。

表2 該工程中的部分混凝土構(gòu)件回彈檢測結(jié)果

經(jīng)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，這次檢測的混凝土構(gòu)件強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 超聲回彈檢測技術(shù)

超聲回彈檢測技術(shù)是將超聲波技術(shù)以及回彈技術(shù)相結(jié)合，以此來實(shí)現(xiàn)混凝土抗壓強(qiáng)度測量的一種技術(shù)形式。該技術(shù)和回彈檢測技術(shù)具有基本相似的原理，都是以混凝土抗壓強(qiáng)度與其中的某些性能或者物理值之間的對應(yīng)關(guān)系為依據(jù)，通過某些性質(zhì)或物理值測量結(jié)果來對其抗壓強(qiáng)度進(jìn)行推算。但是超聲回彈檢測并不是以混凝土表面硬度與其抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系為依據(jù)，而是將混凝土的密度、彈性模量及其強(qiáng)度之間的關(guān)系作為依據(jù)。在彈性波動(dòng)相關(guān)理論中，超聲波傳輸速度與其傳播介質(zhì)所具有的彈性模量及其密度等相關(guān)?；诖耍趯炷吝M(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測的過程中，可通過介質(zhì)中的超聲波傳播速度測定來計(jì)算其抗壓強(qiáng)度。

檢測中，需要將回彈技術(shù)與超聲波技術(shù)分別應(yīng)用到同一個(gè)混凝土試件上，以此來進(jìn)行其回彈值以及超聲波傳輸速度的計(jì)算。相比較單一形式的回彈檢測技術(shù)而言，超聲回彈檢測技術(shù)具有更高的檢測精度，而通過這兩種方法的結(jié)合應(yīng)用，便可達(dá)到良好的取長補(bǔ)短效果，以此來減少檢測誤差，且能夠全面反映混凝土質(zhì)量。在通過超聲回彈技術(shù)進(jìn)行混凝土材料強(qiáng)度檢測的過程中，其曲線公式如下。

表3 A、B、C三個(gè)系數(shù)所對應(yīng)的骨料及其取值情況

在具體測量時(shí)，首先需要在構(gòu)件中選擇同一個(gè)測量區(qū)域，先通過回彈檢測技術(shù)進(jìn)行測試，再通過超聲檢測技術(shù)進(jìn)行測試，對不同的測試區(qū)域，這2個(gè)檢測值不能混用。在回彈檢測中，其檢測方法與上文所述的回彈檢測技術(shù)完全一致。在超聲檢測過程中，需要分別在各個(gè)檢測區(qū)域中的相對測試面上設(shè)置3個(gè)檢測點(diǎn)，超聲波發(fā)射器應(yīng)該與接收器處在同一軸線上。最后需要對建筑面進(jìn)行修正。

為有效保證檢測精度，相關(guān)單位與技術(shù)人員應(yīng)注意以下4點(diǎn)。1）確保檢測儀合格且技術(shù)鑒定證書齊全。2）測量儀在2h內(nèi)的聲時(shí)顯示漂移應(yīng)控制在±0.2μs以內(nèi)。3）測量儀的電源電壓須控制在（220±22）V，且連續(xù)正常工作時(shí)間應(yīng)達(dá)到4h。4）測試儀應(yīng)用中，需要將環(huán)境溫度控制在-10℃～+40℃，將相對濕度控制在80%以內(nèi)。

采用該方法對該工程中的一些混凝土構(gòu)件進(jìn)行超聲回彈檢測后，獲得的6組檢測結(jié)果見表4。

表4 該工程中的部分混凝土構(gòu)件超聲回彈檢測結(jié)果

經(jīng)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，這次檢測的混凝土構(gòu)件強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 拔出檢測技術(shù)

該技術(shù)的基本原理是在混凝土尚未硬化的情況下將金屬錨固物體嵌入其中，或者是當(dāng)混凝土已經(jīng)硬化的情況下將金屬錨固物體預(yù)埋在鉆孔中，然后對錨固物體拔出時(shí)所需的拉力進(jìn)行測定，進(jìn)而對混凝土拔出強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，再以此為依據(jù)來計(jì)算其抗壓強(qiáng)度。

就目前的拔出檢測技術(shù)來看，其主要的技術(shù)形式有兩種：1）預(yù)埋拔出檢測技術(shù)，又叫做LOK test，該技術(shù)是在混凝土尚未硬化的情況下將錨固件在其中預(yù)埋，然后進(jìn)行拔出檢測。2）后裝拔出檢測技術(shù)，又叫做CAPO test，該技術(shù)是在混凝土硬化后在其上鉆孔，然后將錨固件安裝到鉆孔內(nèi)再進(jìn)行拔出檢測。

而在具體的混凝土構(gòu)件強(qiáng)度檢測中，后裝拔出檢測技術(shù)最常用。檢測中，首先需要布設(shè)好檢測點(diǎn)，通常情況下，檢測點(diǎn)需要在混凝土試件一側(cè)進(jìn)行布置。在對單一組件進(jìn)行檢測的過程中，每個(gè)樣品上都必須設(shè)置3個(gè)或3個(gè)以上的檢測點(diǎn)，且檢測點(diǎn)須保持均勻。其次是錨固件預(yù)埋，預(yù)埋中，應(yīng)先通過鉆孔機(jī)在混凝土構(gòu)件上的檢測點(diǎn)處鉆孔，其深度應(yīng)控制在3.6mm～4.5mm，并將孔洞清理干凈，然后才可以安裝錨固件。再次是拔出力檢測，檢測中，需要先將桿同心拔出，將其設(shè)置到三點(diǎn)形式的支承架上，再將這個(gè)支承架設(shè)置到待測的混凝土構(gòu)件表面上，然后便可進(jìn)行初始荷載的加載，讓承力支架中的支撐點(diǎn)和混凝土表面貼緊。然后需要再一次對承力架進(jìn)行檢查，確保承力架和桿處在同心位置，并和混凝土構(gòu)件表面之間保持緊密貼合。在檢查合格之后，按照0.1 MPa/s以下的速度加荷，加荷過程需要持續(xù)進(jìn)行，直到顯示器上的讀數(shù)不再上升為止，也就是混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)被破壞。將該情況下的讀數(shù)最大值記錄下來，作為拔出力極限值。拔出力檢測時(shí)間應(yīng)控制在（120±30）s內(nèi)。在獲得了拔出力參數(shù)之后，便可通過公式（2）來進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度計(jì)算。

式中：f 為混凝土強(qiáng)度換算值，MPa；為檢測中所獲得的拔出力值，Kn；和為混凝土強(qiáng)度檢測公式中的回歸系數(shù)。

為了控制檢測質(zhì)量，相關(guān)單位與技術(shù)人員首先應(yīng)合理選擇試驗(yàn)裝置；如果粗骨料粒徑最大值在40mm以下，則可選擇圓環(huán)形式的拔出裝置；如果粗骨料粒徑最大值在60mm以下，則可以選擇三點(diǎn)式拔出裝置。其次是確保混凝土構(gòu)件檢測部位表層及其內(nèi)部質(zhì)量一致，如果表層和內(nèi)部存在明顯質(zhì)量差異，就需要將表層清除干凈，再進(jìn)行檢驗(yàn)。

在通過該方法對該工程中的一些混凝土構(gòu)件進(jìn)行后裝拔出檢測之后，獲得到的6組檢測結(jié)果見表5。

表5 該工程中的部分混凝土構(gòu)件后裝拔出檢測結(jié)果

經(jīng)過計(jì)算，這次檢測的混凝土構(gòu)件強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 鉆芯檢測技術(shù)

采用該方法進(jìn)行混凝土試件強(qiáng)度檢測的過程中，相關(guān)單位與技術(shù)人員需要重視以下2個(gè)方面。1）科學(xué)確定鉆芯部位，其部位選擇的主要原則有3個(gè)。一是需要在混凝土構(gòu)件強(qiáng)度比較小的位置上進(jìn)行鉆芯點(diǎn)設(shè)置；二是需要對待測的混凝土構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)力分析圖制作，然后從中找出受力比較小的位置，并在這些位置上進(jìn)行鉆芯點(diǎn)設(shè)置；三是盡可能不要在混凝土構(gòu)件中的預(yù)埋件以及鋼筋等位置上選擇鉆芯點(diǎn)。通過這樣的方式，才可以有效確保鉆芯點(diǎn)選擇與設(shè)置的合理性，為后續(xù)的混凝土強(qiáng)度鉆芯檢測奠定良好基礎(chǔ)。2）鉆芯尺寸的合理確定。對鉆芯尺寸，其傳統(tǒng)的控制原則包括以下兩點(diǎn)。在鉆芯取樣的過程中，芯樣直徑應(yīng)大于或等于混凝土中最大骨料粒徑的3倍；無論在何等條件下，芯樣直徑都應(yīng)該超過混凝土中最大骨料粒徑的2倍。

芯樣鉆取過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做好鉆進(jìn)速度控制，并做好鉆頭、混凝土屑排除中的冷卻水流量和出口水溫度的控制。對取樣孔，后期可通過微膨脹水泥或者是樹脂類物質(zhì)進(jìn)行修補(bǔ)。以下是混凝土材料強(qiáng)度鉆芯取樣檢測中的主要參數(shù)控制情況，見表6。

表6 混凝土材料強(qiáng)度鉆芯取樣檢測中的主要參數(shù)控制情況

為保證檢測質(zhì)量，檢測中，技術(shù)人員應(yīng)注意以下3點(diǎn)。1）每個(gè)構(gòu)件的取樣個(gè)數(shù)應(yīng)控制在3個(gè)及以上，對小構(gòu)件，也應(yīng)控制在2個(gè)及以上。2）對局部區(qū)域檢測，需按照實(shí)際的構(gòu)件情況來進(jìn)行芯樣鉆取位置、深度和數(shù)量的確定。3）芯樣中不可以含有鋼筋。

在通過該方法對該工程中的一些混凝土構(gòu)件進(jìn)行鉆芯取樣檢測之后，獲得的6組檢測結(jié)果見表7。

表7 該工程中的部分混凝土構(gòu)件后裝拔出檢測結(jié)果

經(jīng)對比分析發(fā)現(xiàn)，這次檢測的混凝土構(gòu)件強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3 建筑混凝土材料強(qiáng)度檢測中的幾種主要技術(shù)對比分析

通過上述分析可知，不同的混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)的適用范圍、操作方法都不同，且各種技術(shù)也都具備相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)，具體檢測中，相關(guān)單位應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來做好相應(yīng)檢測技術(shù)的合理選擇。表8是上述幾種主要檢測技術(shù)的對比分析。

表8 幾種主要檢測技術(shù)的對比分析

4 結(jié)語

綜上所述，在建筑工程的具體建設(shè)施工過程中，只有確?；炷敛牧蠌?qiáng)度，才可以保證整體工程的建設(shè)質(zhì)量，并進(jìn)一步保障其后續(xù)應(yīng)用中的安全。在具體的建設(shè)施工中，相關(guān)單位與技術(shù)人員一定要采用合理的技術(shù)措施來進(jìn)行混凝土強(qiáng)度檢測，并做好其檢測方法和檢測參數(shù)的控制。這樣才可以有效確定混凝土材料強(qiáng)度，并根據(jù)實(shí)際情況來調(diào)整其配比，為建筑工程的后續(xù)施工及其應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。