回彈法檢測混凝土強(qiáng)度的影響因素分析及優(yōu)化措施研究

王旭

摘 要：以混凝土強(qiáng)度檢測為主要研究對象，采用回彈法檢測混凝土的強(qiáng)度，并分析檢測結(jié)果的影響因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土成型后的養(yǎng)護(hù)方法和鋼筋保護(hù)層的厚度均是影響回彈法檢測結(jié)果的因素，基于此，針對上述影響因素提出混凝土強(qiáng)度檢測過程中的優(yōu)化措施，以提高檢測精度，有助于后續(xù)施工有序進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：回彈法；混凝土強(qiáng)度；影響因素；優(yōu)化措施

1 前言

為使混凝土保持良好的使用性能，相關(guān)工作人員需要對混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行檢測，以保證施工混凝土能夠滿足工程的使用需求。當(dāng)前，主要采用回彈法檢測混凝土的強(qiáng)度值，該方法主要是通過在混凝土表面選取檢測面，并對其進(jìn)行彈擊，同時(shí)利用回彈儀監(jiān)測彈擊反應(yīng)出的回彈值，之后利用回彈值與混凝土強(qiáng)度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算出混凝土的強(qiáng)度[1]?；貜棛z測法具備檢測速度快、檢測效果好等優(yōu)勢，但在實(shí)際操作過程中，由于混凝土材質(zhì)、檢測狀態(tài)等原因，檢測結(jié)果易受到影響，使得檢測值存在誤差。因此，本文根據(jù)回彈法的檢測原理，通過實(shí)驗(yàn)材料選取與制備，利用回彈法檢測相關(guān)設(shè)備，對混凝土試件進(jìn)行強(qiáng)度檢測，根據(jù)檢測結(jié)果分析影響因素，同時(shí)提出優(yōu)化措施，以保證提高回彈法的檢測精度。

2基于回彈法檢測混凝土強(qiáng)度的基本原理分析

回彈法屬于表面硬度方法，通過利用彈簧彈擊下方重錘，進(jìn)而推送混凝土上方的彈力桿，使其在混凝土的檢測區(qū)域進(jìn)行撞擊，之后量測彈擊與回彈之間的距離，利用彈力桿靜止時(shí)和混凝土的間距與彈擊后和混凝土的間距的比值得出回彈值，并根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算得出混凝土的表面強(qiáng)度值[2]?；貜椃ㄖ械闹饕獧z測儀器為回彈儀，通常包括小型、中型和大型三類。假若將回彈儀產(chǎn)生的彈擊能量記為E，則有：

（1）

上式中，A1表示混凝土產(chǎn)生彈性形變所需要消耗的有用功；A2表示彈力桿、重錘產(chǎn)生塑性形變所需要消耗的有用功之和；A3表示彈力桿與回彈儀之間產(chǎn)生摩擦消耗的有用功；A4表示彈力桿、重錘為克服摩擦阻力而消耗的有用功；A5表示混凝土發(fā)生彈性形變時(shí)為減小空氣阻力而做的有用功；A6表示混凝土試件由于發(fā)生位移變化而消耗的有用功。

在實(shí)際操作過程中，A3、A4、A5、A6的值相對較小，對回彈值幾乎沒有影響，因此，忽略不計(jì)。所以，A1和A2是回彈檢測過程中主要消耗的有用功。其中，A2通常情況下為一個(gè)常數(shù)，且在混凝土構(gòu)件材質(zhì)一定時(shí)，該值為固定值，故A1是影響回彈值大小的關(guān)鍵。當(dāng)混凝土的強(qiáng)度較低時(shí)，彈力桿的撞擊會(huì)導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生比較強(qiáng)烈的彈性形變，從而消耗的有用功就會(huì)增加，相應(yīng)的，回彈能量也降低，進(jìn)而使得回彈值減小；反之亦然[3]。因此，混凝土強(qiáng)度值與回彈值存在顯著正相關(guān)性，且成正比，即可通過回彈值間接地判定混凝土的強(qiáng)度。

假定回彈儀測得的回彈值大小為R，彈力桿靜止時(shí)與混凝土表面的垂直距離為L，反彈距離為L'。R值的大小主要取決于回彈能量E，而回彈能量主要由被測對象表面產(chǎn)生的彈性形變所消耗的有用功決定。則有：

R=? ? ?（2）

通過以上對檢測原理的分析可知，檢測中，回彈法能夠間接地表征混凝土的表面強(qiáng)度，而當(dāng)混凝土材質(zhì)不同、質(zhì)地不均勻時(shí)，回彈檢測結(jié)果會(huì)存在較大的誤差[4]。因此，本文接下來對可能存在的影響檢測結(jié)果的因素進(jìn)行試驗(yàn)分析，并探究檢測過程中的優(yōu)化策略，以提升測量精度。

3實(shí)驗(yàn)過程

3.1實(shí)驗(yàn)材料

根據(jù)前文對回彈檢測法的原理分析，對影響回彈檢測結(jié)果的因素進(jìn)行分析。首先對試驗(yàn)所需的材料進(jìn)行制備，在其他原材料相同情況下，分別制作水灰比為0.30、0.35、0.40和0.45的混凝土試件，每種比例制作3組，共計(jì)12組，之后采用攪拌機(jī)對材料進(jìn)行攪拌處理，以加快混凝土的成型速度。根據(jù)試驗(yàn)用量，向攪拌機(jī)中依次加入砂石、水泥和大量純凈水，啟動(dòng)攪拌機(jī)，并且在攪拌過程中，參照混凝土制備要求，加入適量活性劑，同時(shí)，保證整個(gè)加料過程不超過3min。最后，等待混凝土終凝，并采用水浸法將試模的表面清理干凈，在試件內(nèi)壁涂抹1mm～2mm厚的礦物油脂，靜置2h。成型后的試件放入養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間截止后，利用磨砂紙將其表面打磨至光潔，避免多余材質(zhì)對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響。在試件表面選定測量區(qū)域，并做好標(biāo)記，選用中型回彈儀在試件表面進(jìn)行回彈檢測，每個(gè)試件檢測12次，統(tǒng)計(jì)回彈值。

實(shí)驗(yàn)材料主要包括PC42.8水泥、粒徑為1mm～2mm的中砂、5mm～15mm的花崗巖碎石。材料用量如表1所示。

實(shí)驗(yàn)中添加的外加劑為減水劑；攪拌用水為普通純凈水。

實(shí)驗(yàn)中使用的回彈儀型號為HD225B數(shù)顯回彈儀，同時(shí)配置CTS25型超聲波檢測儀，壓力機(jī)采用NYL100D型。每次回彈測試之前均對實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器進(jìn)行質(zhì)量檢查，符合要求后再進(jìn)行強(qiáng)度檢測。

3.2實(shí)驗(yàn)參數(shù)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料的選取與混凝土的制備過程，獲得的試件尺寸為100x150mm，利用過搗的方式成型。每次實(shí)驗(yàn)選取相同參數(shù)的混凝土試件進(jìn)行測試，將2塊標(biāo)準(zhǔn)試件劃分為一組，共6組試件，所有試件的含水率一致，均為58%?；炷猎嚰幕A(chǔ)配比為1：1：3，在研究各影響因素的實(shí)驗(yàn)中，只改變試件中的實(shí)驗(yàn)對應(yīng)項(xiàng)，其它各項(xiàng)保持不變。

4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)對其他材料相同的混凝土不同水灰比、養(yǎng)護(hù)方法及鋼筋保護(hù)層厚度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析以上因素對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響情況。

4.1養(yǎng)護(hù)方法對混凝土強(qiáng)度的影響

本次實(shí)驗(yàn)對同一等級混凝土C40分別采用標(biāo)準(zhǔn)潮濕養(yǎng)護(hù)和自然養(yǎng)護(hù)方法對試件在不同齡期條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，利用回彈儀進(jìn)行強(qiáng)度檢測，對混凝土成型后的不同養(yǎng)護(hù)方法對混凝土強(qiáng)度的影響進(jìn)行分析，繪制如圖1所示的混凝土強(qiáng)度隨齡期的變化曲線。

如圖所示，實(shí)驗(yàn)采用自然養(yǎng)護(hù)與加水潮濕養(yǎng)護(hù)兩種方法對混凝土試件成型后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。通過對比可知，兩種方法在相同齡期下對混凝土試件的強(qiáng)度存在較為顯著的影響[5]。在相同齡期條件下，通過自然養(yǎng)護(hù)方法對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，測得的強(qiáng)度值均要高于潮濕養(yǎng)護(hù)下的混凝土強(qiáng)度。由此可以說明，混凝土成型后，不同的養(yǎng)護(hù)方法是影響混凝土的強(qiáng)度大小的重要因素之一。

4.2鋼筋保護(hù)層厚度對混凝土強(qiáng)度的影響

該實(shí)驗(yàn)對于鋼筋保護(hù)層厚度的檢測需要借助電磁感應(yīng)儀。在水灰比為0.35，并進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)的混凝土試件表面選定20mmx20mm的測試區(qū)域，測試區(qū)域中鋼筋的掃描方向?yàn)檠鼗炷猎嚰L度方向，并且在混凝土的長向跨附近不間斷地掃描6根鋼筋，按照軸線方向執(zhí)行掃描動(dòng)作。將以上6根鋼筋進(jìn)行編號，分別為S1、S2、S3、S4、S5、S6，每根鋼筋保護(hù)層的厚度分別為5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm。利用回彈儀記錄回彈值，進(jìn)而求得混凝土強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由于混凝土的結(jié)構(gòu)為層次化結(jié)構(gòu)，易出現(xiàn)分層泌水現(xiàn)象，易對回彈值產(chǎn)生影響，因此，實(shí)驗(yàn)中控制鋼筋的測試面均為底面，避免了修正混凝土澆筑面這一過程。通過表中的數(shù)據(jù)可知，鋼筋保護(hù)層的厚度在一定程度上影響著混凝土的強(qiáng)度。當(dāng)保護(hù)層厚度在5mm～20mm范圍內(nèi)時(shí)，混凝土的強(qiáng)度將會(huì)隨著鋼筋保護(hù)層厚度的增加而增大；當(dāng)鋼筋保護(hù)層厚度大于20mm時(shí)，混凝土的強(qiáng)度反而降低。由此可以說明，當(dāng)鋼筋保護(hù)層厚度在20mm以下時(shí)，混凝土強(qiáng)度會(huì)隨著保護(hù)層厚度的增加而增加，當(dāng)保護(hù)層厚度超過20mm后，混凝土強(qiáng)度與其成反比。

綜上所述，實(shí)驗(yàn)中采用回彈法對混凝土成型后的養(yǎng)護(hù)方法和鋼筋保護(hù)層厚度與混凝土強(qiáng)度的影響關(guān)系進(jìn)行檢測并分析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得知，以上兩種變量是影響檢測混凝土強(qiáng)度結(jié)果的重要因素。具體影響關(guān)系為：自然養(yǎng)護(hù)方法比潮濕養(yǎng)護(hù)方法下的混凝土強(qiáng)度要大；當(dāng)鋼筋保護(hù)層厚度在20mm以內(nèi)時(shí)，混凝土強(qiáng)度與厚度成正比，在厚度超過20mm時(shí)，混凝土強(qiáng)度與其成反比關(guān)系。

5回彈法檢測混凝土強(qiáng)度的優(yōu)化措施

5.1合理采取養(yǎng)護(hù)技術(shù)

混凝土在終凝過程中會(huì)生成碳酸鈣硬層覆蓋于混凝土表層，這一層結(jié)硬層的存在會(huì)導(dǎo)致回彈值產(chǎn)生一定的增加，同時(shí)說明，當(dāng)混凝土材質(zhì)相同時(shí)，混凝土的回彈值會(huì)隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增大而增大。所以，在進(jìn)行回彈值檢測的時(shí)候，首先需要做的就是進(jìn)行養(yǎng)護(hù)方法的選擇，然后根據(jù)混凝土的養(yǎng)護(hù)狀態(tài)結(jié)果對回彈值來進(jìn)行一定的修正。在對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的時(shí)候，工作人員應(yīng)當(dāng)充分了解不同養(yǎng)護(hù)方法對混凝土強(qiáng)度的影響，若選擇自然養(yǎng)護(hù)法，則要先將混凝土靜置不少于7d，在混凝土表面徹底干燥后，再進(jìn)行回彈檢測。檢測時(shí)，要選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)販y量區(qū)域，在進(jìn)行敲打的時(shí)候需要避開混凝土表面之上的蜂窩以及麻面，選擇光滑的點(diǎn)進(jìn)行敲打。

5.2鋼筋保護(hù)層厚度標(biāo)記

在對混凝土底面進(jìn)行強(qiáng)度檢測時(shí)，利用其他混凝土構(gòu)件堆載在表面，消除振動(dòng)對回彈值的影響。利用電磁感應(yīng)儀掃描混凝土檢測區(qū)域是否存在鋼筋，并對保護(hù)層較厚的區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記?；貜棞y試時(shí)，避開標(biāo)記區(qū)域，最大程度降低鋼筋保護(hù)層厚度對檢測結(jié)果的干擾。同時(shí)，在規(guī)避鋼筋保護(hù)層厚度較大的區(qū)域時(shí)，還需要保證其他測區(qū)間的最大距離不超過2m，且測區(qū)中心位置與混凝土頂端的垂直距離在0.3m～0.5m范圍內(nèi)，以提高混凝土對鋼筋的約束力。同時(shí)，利用鉆芯法修正混凝土的澆筑面，盡可能提高回彈法檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

6結(jié)論

回彈法檢測混凝土強(qiáng)度是監(jiān)測工程質(zhì)量最有效、最直接的手段之一，能夠?yàn)槭┕べ|(zhì)量的控制提供主要的數(shù)據(jù)依據(jù)。通過分析可能影響混凝土強(qiáng)度檢測結(jié)果的主要因素，并有針對性地采取優(yōu)化措施，對混凝土性能的發(fā)揮具有非常重要的作用，也可提高混凝土在建設(shè)中的應(yīng)用效率。

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