鉆芯修正回彈法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用研究

摘 要：針對(duì)回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的局限性，本文提出鉆芯修正回彈法強(qiáng)度檢測(cè)方法，對(duì)控制混凝土質(zhì)量具有現(xiàn)實(shí)意義。以某高層建筑為例，簡(jiǎn)要闡述鉆芯修正回彈法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)的流程，從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、強(qiáng)度偏差分析、修正法分析、修正測(cè)強(qiáng)曲線、離群值檢驗(yàn)5個(gè)方面出發(fā)，提出鉆芯修正法檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用措施，并開展混凝土修正強(qiáng)度曲線驗(yàn)證，以期為相關(guān)工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：混凝土；強(qiáng)度檢測(cè)；鉆芯修正回彈法

中圖分類號(hào)：TU 502 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

混凝土作為重要建筑材料，廣泛用于構(gòu)筑物、建筑物工程中，實(shí)現(xiàn)建筑工程產(chǎn)品化。但是，混凝土施工中受到材料質(zhì)量、離心、張拉、養(yǎng)護(hù)等工藝影響，出現(xiàn)混凝土破碎、斷裂等情況，影響施工質(zhì)量。以往混凝土強(qiáng)度檢測(cè)多采用回彈法，利用回彈儀測(cè)定其表面硬度，推算混凝土強(qiáng)度，具有方法簡(jiǎn)單、成本低廉、無損的優(yōu)點(diǎn)。但是，回彈法存在局限，部分混凝土假性碳化、表面粗糙，內(nèi)外質(zhì)量不一，數(shù)據(jù)容易產(chǎn)生偏差。因此，混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中，可采用鉆芯法修正回彈法結(jié)果，獲得準(zhǔn)確強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

1 鉆芯修正回彈法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)項(xiàng)目中的概況

以某高層建筑為例，由地下1層和地上26層構(gòu)成，主體高度96m，裙房高4層，總建筑面積6.4萬m2，結(jié)構(gòu)為框架—剪力墻，澆筑構(gòu)件使用混凝土，設(shè)計(jì)50a使用年限。為掌握項(xiàng)目實(shí)體混凝土強(qiáng)度，按照《鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程（CECS 03—2007）》與《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程（JGJ/T 23—2011）》對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行抽樣檢測(cè)[1]。當(dāng)采用回彈法檢測(cè)混凝固體時(shí)，為避免結(jié)果不準(zhǔn)確，根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度與生產(chǎn)工藝等級(jí)，將養(yǎng)護(hù)條件、原料、配合比基本一致、齡期接近分為一批檢測(cè)批，對(duì)混凝土構(gòu)件進(jìn)行合理分類，隨機(jī)抽樣編號(hào)。每批檢測(cè)構(gòu)建嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合抽中構(gòu)件表面確定回彈區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)完成回彈檢測(cè)，測(cè)得構(gòu)件回彈值、碳化深度比。并結(jié)合回彈數(shù)據(jù)開展鉆芯取樣，鉆芯要求具備代表性，選取測(cè)區(qū)內(nèi)進(jìn)行鉆芯，每個(gè)鉆芯僅加工為1個(gè)試件，打磨芯樣并進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。鉆芯構(gòu)件抗壓試驗(yàn)后，采用對(duì)比回彈法測(cè)試強(qiáng)度數(shù)值，選擇修正方法，確定修正系數(shù)，推定混凝土強(qiáng)度。

2 鉆芯修正回彈法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)

回彈檢測(cè)中，根據(jù)砼強(qiáng)度與表面硬度存在表面硬度大、砼強(qiáng)度高、回彈值高的關(guān)系，利用回彈儀彈擊砼表面，構(gòu)建抗壓強(qiáng)度與回彈值校準(zhǔn)關(guān)系，以回彈值推算抗壓強(qiáng)度。根據(jù)JGJ/T 23—2011規(guī)定，抽樣待檢構(gòu)件需要滿足相同混凝土強(qiáng)度最小抽樣數(shù)量，且分布均勻，柱邊長(zhǎng)≥300mm，梁高度≥300mm，板以板底為回彈面。抽中待檢構(gòu)件后，測(cè)區(qū)處于澆筑混凝土側(cè)面，每個(gè)構(gòu)件選擇2個(gè)對(duì)稱側(cè)面，設(shè)置5個(gè)測(cè)區(qū)，面積均是0.2m×0.2m，布置16個(gè)測(cè)點(diǎn)開展回彈檢測(cè)，以梁構(gòu)件為例，測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

板構(gòu)件底部回彈，僅選擇1個(gè)側(cè)面，測(cè)區(qū)、測(cè)點(diǎn)及相應(yīng)面積按梁構(gòu)件布置；PTC管樁測(cè)量混凝土表面，利用大量回彈數(shù)據(jù)，保證結(jié)果可靠[2]。而在檢測(cè)中，保證混凝土表面是原漿面，平整清潔，禁止有浮漿、疏松層、油垢、蜂窩麻面及涂層等，將回彈儀軸線垂直于檢測(cè)面，緩慢施壓、讀數(shù)，迅速?gòu)?fù)位，精準(zhǔn)讀數(shù)至1，測(cè)點(diǎn)間距＜20mm。而鉆芯檢測(cè)中，同等級(jí)混凝土強(qiáng)度修正，芯樣數(shù)量≥6個(gè)，按照CECS 03—2007規(guī)定，芯樣鉆取直徑70mm，尺寸是3倍混凝土骨料粒徑，試件高度、直徑比值為0.95～1.05，按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)加工，切割打磨。再用鼓風(fēng)機(jī)清除碎屑、粉末，利用1.5%酚酞酒精滴入孔洞內(nèi)壁，以游標(biāo)卡尺（精度0.02mm）測(cè)量顏色變化舉例，取平均值確定混凝土碳化值，獲得最終芯樣[3]。該檢測(cè)中，芯樣編號(hào)與回彈編號(hào)對(duì)應(yīng)，便于數(shù)據(jù)回歸與建立模型，開展抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

2.2 測(cè)強(qiáng)曲線適應(yīng)性

在混凝土施工中，多數(shù)采取泵送混凝土方法，利用壓力泵、管帶直接澆筑混凝土，具有改善施工性能、施工速度快的特點(diǎn)。該項(xiàng)目回彈法檢測(cè)中，結(jié)合非泵送與泵送強(qiáng)度換算值，如圖2所示。

相同碳化深度值與回彈值下，泵送混凝土強(qiáng)度推定高于非泵送，主要是泵送混凝土質(zhì)量及穩(wěn)定性高，性能保持良好?；貜椃y(cè)強(qiáng)中，符合條件混凝土可采取全國(guó)規(guī)程（f=0.034488Rm1.940010-0.0173dm）測(cè)強(qiáng)曲線計(jì)算，要求控制強(qiáng)度誤差在±15%以內(nèi)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差＜18.0%。該工程測(cè)強(qiáng)中，針對(duì)預(yù)留試塊開展鉆芯法、回彈法抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，對(duì)比全國(guó)測(cè)強(qiáng)曲線強(qiáng)度值換算，見表1。

根據(jù)表1可知，統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線換算中，對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差＞18%，平均相對(duì)誤差＞±15%，強(qiáng)度誤差值較大，反應(yīng)全國(guó)測(cè)強(qiáng)曲線在項(xiàng)目所在地適用存在局限性，特別是高強(qiáng)混凝土測(cè)強(qiáng)缺乏可行性，無法真實(shí)反映混凝土情況，即使經(jīng)過檢測(cè)也不能直接得出結(jié)論，需要多方面判斷員工操作、材質(zhì)特殊性等因素?？梢?，混凝土強(qiáng)度檢測(cè)需要采取鉆芯回彈法進(jìn)行修正，得到準(zhǔn)確強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果。

2.3 修正檢測(cè)方法

在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中，鉆芯修正有修正量法與修正系數(shù)法[4]。修正量法是利用芯樣樣本與回彈樣本強(qiáng)度差對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行修正，將回彈樣本強(qiáng)度與修正強(qiáng)度相加，確定混凝土強(qiáng)度。該方法多用于測(cè)量場(chǎng)景，不限于坐標(biāo)增量、角度、高差測(cè)量等，需要綜合考慮實(shí)測(cè)值、儀器誤差、測(cè)量方法等方面的影響，校正誤差，提高數(shù)據(jù)可靠性。而修正系數(shù)法則利用芯樣樣本與回彈樣本強(qiáng)度比值來獲得修正系數(shù)，與回彈樣本強(qiáng)度相乘獲得混凝土強(qiáng)度，通過修正標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度獲得準(zhǔn)確強(qiáng)度指標(biāo)。以數(shù)學(xué)為例，修正量法是修正回彈法測(cè)強(qiáng)曲線截距，未改變曲線斜率；修正系數(shù)法則修正截距與測(cè)強(qiáng)曲線斜率，精準(zhǔn)度更高。該工程在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中采取修正系數(shù)法。

2.4 修正測(cè)強(qiáng)曲線

修正測(cè)強(qiáng)曲線通過常規(guī)材料試驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)方法得出，能夠反映混凝土試塊與強(qiáng)度讀數(shù)之間的關(guān)系，利用修正趨勢(shì)線，編制混凝土強(qiáng)度推定值?；炷翗?gòu)件強(qiáng)度檢測(cè)中，考慮鉆芯與回彈值差異，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)測(cè)強(qiáng)曲線，對(duì)回彈檢測(cè)進(jìn)行修正，對(duì)有疑慮的混凝土強(qiáng)度均采取鉆芯修正系數(shù)。該項(xiàng)目中，采取一元二次函數(shù)回歸方程，以構(gòu)件強(qiáng)度數(shù)據(jù)即最小二乘法，獲得回歸方程如下：y=-0.055x2+8.2928x-206.92，對(duì)其進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，P＜0.05（P為方程整體顯著性），線形關(guān)系顯著。將鉆芯取樣結(jié)果代入回歸測(cè)強(qiáng)曲線，得出取樣強(qiáng)度比值，見表2。

取50個(gè)構(gòu)件強(qiáng)度參數(shù)，比值相對(duì)平均值為1.072，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為0.1696，平均相對(duì)誤差為0.11904。而相對(duì)平均值是鉆芯混凝土強(qiáng)度與回歸強(qiáng)度比值的平均值。由此可知，以一元二次回歸曲線，對(duì)混凝土強(qiáng)度推定相比鉆芯法強(qiáng)度低7.2%，根據(jù)比值相對(duì)平均值1.072確定修正系數(shù)為1.072，則修正測(cè)強(qiáng)曲線可將其與回歸方程相關(guān)聯(lián)，如公式（1）所示。

y=1.072（-0.055x2+8.2928x-206.92）

=-0.0616x2+8.8898x-221.82 （1）

將回彈檢測(cè)值代入修正測(cè)強(qiáng)曲線，獲得強(qiáng)度換算值，比較芯樣數(shù)值見表3。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可知，相對(duì)平均值為1，兩者強(qiáng)度平均相等；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為14.3%，平均相對(duì)誤差為10.6%?；炷翉?qiáng)度修正后，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差、平均相對(duì)誤差減小，相對(duì)平均值接近1，均在規(guī)定測(cè)強(qiáng)曲線指標(biāo)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差≤17%、平均相對(duì)誤差≤±14%內(nèi)，符合混凝土強(qiáng)度檢測(cè)要求。

2.5 離群值檢驗(yàn)技術(shù)

該工程混凝土強(qiáng)度檢測(cè)鉆芯修正中，由于鉆芯法與回彈法存在較大差異，因襲修正個(gè)別數(shù)據(jù)偏差存疑，需要開展離群值檢驗(yàn)[5]。工程采取格拉布斯檢驗(yàn)法，判定混凝土檢測(cè)離群值，計(jì)算中假定n個(gè)芯樣試件，單個(gè)芯樣檢測(cè)強(qiáng)度與測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度偏差δi排列，即（δ1，δ2，δ3，…，δn-1，δn），計(jì)算樣本標(biāo)準(zhǔn)差、平均值及最小/最大可疑值，如公式（2）～公式（5）所示。

（2）

（3）

Gn=（δn-Δ）/ΔS （4）

Gn'=（Δ-δ1）/ΔS （5）

式中：ΔS為標(biāo)準(zhǔn)偏差；Δ為平均值；Gn為最大可疑值；Gn'為最小可疑值。

設(shè)定檢出水平為5%，剔除水平為1%，根據(jù)雙側(cè)檢驗(yàn)，檢出水平臨界值G0.975，剔除水平臨界值G0.995，結(jié)合格拉布斯臨界值表，確定n個(gè)芯樣試驗(yàn)情況。當(dāng)Gn＞Gn'，GnG0.975，判定離群值為δn，反之，無離群值；當(dāng)Gn'＞Gn，Gn'G0.975，判定離群值為δ1相反，無離群值；當(dāng)Gn＞Gn'，GnG0.995，判定統(tǒng)計(jì)離群值是δn，考慮剔除；當(dāng)Gn'＞Gn，Gn'G0.995，判定統(tǒng)計(jì)離群值是δ1，考慮剔除，以此保證數(shù)據(jù)科學(xué)性與客觀性。

3 鉆芯修正回彈法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的應(yīng)用結(jié)果分析

3.1 結(jié)果驗(yàn)證

該工程以PTC管樁為例，以獲得修正系數(shù)、測(cè)強(qiáng)曲線驗(yàn)證PTC管樁強(qiáng)度，結(jié)果見表4。以此計(jì)算，修正前相對(duì)平均值為1.175，平均相對(duì)誤差為0.183，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為0.215；修正后相對(duì)平均值為1.096，平均相對(duì)誤差為0.116，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為0.151。修正后數(shù)據(jù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差與相對(duì)誤差大幅度減小，修正平均值接近1，修正測(cè)強(qiáng)曲線可提高混凝土強(qiáng)度檢測(cè)準(zhǔn)確度。

3.2 技術(shù)建議

該工程中，相同混凝土構(gòu)件采取鉆芯法與回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，產(chǎn)生離群值，原因在于項(xiàng)目趕工期，澆筑混凝土構(gòu)件拆模較快，未能有效養(yǎng)護(hù)，表面散失水分過快，水泥膠等材料反應(yīng)不充分，導(dǎo)致內(nèi)外質(zhì)量較大差異，回彈數(shù)值較低[6]。部分泵送混凝土用水量不均，增大混凝土坍落度，僅依賴自身流淌充滿模板，增加了混凝土表面浮漿，加大碳化深度值，降低回彈值，表面密實(shí)度不足。

工程混凝土模板以膠合板為主，周轉(zhuǎn)頻率較高，受到多種損傷，未能及時(shí)維護(hù)模板表面，降低混凝土澆筑質(zhì)量，回彈值偏低[7]。泵送混凝土礦粉、粉煤灰摻合料添加過多，前期混凝土強(qiáng)度低，回彈值小。而以鉆芯法修正回彈法能夠?qū)⒒炷翉?qiáng)度真實(shí)反映出來，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況合理應(yīng)用該檢測(cè)方法，并提出以下建議。1）在混凝土構(gòu)件強(qiáng)度檢測(cè)中，應(yīng)保證構(gòu)件質(zhì)地均勻、表面平整，如果表層存在異物，且硬度較高，需要將其清理干凈后再進(jìn)行檢測(cè)。2）鉆芯修正回彈法前期以回彈法測(cè)量，要求每位操作人員掌握操作技巧、儀器使用方法等，具備較強(qiáng)責(zé)任感與嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。后期結(jié)合回彈值推定混凝土強(qiáng)度，需要嚴(yán)格限制數(shù)據(jù)離散性，保證數(shù)據(jù)可靠、真實(shí)、有效。3）碳化深度對(duì)混凝土表層硬度存在影響，回彈檢測(cè)中，結(jié)合回彈值對(duì)混凝固體強(qiáng)度進(jìn)行推定，應(yīng)當(dāng)綜合考慮混凝土碳化影響，優(yōu)化修正系數(shù)，保證碳化深度測(cè)量準(zhǔn)確性。4）鉆芯修正中，保證鉆芯取芯部位是根據(jù)混凝土構(gòu)件回彈測(cè)區(qū)確定的，選擇回彈最小平均值測(cè)區(qū)，按照規(guī)范處理樣芯，兩端打磨平整，以免減少受壓面積，盲目得出結(jié)論，需要綜合考量判斷強(qiáng)度，確保結(jié)果準(zhǔn)確有效。5）強(qiáng)度檢測(cè)修正結(jié)果需要多次驗(yàn)證，選用工程不同混凝土部件開展檢測(cè)，確定修正平均值約為1。

4 結(jié)語

綜上所述，混凝土強(qiáng)度檢測(cè)回彈法存在局限性，容易受到施工工藝、原材料等影響，無法保證檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性，需要以鉆芯法修正，為混凝土施工提供指導(dǎo)。通過分析某高層建筑混凝土強(qiáng)度檢測(cè)方法，應(yīng)明確鉆芯修正回彈法需要根據(jù)實(shí)際工程情況制定檢測(cè)流程，嚴(yán)格按照流程操作，做好現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與離群值檢驗(yàn)，結(jié)合工程選擇恰當(dāng)修正方法，確定修正測(cè)強(qiáng)曲線。以此開展修正強(qiáng)度曲線驗(yàn)證，表明修正后數(shù)據(jù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差與相對(duì)誤差大幅度減小，修正平均值接近1，修正測(cè)強(qiáng)曲線可提高混凝土強(qiáng)度檢測(cè)準(zhǔn)確度。

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